EP1337813A2 - Procede d'estimation du volume de carburant dans un reservoir de vehicule automobile - Google Patents

Procede d'estimation du volume de carburant dans un reservoir de vehicule automobile

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EP1337813A2
EP1337813A2 EP01996720A EP01996720A EP1337813A2 EP 1337813 A2 EP1337813 A2 EP 1337813A2 EP 01996720 A EP01996720 A EP 01996720A EP 01996720 A EP01996720 A EP 01996720A EP 1337813 A2 EP1337813 A2 EP 1337813A2
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EP
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fuel
level
information
scale factor
tank
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Withdrawn
Application number
EP01996720A
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German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Benedetti
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Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Original Assignee
Inergy Automotive Systems Research SA
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/80—Arrangements for signal processing
    • G01F23/802—Particular electronic circuits for digital processing equipment
    • G01F23/804—Particular electronic circuits for digital processing equipment containing circuits handling parameters other than liquid level

Definitions

  • the present invention relates to a method of estimating the volume of fuel in a motor vehicle tank.
  • French patent application FR-A-2,746,500 describes a level gauge comprising an ultrasonic transducer disposed at the bottom of the tank. This transducer emits pulses which are reflected by the interface of the liquid with air. By measuring the time between the emission and reception of a pulse and knowing the speed of sound in the fuel, it is possible to calculate the height of the fuel in the tank. However, the speed of sound varies depending on the density of the fuel, which depends in particular on the temperature, which introduces an error in the results. In order to correct this error, the tank includes reflectors immersed in the fuel, capable of reflecting the pulses. A comparison between the pulses reflected respectively by the surface of the fuel and by the reflectors makes it possible to calculate the height of the fuel in the tank.
  • EP-A-0 927 877 describes a level sensor or gauge comprising an electrical capacity serving for the measurement and an electrical capacity serving as a reference.
  • the capacity used for the measurement comprises two reinforcements between which the fuel can descend and rise, thus modifying the permittivity between the reinforcements.
  • the capacity serving as a reference is permanently immersed in the fuel and provides a reference value of. fuel dielectric constant.
  • a suitable electronic circuit determines the level of fuel in the tank.
  • the present invention aims in particular to meet this need. It achieves this thanks to a new method for estimating the volume of fuel in a motor vehicle tank, in which a measurement is made of the level of fuel in the tank by means of a level sensor (2) capable of delivering, a signal representative of the fuel level in the tank, this level sensor constituting a first source of information and this signal being disturbed by a scale factor depending on at least one quantity other than the fuel level, in particular the temperature (T), we use n other sources of information relating to n different quantities other than the fuel level and making it possible to make the scale factor observable and we process the results provided by the (n + 1) sources of information so as to estimate the scale factor, n being an integer greater than or equal to 1, according to which a second source of information is used capable of providing information relating to the d flow of fuel consumed by the vehicle
  • the information provided by said n other sources of information makes it possible to correct to a certain extent the error present in the signal delivered by the level sensor, which makes it possible to obtain the desired precision.
  • the invention it is possible to avoid having to use a sensor serving as a reference or immersed reflectors, and the manufacture of the reservoir is thereby simplified.
  • the invention also has the advantage of allowing the use of capacitive, ultrasonic, pressure measurement or other level sensors.
  • a second source of information is used which is capable of providing information relating to the flow rate of the fuel consumed by the vehicle.
  • This flow of consumed fuel can be given by a computer associated with the vehicle engine, for example.
  • the scale factor is estimated by assuming that the measured fuel level is linked to the real level by a relationship of the type:
  • Z (J + f el + f e2 (T - T 0 )).
