FR2808589A1 - Procede de detection de defauts dans l'exploitation de signaux de capteur - Google Patents
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Abstract
Procédé de détection de défauts dans l'exploitation de signaux de capteur notamment de signaux de cliquetis d'un moteur à combustion interne. A partir de valeurs de référence normalisées, on forme des caractéristiques dépendant de la vitesse de rotation, qui constituent la limite supérieure et la limite inférieure des plages autorisées et qui sont comparées aux valeurs de référence actuelles normalisées. Si ces valeurs de référence actuelles normalisées dépassent les caractéristiques dépendant de la vitesse de rotation d'une manière prédéterminée, notamment d'un coefficient prédéterminé, on considère qu'il y a un défaut et celui-ci est affiché; des mesures sont prises pour éviter les effets du défaut sur les structures en aval, par exemple le régulateur qui reçoit le signal de capteur.
Description
La présente invention concerne un procédé de détection de défauts dans
l'exploitation de signaux de capteur et notamment
l'exploitation des signaux de capteur de cliquetis d'un moteur à combus-
tion interne.
Etat de la technique Il est connu que l'exploitation des signaux de capteur qui sont à la base de la régulation d'installations techniques nécessite des
mesures de diagnostics permettant de déceler d'éventuels fonctionne-
ments défectueux de capteur. De tels diagnostics de capteur sont notam-
ment connus en liaison avec la détection du cliquetis et la régulation du
cliquetis dans des moteurs à combustion interne. Les capteurs de clique-
tis sont associés aux cylindres d'un moteur à combustion interne; ils
émettent un signal permettant de savoir s'il y a une combustion engen-
drant du cliquetis, gênant dans au moins l'un des cylindres. En fonction des informations fournies par les capteurs de cliquetis à l'appareil de
commande du moteur à combustion interne, celui-ci agit sur les gran-
deurs de régulation par exemple l'instant d'allumage dans les cylindres
concernés du moteur.
Si on ne décèle pas le fonctionnement défectueux d'un capteur de cliquetis ou du circuit d'exploitation associé, on risque que le
moteur à combustion interne fonctionne mal et cette situation peut fina-
lement aboutir à la destruction du moteur. Même des défauts reconnus à tort peuvent aboutir à des états de fonctionnement gênants. Pour cette
raison, actuellement, tous les dispositifs de détection de cliquetis de mo-
teurs à combustion interne sont équipés de moyens de surveillance déce-
lant un défaut de fonctionnement d'un capteur de cliquetis ou de son installation d'exploitation. Un procédé et un dispositif correspondant à la
détection de défauts dans la détection du cliquetis sont par exemple dé-
crits dans le document PCT DE 94/01041.
Selon ce document PCT DE 94/01041, il est connu dans
une installation de détection de cliquetis d'un moteur à combustion in-
terne, de comparer les signaux de sortie des capteurs de cliquetis après une certaine préparation pour déceler les défauts, à un seuil supérieur et
un seuil inférieur dépendant de la vitesse de rotation. Si le niveau de réfé-
rence normalisé, actuel, formé à partir du signal de capteur actuel se situe en dehors de la plage autorisée délimitée par les deux limites supérieure et
inférieure dépendant de la vitesse de rotation, on estime qu'il y a un dé-
faut. La valeur limite supérieure UGO ou la valeur limite inférieure UGU, dépendant toutes deux de la vitesse de rotation sont fixées pour se situer
d'une valeur prédéterminée, fixe représentant le coefficient de sécurité, au-
dessus ou en dessous du niveau de référence normalisé maximal ou mi-
nimal possible pour la vitesse de rotation concernée. La fixation du seuil supérieur UGO et du seuil inférieur UGU à partir du niveau de référence normalisé maximum ou minimum autorisé, peut se faire par exemple avec des considérations de plausibilité; selon de telles considérations, on ne change plus une relation de dépendance choisie une fois par rapport au niveau de référence normalisé, autorisé pendant le fonctionnement du
io moteur à combustion interne.
Selon un développement de la solution connue, on ne re-
connaît un défaut que si le niveau du signal de référence actuel normalisé quitte cette plage pendant une durée prédéterminée; on prend alors des mesures de sécurité qui entraînent par exemple un décalage de l'angle d'allumage. Ces moyens de sécurité agissent jusqu'à ce que le niveau de référence normalisé soit de retour dans la plage autorisée. En dessous
d'une vitesse de rotation minimale, on n'effectue pas de diagnostic.
Avantages de l'invention Le procédé selon l'invention de détection d'erreurs pour l'exploitation des signaux de capteur notamment des signaux de capteur de cliquetis d'un moteur à combustion interne selon l'invention est caractérisé en ce qu'au
moins un seuil est formé en fonction de valeurs de référence antérieures.
Ce procédé selon l'invention a l'avantage de permettre de garantir la détection d'un défaut de manière plus sûre que dans l'état de
la technique, sans que la dispersion des tolérances de fabrication des dif-
férents capteurs et la diminution de la sensibilité des capteurs en fonction de leur vieillissement ne jouent un rôle. La distance de sécurité du seuil supérieur et du seuil inférieur en fonction de la vitesse de rotation par rapport à la plage autorisée du niveau de référence normalisé peut être diminuée avantageusement, ce qui augmente d'autant la fiabilité de la
détection d'erreur.
Ces avantages résultent du fait qu'à la fois le seuil supé-
rieur et le seuil inférieur sont des seuils adaptatifs ou à apprentissage automatique. Ces deux valeurs limites ou seuils sont toujours fonctions de
la vitesse de rotation et augmentent avec la vitesse de rotation (régime).
Ces seuils dépendent avantageusement de valeurs antérieures du niveau de référence normalisé et peuvent être modifiés pendant le fonctionnement
par exemple d'un moteur à combustion interne.
La détection du défaut ne se produit avantageusement que si une valeur de référence actuelle normalisée dépasse le seuil supérieur
d'un facteur prédéterminé (vers le bas), ces facteurs n'étant pas nécessai-
rement identiques.
Suivant d'autres caractéristiques, il est particulièrement avantageux que pour fixer les seuils adaptatifs ou d'auto-apprentissage,
qui constituent la limite supérieure et la limite inférieure de la plage auto-
risée, on utilise les valeurs maximales et/ou minimales du niveau de réfé-
rence normalisé.
Ces valeurs sont avantageusement enregistrées dans des mémoires de l'installation d'exploitation par exemple de l'appareil de commande du moteur à combustion interne; cet appareil de commande dans le cas de la détection de cliquetis assure non seulement la détection
de défaut mais également la détection de cliquetis directement et la régu-
lation consécutive du cliquetis.
Aux faibles régimes, on utilise avantageusement un seuil
inférieur fixe pour activer la détection de défaut ou le diagnostic. Cela ga-
rantit que dans ces conditions, il n'y a pas de détection de défaut erronée.
Le régime minimum à partir duquel se fait le diagnostic reste conservé mais il peut être décalé vers les régimes plus faibles contrairement à l'état de la technique comme celui décrit par exemple dans le document PCT
DE 94/01041.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un
exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins an-
nexés, dans lesquels: - la figure 1 montre un dispositif connu de régulation de cliquetis d'un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, - la figure 2 montre le niveau de référence normalisé et le seuil supérieur
et le seuil inférieur déduits des niveaux de référence normalisés maxi-
mum et minimum possibles, les plages pour les valeurs de référence normalisées actuelles qui permettent de conclure à un défaut étant
distinguées de manière particulière.
Description
La figure 1 montre un dispositif connu de détection de cli-
quetis appliquée à un moteur à combustion interne.
Selon la figure 1, pour la détection de cliquetis du moteur à combustion interne BKM représenté schématiquement, on utilise deux capteurs de cliquetis 10, 11; ces capteurs sont installés à des endroits prédéfinis du moteur à combustion interne. A la place de deux capteurs de cliquetis, on pourrait également avoir un seul capteur ou un capteur par cylindre. Les capteurs de cliquetis 10, 11 fournissent les signaux S1, S2
transmis par un circuit d'exploitation 12 à l'entrée El d'un microcalcula-
teur 13 faisant partie d'un appareil de commande non représenté en dé-
tail. Le microcalculateur 13 peut recevoir d'autres signaux par une autre o0 entrée E2, signaux qui caractérisent par exemple l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. Un tel signal est par exemple le régime N du vilebrequin non représenté du moteur à combustion interne; ce régime se mesure à l'aide d'un capteur indépendant. En fonction des signaux du circuit d'exploitation 12 et d'autres signaux, le microcalculateur 13 régule
un étage de puissance d'allumage 14 et/ou d'autres installations du mo-
teur à combustion interne par exemple par l'émission de signaux appro-
priés à la sortie A. Le calculateur 13 peut également être réalisé sous la forme
d'un circuit à composantes séparées; il comprend une mémoire appro-
priée pour l'exploitation des signaux. Le circuit d'exploitation 12 ainsi que le calculateur 13 peuvent également être réunis pour former une seule installation de commande notamment l'appareil de commande du moteur
à combustion interne.