  • X + bz being the level indication given by the level sensor, x being the actual level of the fuel, f el being the component of the factor d 'scale independent of temperature, f e2 being the component of the scale factor dependent on temperature, T being the temperature in the tank, near the sensor, T 0 being a reference temperature, b being a measurement noise.
  • the scale factor is then determined by estimating a state vector having as components the fuel level, the quantities relating to n other sources of information and the scale factor, by means of d 'an algorithm involving the estimators of maximum likelihood, minimum variance, maximum a posteriori or any Bayesian process, for example.
  • a filter is used.
  • the invention also relates to a device for estimating the volume of fuel in a fuel tank of a motor vehicle, characterized in that it comprises: »a level sensor capable of delivering a signal representative of the level of fuel in the tank, this level sensor constituting a first source of information, this signal being disturbed by a scale factor depending on at least one quantity other than the fuel level,
  • N information source capable of each delivering a signal representative of a quantity other than the fuel level, in particular an information source capable of delivering a signal representative of the flow of fuel consumed by the vehicle, and
  • a processing unit arranged to combine the signals delivered by the (n + 1) sources of information so as to estimate the scale factor and correct the signal delivered by the level sensor, and thus obtain an indication of the volume fuel closer to reality.
  • One of the sources of information can be located at the level of the engine of the vehicle, for example, and be constituted for example by a computer associated with the engine, delivering information relating to the flow of fuel consumed by the engine.
  • a device 1 for estimating the volume of fuel in a motor vehicle tank comprises a level sensor 2 of any type known per se, constituting a first source of information, capable of delivering a signal representative of the level of fuel in the tank, a second source of information 3 capable of delivering information relating to the flow of fuel consumed by the engine and a processing unit 4.
  • the level sensor 2 can for example comprise in a manner known per se a capacitor, a potentiometer or an ultrasonic transducer.
  • the second source of information 3 may for example be present at the engine and the information relating to the quantity of fuel consumed delivered by the computer associated with the engine.
  • the level 2 sensor delivers a signal marred by a certain error, linked in part to dispersions in the characteristics of the fuel and to variations in the tank's environmental parameters, in particular the temperature.
  • the temperature plays an important role since in particular the electrical properties of the fuel, its density or the pressure in the tank depend on the temperature.
  • X + bz being the level indication given by the level sensor 2
  • x being the actual fuel level
  • f e ⁇ being the component of the scale factor independent of the temperature
  • f e2 being the component of the scale factor dependent on the temperature
  • T being the temperature in the tank, near the sensor
  • T 0 being a reference temperature
  • b being a measurement noise.
  • the scale factor and the measurement noise characterize the error on the level indication delivered by the level sensor 2.
  • the signal delivered by the level sensor 2 and the flow information are sent to the processing unit 4, which estimates, on the basis of a hybridization of the measurements, the scale factor and the fuel volume. We assume the system governed by two equations.
  • the first equation describes the evolution over time of the system and theoretically makes it possible to know the state of the system at all times.
  • F is the evolution matrix of the system
  • v is a supposed white, Gaussian and centered measurement noise.
  • the measurement vector z is a two-dimensional vector, having as components the signal delivered by the level 2 sensor and the flow information.
  • the state vector x has as components the volume of fuel, the flow rate of fuel consumed and the scale factor.
  • the processing unit 4 estimates the real volume of the fuel by means of a suitable algorithm.
  • the volume, flow and scale factor are estimated in the example described using a Kalman filter.
  • the latter is the minimum variance estimator and provides an estimate of the state vector x at each instant, by solving a set of recurrent equations, minimizing the following quadratic deviation criterion:
  • the algorithm used makes it possible to obtain a corrected value of the fuel volume, from knowledge of the fuel flow rate consumed by the engine and of the level measured by means of the level 2 sensor.
  • Kalman filter for other estimation techniques, for example any Bayesian process.