Le circuit d'exploitation 12 de l'exemple de réalisation choisi
comprend au moins un amplificateur 15 à coefficient d'amplification ré-
glable, qui reçoit d'un multiplexeur 21, alternativement les signaux de sortie S 1, S2 fournis par les capteurs de cliquetis. Un filtre passebande 16, en aval filtre les signaux amplifiés pour séparer les composantes de signal ayant des fréquences typiques du cliquetis. Le filtre passe-bande 16
est suivi d'un démodulateur 17 par exemple un redresseur dont les si-
gnaux de sortie seront intégrés dans l'intégrateur 18. Les signaux intégrés ou le contenu de l'intégrateur portent la référence KI; ces signaux sont appliqués à une première entrée d'un comparateur 19 dont l'autre entrée reçoit un niveau de référence RF; ce niveau de référence est par exemple
fourni par un filtre passe-bas 22 qui fait la moyenne des signaux du cap-
teur de cliquetis avec une constante de temps importante. L'amplitude ef-
fective du signal de référence est fixée à l'aide du calculateur 13 en
fonction des niveaux de fonctionnement prédéfinis du moteur à combus-
tion interne. La construction du dispositif de détection de cliquetis n'est
donnée que schématiquement et n'est décrite que pour ce qui est néces-
saire à la compréhension de la présente invention.
Pour la détection du cliquetis, le comparateur 19 compare
s les valeurs intégrales KI à la valeur de référence fournie de manière ap-
propriée. On estime qu'il y a cliquetis si la valeur KI dépasse d'une ma-
nière prédéterminée la valeur de référence; à ce moment, un signal S3 est émis qui indique l'existence de cliquetis. Ce signal est pris en compte pour
la régulation du cliquetis par le calculateur 13.
l0 La difficulté particulière de la détection du cliquetis est que le signal fourni par les capteurs de cliquetis contienne non seulement les composantes de caractéristiques du cliquetis mais également des signaux
de fond et ces deux parties du signal dépendent de la vitesse de rotation.
Pour avoir une détection fiable du cliquetis, il faut ainsi former de manière
très particulière la valeur de référence nécessaire à la détection du clique-
tis. Cette valeur de référence est finalement une mesure de l'importance de la composante du signal provenant des signaux de fond. Une possibilité pour former un niveau de référence particulièrement approprié consiste à appliquer la formule REF = (Fl - 1)/Fl * REFA + l/Fl * KI avec: REF = niveau de référence REFA = niveau de référence antérieur KI = intégrale de cliquetis
Fl coefficient réglable par exemple 16.
Partant de ce niveau de référence REF, on forme un autre
niveau de référence dit normalisé REFN en multipliant par exemple le ni-
veau de référence REF avec un coefficient de normalisation V (i). Le niveau de référence normalisé REFN (i) se calcule par exemple selon la formule suivante: REFN (i) = (8/V (i)) * REF (i) avec REFN = niveau de référence normalisé REF = niveau de référence
V (i) = coefficient de normalisation pour le niveau de réfé-
rence normalisé.
La normalisation se fait soit en réglant l'étage d'amplification en fonction du coefficient d'amplification. Le coefficient de normalisation présente par exemple des valeurs V (i) = 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64. A côté de la détection du cliquetis, le dispositif représenté à la figure 1 pour la détection du cliquetis ou un dispositif analogue permet également de détecter un fonctionnement défectueux des capteurs de cli-
quetis ou un défaut du circuit d'exploitation. Pour cela, partant de la va-
leur de référence REF, on forme une grandeur convenant pour une détection de défaut fiable. Cette grandeur représente au moins un seuil ou
valeur limite qui est le cas échéant fourni de manière modifiée à un com-
parateur par exemple au comparateur 19 ou à un autre comparateur non représenté dans le dessin avec la valeur de référence actuelle ou la valeur
de référence normalisée actuelle pour être comparé; une déviation prédé-
terminée conduit alors à une détection de défaut.
Si on n'utilise qu'un comparateur pour la détection du cli-
quetis et la détection de défaut, les deux détections peuvent se faire par exemple de manière décalée dans le temps. Si la comparaison se fait sous
la forme d'une étape de programme dans le calculateur, il faut deux opé-
rations de comparaison, l'une pour la détection du cliquetis et l'autre pour
la détection du défaut.