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  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)

Abstract

Procédé d'estimation du volume de carburant dans un réservoir de véhicule automobile, dans lequel on effectue une mesure du niveau du carburant dans le réservoir au moyen d'un capteur de niveau, ce capteur de niveau constituant une première source d'informations dont le signal est perturbé par un facteur d'échelle dépendant d'autres grandeurs que le niveau de carburant, notamment la température, on utilise n autres sources d'informations relatives ô n grandeurs différentes autres que le niveau de carburant et permettant de rendre observable le facteur d'échelle et on traite les résultats fournis par les (n + 1) sources d'informations de manière ô estimer le facteur d'échelle, n étant un nombre entier supérieur ou égal ô 1, selon lequel on utilise une seconde source d'informations apte ô fournir une information relative au débit du carburant consommé par le véhicule.

Description

Procédé d'estimation du volume de carburant dans un réservoir de véhicule automobile
La présente invention a pour objet un procédé d'estimation du volume de carburant dans un réservoir de véhicule automobile.
De nombreux dispositifs ont été proposés pour mesurer le niveau de carburant dans un réservoir de véhicule automobile. Ces dispositifs connus utilisent, d'une manière générale, des capteurs ou jauges de niveau délivrant un signal représentatif du niveau du carburant dans le réservoir.
La demande de brevet français FR-A- 2 746 500 décrit une jauge de niveau comportant un transducteur à ultrasons disposé au fond du réservoir. Ce transducteur émet des impulsions qui sont réfléchies par l'interface du liquide avec l'air. En mesurant le temps écoulé entre l'émission et la réception d'une impulsion et connaissant la vitesse du son dans le carburant, il est possible de calculer la hauteur du carburant dans le réservoir. Cependant, la vitesse du son varie en fonction de la densité du carburant, laquelle dépend notamment de la température, ce qui introduit une erreur dans les résultats. Afin de corriger cette erreur, le réservoir comporte des réflecteurs immergés dans le carburant, aptes à réfléchir les impulsions. Une comparaison entre les impulsions réfléchies respectivement par la surface du carburant et par les réflecteurs permet de calculer la hauteur du carburant dans le réservoir. La demande de brevet européen EP-A-0 927 877 décrit un capteur ou jauge de niveau comprenant une capacité électrique servant à la mesure et une capacité électrique servant de référence. La capacité servant à la mesure comporte deux armatures entre lesquelles le carburant peut descendre et monter, modifiant ainsi la permittivité entre les armatures. La capacité servant de référence est en permanence immergée dans le carburant et fournit une valeur de référence de la . constante diélectrique du carburant. Un circuit électronique adapté détermine le niveau du carburant dans le réservoir.
Il existe un besoin pour simplifier les dispositifs de mesure du niveau de carburant, tout en obtenant une erreur faible sur l'estimation du volume de carburant.
La présente invention vise notamment à répondre à ce besoin. Elle y parvient grâce à un nouveau procédé d'estimation du volume de carburant dans un réservoir de véhicule automobile, dans lequel on effectue une mesure du niveau du carburant dans le réservoir au moyen d'un capteur de niveau (2) apte à délivrer, un signal représentatif du niveau de carburant dans le réservoir, ce capteur de niveau constituant une première source d'informations et ce signal étant perturbé par un facteur d'échelle dépendant d'au moins une grandeur autre que le niveau de carburant, notamment la température (T), on utilise n autres sources d'informations relatives à n grandeurs différentes autres que le niveau de carburant et permettant de rendre observable le facteur d'échelle et on traite les résultats fournis par les (n + 1) sources d'informations de manière à estimer le facteur d'échelle, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 1, selon lequel on utilise une seconde source d'informations apte à fournir une information relative au débit du carburant consommé par le véhicule
Les informations fournies par lesdites n autres sources d'informations permettent de corriger dans une certaine mesure l'erreur présente dans le signal délivré par le capteur de niveau, ce qui permet d'obtenir la précision recherchée.
Grâce à l'invention, on peut éviter d'avoir recours à un capteur servant de référence ou à des réflecteurs immergés, et la fabrication du réservoir s'en trouve simplifiée. L'invention présente encore l'avantage de permettre indifféremment l'utilisation de capteurs de niveau capacitifs, à ultrasons, à mesure de pression ou autres.
Selon l'invention, on utilise une seconde source d'informations apte à fournir une information relative au débit du carburant consommé par le véhicule. Ce débit de carburant consommé peut être donné par un calculateur associé au moteur du véhicule, par exemple.
On profite ainsi, sans surcoût notable, d'une information déjà disponible ou aisément disponible sur le véhicule.
Dans une mise en œuvre particulière de l'invention, le facteur d'échelle est estimé en prenant comme hypothèse que le niveau de carburant mesuré est lié au niveau réel par une relation du type :