Comme les capteurs de cliquetis utilisés ont généralement une dispersion de tolérances de fabrication relativement importante, et
que leur sensibilité diminue avec le vieillissement, la régulation de clique-
tis actuelle utilise une détection relative du cliquetis. On multiplie ainsi le
niveau de référence REF avec un coefficient K pour compenser les varia-
tions de sensibilité ou celles dues au vieillissement. Mais le diagnostic avec le capteur de cliquetis connu utilise des seuils absolus qui ne sont plus modifiés pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne et ainsi pour compenser d'éventuelles variations de sensibilité, ces seuils
doivent être adaptés avec une réserve de sécurité relativement importante.
Selon l'invention, on décrira ci-après une détection de dé-
faut avec des seuils ou valeurs limites supérieure et inférieure à auto-
apprentissage ou adaptatifs, dépendant de la vitesse de rotation; ces seuils forment les limites entre les plages autorisées dans lesquelles on détecte les défauts. Ainsi la distance de sécurité vis-à-vis de la solution connue peut être diminuée et/ou on peut augmenter l'étendue de la plage de diagnostic. De plus, la distance de sécurité n'est pas influencée par le
vieillissement, ce qui évite de détecter des défauts de la fonction de diag-
nostic. Des fonctions défectueuses décelées de manière erronée ne ris-
quent plus de se produire. Comme le diagnostic selon l'invention fonc-
tionne en auto-apprentissage, on peut diminuer la durée d'application et augmenter sa sécurité; pour l'application, c'est-à-dire en fixant le seuil supérieur et le seuil inférieur, les moyens à mettre en oeuvre seront plus réduits, car ces seuils s'adapteront de manière optimale aux exigences
pendant le fonctionnement.
Pour effectuer le procédé selon l'invention, on utilise deux caractéristiques UDKSNU et UDKSNO, dépendant de la vitesse de rotation avec auto-apprentissage; ces caractéristiques constituent les seuils ou i0 limites supérieure et inférieure. Ces caractéristiques doivent présenter par exemple au moins cinq points d'appui. Ces caractéristiques sont formées à l'aide de filtres très lents notamment dans le programme d'arrière-plan, en fonction de niveaux de référence normalisés, antérieurs. Pour cela, par exemple on mémorise les valeurs minimales et maximales du niveau de référence normalisé REFN et qui se produisent chaque fois dans la plage des vitesses de rotation actuelles dans des mémoires appropriées de l'installation d'exploitation, par exemple dans le calculateur de l'appareil
de commande.
A partir de ces valeurs minimales et maximales, on forme des caractéristiques dépendant de la vitesse de rotation (régime). Si un niveau de référence actuel normalisé passe en dessous ou au-dessus des seuils à auto-apprentissage, d'une valeur fixée en fonction de la vitesse de rotation, par exemple d'un coefficient égal à 0,5 en dessous ou audessus, on estime qu'il y a un défaut. Pour le seuil supérieur et le seuil inférieur,
on peut également utiliser des coefficients différents; on reconnaît égale-
ment un défaut si un niveau de référence actuel se situe en dessous d'un
seuil minimum fixe applicable. Comme seuil d'activation pour le diagnos-
tic, on fixe une valeur NDKS décalée vers les faibles régimes par rapport à
la valeur utilisée dans la solution connue. Les seuils sont comparés cha-
que fois dans des moyens de comparaison par exemple des comparateurs 19, 19a qui peuvent également être réalisés sous la forme d'interrogations de programme; la comparaison se fait avec des valeurs actuelles pour la
détection des défauts.
La figure 2 montre un exemple de la manière de modifier le niveau de référence normalisé en fonction du régime. En voit en outre sur cette figure les plages dans lesquelles un défaut a été reconnu. De manière
détaillée, le seuil UDKSNN désigne la valeur minimale du niveau de réfé-
rence normalisé. Si un niveau de référence normalisé, actuel, obtenu est
inférieur à ce seuil, on ne considère pas habituellement qu'il y a un dé-
faut, mais par exemple dans un autre développement, on peut estimer
qu'il y a un défaut si cette condition persiste à long terme. Les seuils infé-
rieur et supérieur adaptés portent les références UDKSNU et UDKSNO.
Entre ces deux seuils se situe une plage qui correspond à une plage autorisée. Si un niveau de référence actuel normalisé se situe dans cette plage, il sera toujours accepté comme correct. En dessous du seuil UDKSNU, on a un autre seuil dépendant de la vitesse de rotation qui en est séparé d'un coefficient de sécurité UDKSNY. Au-dessus du seuil UDKSNO se trouve également un autre seuil éloigné d'un coefficient de sécurité. Si le niveau de référence actuel normalisé est au-dessus de ce seuil ou en dessous du
seuil inférieur, on reconnaît toujours qu'il y a un défaut.
Après l'initialisation, c'est-à-dire après le démarrage du
moteur à combustion interne, seul le seuil minimum fixe UDKSNN est ac-
tif; dans ce cas, un défaut ne sera constaté que si le niveau de référence normalisé actuel est en dessous de ce seuil minimum fixe par exemple selon trois incréments. L'apprentissage des deux caractéristiques UDKSNU et UDKSNO est seulement libéré si les valeurs normalisées du niveau de référence sont situées au-dessus d'une valeur correspondant à UDKSNN augmentée d'un autre coefficient de sécurité. On veut ainsi éviter qu'après l'initialisation, l'apprentissage porte sur un capteur de cliquetis
qui ne fonctionnerait pas correctement et qui ne serait pas coupé.
On enregistre en mémoire une nouvelle valeur lorsque la
valeur se situe au-dessus ou en dessous de la valeur maximale ou mini-
male mémorisée en dernier lieu. Pour cela, on ne tient pas compte de la valeur à 100 %, mais seulement avec un coefficient applicable. On peut par exemple adapter le seuil inférieur et/ou supérieur nouveau UDKSNU/O (nouv) que l'on détermine avec une formule analogue à celle ayant servi à former le niveau de référence. Une formule possible est la suivante:
UDKSNU/O (nouv) = 1/K (UDKSNU/O(anc) + (MIN/MAX-
UDKSNU/O(anc)). Le diagnostic des seuils adaptés ne doit être libéré que si les
valeurs apprenties ne changent plus que légèrement et/ou si elles se si-
tuent toujours au-dessus du seuil minimum UDKSNN.
La présente invention a été décrite ci-dessus à l'aide d'un procédé de détection de défaut dans un dispositif de détection de cliquetis
mais en principe l'invention peut également s'appliquer à d'autres dispo-
sitifs par exemple à l'exploitation de signaux fournis par des capteurs in-
ductifs que l'on compare pour former les signaux rectangulaires avec des
seuils ou des valeurs de référence.
Claims (7)
1 ) Procédé de détection de défauts dans l'exploitation de signaux de cap-
teur, notamment dans l'exploitation de signaux fournis par des capteurs de cliquetis d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un capteur et un circuit d'exploitation en aval de celui-ci, qui à partir des si-
gnaux du ou des capteurs forme au moins un niveau de référence varia-
ble, qui est comparé à un seuil supérieur et/ou inférieur pour la détection de défauts, et qui constate un défaut en cas de dépassement prédéterminé du seuil supérieur et/ou inférieur par le niveau de référence actuel, caractérisé en ce qu'
au moins un seuil est formé en fonction de valeurs de référence antérieu-
res. 2 ) Procédé de détection de défauts selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'
en cas de dépassement du seuil supérieur d'un premier coefficient prédé-
terminé et/ou de dépassement vers le bas du seuil inférieur d'un second
coefficient prédéterminé, on conclut à un défaut.
3 ) Procédé de détection de défauts selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'
on applique des coefficients dépendant de la vitesse de rotation.
4 ) Procédé de détection de défauts selon l'une quelconque des revendica-
tions 1, 2, ou 3, caractérisé en ce qu' on forme les seuils supérieurs et/ou inférieurs comme caractéristiques UDKSNO et/ou UDKSNU d'autoapprentissage en fonction de valeurs de
référence normalisées antérieures.
) Procédé de détection de défauts selon la revendication 4, caractérisé en ce que
les deux caractéristiques UDKSNO et UDKSNU d'auto-apprentissage dé-
pendent de la vitesse de rotation et sont formées à partir des niveaux de
référence normalisés par un filtrage lent.
6 ) Procédé de détection de défauts selon les revendications 1 ou 2,
caracterise en ce que l1 les caractéristiques UDKSNU et/ou UDKSNO d'autoapprentissage sont formées par des valeurs minimales et/ou maximales prédéterminées du
niveau de référence normalisé.
7 ) Procédé de détection de défauts selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on forme les seuils par application de l'équation:
UDKSNU/O (nouv) = l/K (UDKSNU/O (anc) + (MIN-MAX-
UDKSNU/ O (anc)).
8 ) Procédé de détection de défauts selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on autorise une détection de défauts seulement au-dessus d'une vitesse
de rotation minimale et/ou au-dessus d'une valeur minimale pour le ni-
veau de référence normalisé.
9 ) Procédé de détection de défauts selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on libère l'adaptation des seuils seulement si les valeurs d'apprentissage pour un niveau de référence normalisé ne varient plus que légèrement
et/ou se situent au-dessus d'un seuil minimum.
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