Z = (J + fel + fe2(T - T0)).X + b z étant l'indication de niveau donnée par le capteur de niveau, x étant le niveau réel du carburant, fel étant la composante du facteur d'échelle indépendante de la température, fe2 étant la composante du facteur d'échelle dépendante de la température, T étant la température dans le réservoir, à proximité du capteur, T0 étant une température de référence, b étant un bruit de mesure.
Le facteur d'échelle est alors déterminé par le biais de l'estimation d'un vecteur d'état ayant pour composantes le niveau du carburant, les grandeurs relatives aux n autres sources d'informations et le facteur d'échelle, au moyen d'un algorithme faisant intervenir les estimateurs du maximum de vraisemblance, du minimum de variance, du maximum a posteriori ou tout processus bayésien, par exemple. Dans une mise en œuvre particulière de l'invention, on utilise un filtre de
Kalman pour estimer le vecteur d'état précité.
L'invention a encore pour objet un dispositif d'estimation du volume de carburant dans un réservoir à carburant de véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comporte : » un capteur de niveau apte à délivrer un signal représentatif du niveau du carburant dans le réservoir, ce capteur de niveau constituant une première source d'informations, ce signal étant perturbé par un facteur d'échelle dépendant d'au moins une grandeur autre que le niveau de carburant,
• n source d'informations aptes à délivrer chacune un signal représentatif d'une grandeur autre que le niveau de carburant, notamment une source d'informations apte à délivrer un signal représentatif du débit de carburant consommé par le véhicule, et
• une unité de traitement agencée pour combiner les signaux délivrés par les (n + 1) sources d'informations de manière à estimer le facteur d'échelle et corriger le signal délivré par le capteur de niveau, et obtenir ainsi une indication sur le volume de carburant plus proche de la réalité.
L'une des sources d'informations peut être située au niveau du moteur du véhicule, par exemple, et être constituée par exemple par un calculateur associé au moteur, délivrant une information relative au débit de carburant consommé par le moteur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en œuvre non limitatif de l'invention, et à l'examen du schéma annexé.
On a représenté sur le dessin, de manière très schématique, un dispositif d'estimation 1 du volume de carburant dans un réservoir de véhicule automobile. Ce dispositif 1 comprend un capteur de niveau 2 de tout type connu en soi, constituant une première source d'informations, apte à délivrer un signal représentatif du niveau de carburant dans le réservoir, une deuxième source d'informations 3 apte à délivrer une information relative au débit de carburant consommé par le moteur et une unité de traitement 4. Le capteur de niveau 2 peut par exemple comporter de manière connue en soi une capacité, un potentiomètre ou un transducteur à ultrasons.
La deuxième source d'informations 3 peut être par exemple présente au niveau du moteur et l'information relative à la quantité de carburant consommée délivrée par le calculateur associé au moteur. Le capteur de niveau 2 délivre un signal entaché d'une certaine erreur, liée en partie aux dispersions sur les caractéristiques du carburant et aux variations des paramètres d'environnement du réservoir, notamment la température.
La température joue un rôle important puisque notamment les propriétés électriques du carburant, sa densité ou la pression dans le réservoir dépendent de la température.
Dans l'exemple décrit, on suppose que le signal délivré par le capteur de niveau 2 est lié au niveau réel par une relation du type : z = (l + fel + fe2(T - T0)).x + b z étant l'indication de niveau donnée par le capteur de niveau 2, x étant le niveau réel de carburant, feι étant la composante du facteur d'échelle indépendante de la température, fe2 étant la composante du facteur d'échelle dépendante de la température, T étant la température dans le réservoir, à proximité du capteur, T0 étant une température de référence, b étant un bruit de mesure.
Le facteur d'échelle et le bruit de mesure caractérisent l'erreur sur l'indication de niveau délivrée par le capteur de niveau 2.
Le signal délivré par le capteur de niveau 2 et l'information de débit sont envoyés à l'unité de traitement 4, laquelle estime sur la base d'une hybridation des mesures, le facteur d'échelle et le volume de carburant. On suppose le système régi par deux équations.
La première équation décrit l'évolution dans le temps du système et permet théoriquement de connaître l'état du système à tout instant. Cette équation d'évolution est de la forme : dx/dt = F.x + v x est le vecteur d'état, l'état d'un système étant l'ensemble des variables décrivant entièrement le passé du système, ces variables étant rassemblées dans un vecteur,
F est la matrice d'évolution du système, v est un bruit de mesure supposé blanc, gaussien et centré.
La seconde équation est une équation d'observation, liant le vecteur d'état à un vecteur de mesures. Elle est de la forme : z = G.x + w z étant le vecteur de mesures, G la matrice d'observation, w un bruit de mesure, supposé blanc, gaussien et centré.
Dans l'exemple décrit, le vecteur de mesures z est un vecteur à deux dimensions, ayant pour composantes le signal délivré par le capteur de niveau 2 et l'information de débit.
Le vecteur d'état x a pour composantes le volume de carburant, le débit de carburant consommé et le facteur d'échelle.
L'unité de traitement 4 estime le volume réel du carburant au moyen d'un algorithme adapté.
L'homme du métier comprendra que l'information de débit permet de rendre le facteur d'échelle observable, et donc d'estimer le volume réel de carburant.
L'estimation du volume, du débit et du facteur d'échelle est effectuée dans l'exemple décrit au moyen d'un filtre de Kalman.
Ce dernier est l'estimateur du minimum de variance et fournit une estimation du vecteur d'état x à chaque instant, par la résolution d'un ensemble d'équations récurrentes, en minimisant le critère d'écart quadratique suivant :
E[(x- x')(x- x')τ] x étant le vecteur d'état, x' étant le vecteur d'état estimé.
L'algorithme utilisé permet d'obtenir une valeur corrigée du volume de carburant, à partir de la connaissance du débit de carburant consommé par le moteur et du niveau mesuré au moyen du capteur de niveau 2.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de mise en œuvre qui vient d'être décrit.
On peut notamment substituer au filtre de Kalman d'autres techniques d'estimation, par exemple tout processus bayésien.
On peut également choisir pour la grandeur faisant l'objet de la source d' informations 3 une grandeur différente du débit du carburant consommé par le moteur.
On peut encore faire une hybridation d'un nombre n2 de mesures différentes.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Procédé d'estimation du volume de carburant dans un réservoir de véhicule automobile, dans lequel on effectue une mesure du niveau du carburant dans le réservoir au moyen d'un capteur de niveau (2) apte à délivrer un signal représentatif du niveau de carburant dans le réservoir, ce capteur de niveau constituant une première source d'informations et ce signal étant perturbé par un facteur d'échelle dépendant d'au moins une grandeur autre que le niveau de carburant, notamment la température (T), on utilise n autres sources d'informations relatives à n grandeurs différentes autres que le niveau de carburant et permettant de rendre observable le facteur d'échelle et on traite les résultats fournis par les (n + 1) sources d'informations de manière à estimer le facteur d'échelle, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 1, caractérisé en ce que l'on utilise une seconde source d'informations apte à fournir une information relative au débit du carburant consommé par le véhicule.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le débit de carburant consommé est donné par un calculateur associé au moteur du véhicule.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on estime le facteur d'échelle en prenant comme hypothèse que le niveau de carburant mesuré est lié au niveau réel par une relation du type :
Z = (l + fe. + fe2 (T - T0)).X + b
z étant l'indication de niveau donnée par le capteur de niveau,
x étant le niveau réel du carburant,
fel étant la composante du facteur d'échelle indépendante de la température,
fe2 étant la composante du facteur d'échelle dépendante de la température,
T étant la température dans le réservoir, à proximité du capteur,
T0 étant une température de référence, b étant un bruit de mesure. '
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on estime un vecteur d'état ayant pour composantes le niveau du carburant, les grandeurs relatives aux n autres sources d'informations et le facteur d'échelle, au moyen d'un algorithme faisant intervenir les estimateurs du maximum de vraisemblance, du minimum de variance, du maximum a posteriori, ou un processus bayésien.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'on estime ledit vecteur d'état au moyen du filtre de Kalman.
6. Dispositif d'estimation (1 ) du volume de carburant dans un réservoir à carburant de véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comporte :
« un capteur de niveau (2) apte à délivrer un signal représentatif du niveau de carburant dans le réservoir, ce capteur constituant une première source d'informations, ce signal étant perturbé par un facteur d'échelle dépendant au moins d'une grandeur autre que le niveau de carburant,
« ' n source d'informations apte à délivrer chacune un signal représentatif d'une grandeur autre que le niveau de carburant, notamment une source d'informations apte à délivrer un signal représentatif du débit de carburant consommé par le véhicule, et
• une unité de traitement (4) agencée pour combiner les signaux délivrés par les (n + 1) sources d'informations de manière à estimer le facteur d'échelle et corriger le signal délivré par le capteur de niveau obtenant ainsi une indication sur le volume de carburant plus proche de la réalité.
7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'une des sources d'informations délivre une information relative au débit de • carburant consommé par le moteur.
EP01996720A 2000-11-20 2001-11-20 Procede d'estimation du volume de carburant dans un reservoir de vehicule automobile Withdrawn EP1337813A2 (fr)

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