FR2834789A1 - Procede de traitement du signal d'un capteur de cognement pour moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
Procédé de traitement du signal d'un capteur de cognement pour moteur à combustion interne. On fixe une fenêtre de temps pour analyser le signal de capteur en fonction du régime et/ ou du comportement de fonctionnement du moteur; on échantillonne plusieurs valeurs du signal de capteur à l'intérieur de la fenêtre de temps préfixée avec une fréquence préfixée; on détermine à partir des valeurs d'échantillonnage un signal de sortie reproduisant le comportement de cognement du moteur, la transformée de Fourier des valeurs d'échantillonnage étant calculée pour la détermination du signal de sortie.Selon l'invention, avant un fonctionnement normal, la fréquence d'échantillonnage est adaptée, dans une opération de réglage, à la gamme de fréquence du signal de cognement du moteur; le signal de sortie est calculé pendant l'opération de réglage pour différentes valeurs de la fréquence d'échantillonnage et la fréquence d'échantillonnage pendant le fonctionnement normal est réglée à la valeur pour laquelle le signal de sortie est maximal.
Description
capacité du capteur.
L'invention concerne un procédé de traitement du signal d'un capteur de cognement pour moteur à combustion interne, comprenant les opérations suivantes consistant: à fixer une fenêtre de temps pour analyser le signal de capteur en fonction du régime et/ou du comportement de fonctionnement du moteur à combustion interne, à échantillonner plusieurs valeurs d'échantillonnage du signal de capteur à l'intérieur de la fenêtre de temps préfixée avec une fréquence d'échantillonnage préfixée, et à déterminer à partir des valeurs d'échantillonnage un signal de sortie reproduisant le comportement de cognement du moteur à combustion interne, la transformee de Fourier des valeurs d'échantillonnage étant calculée pour la détermination du signal
de sortie.
Dans les moteurs à combustion interne à allumage à commande extérieure (moteurs à allumage commandé), le mélange de carburant peut en partie s'allumer de lui-même dans les chambres de combustion du moteur sous l'effet de la compression du moteur, ce qui entrane ce quiil est convenu d'appeler un cognement qui se traduit
par exemple sous forme de vibrations non souhaitées.
C'est pourquoi il est connu de surveiller le comportement de cognement des moteurs à combustion interne à allumage commandé afin que la commande du moteur puisse en fonction de cette surveillance remédier éventuellement à ce comportement. A cet effet, il est connu d'utiliser des capteurs de cognement se présentant par exemple sous forme de capteurs de vibrations ou de capteurs de pression, lesquels délivrent un signal de cognement dont l'analyse permet de déterminer le comportement de cognement du moteur. Pour l'analyse du signal de capteur, seule est considérée une fenêtre de temps déterminse du signal de capteur dont la position correspond à une position angulaire déterminée du vilebrequin du moteur, le signal de capteur contenant à l'intérieur de cette fenêtre de temps des informations concernant le comportement de cognement du moteur qui permettent de tirer des conclusions particulièrement importantes. Le signal de capteur détecté pendant cette fenêtre de temps est alors soumis à un filtrage passe-bande, la fréquence centrale du filtrage passe-bande étant réglée de manière que la fourchette de fréquence du signal de cognement soit située à i'intérieur de la bande passante du filtre passe- bande. Ensuite, I'énergie du signal de cognement obtenu après filtrage passe-bande est calculée pendant la fenêtre de temps préfixée, ce qui peut s'effectuer par intégration du signal élevé au carré. Le signal de cognement mis en forme de cette manière permet alors de déterminer le comportement de cognement au moyen de l'électronique du moteur, de sorte que celle-ci puisse s'y opposer d'une
manière appropriée.
Un inconvénient du procédé connu de traitement de signal décrit précédemment est le traitement relativement complexe pendant le filtrage passe bande et le calcul de l'énergie du signal. L'application du procédé connu de traitement de signal rend par conséquent nécessaire un matériel informatique relativement complexe ou un temps de calcul relativement important. Par ailleurs, par DE 690 17 063 T2, on connatt un procédé d'analyse d'un signal de cognement selon lequel ce signal de cognement est échantillonné à une
cadence d'échantillonnage préfixée, puis est soumis à une transformation de Fourier.
La cadence d'échantillonnage est réglée d'une manière correspondant au régime actuel du moteur, afin de permettre une constatation la meilleure possible du cognement. Toutefois, un inconvénient de ce procédé réside dans le fait que la relation entre le régime du moteur et la cadence d'échantillonnage qui en résulte est préfixée d'une façon fixe d'une manière qui est spécifique du moteur. Ce procédé ne se prête
donc sans adaptation complexe qu'à un type de moteur déterminé.
En outre, par DE 42 23 649 C2, DE 691 05 256 T2, DE 690 05 256 T2, DE 22 815 A1 et DE 195 20 033 A1, on connat des procédés ou dispositifs d'analyse ou de synthèse de signaux de cognement dans le cas desquels le signal de
cognement est échantillonné, puis soumis à une transformation de Fourier.
Toutefois, ces procédés connus ne se prêtent également sans adaptation
complexe qu'à un type de moteur déterminé.
C'est pourquoi l'invention a pour but de perfectionner le procédé connu de traitement de signal décrit précédemment d'une manière telle que, sans adaptation
complexe, une application soit possible dans le cas de différents types de moteurs.
A cet effet, I'invention a pour objet un procédé, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce qu'avant un fonctionnement normal, la fréquence d'échantillonnage est adaptée, dans une opération de réglage, à la gamme de fréquence du signal de cognement du moteur à combustion interne et en ce que le signal de sortie est calculé pendant l'opération de réglage pour différentes valeurs de la fréquence d'échantillonnage et la fréquence d'échantillonnage pendant le fonctionnement normal est réglée à la valeur pour laquelle le signal de sortie est maximal. L'invention est basoe sur l'enseignement technique général consistant, à la place du filtrage passe-bande du signal de capteur et du calcul complexe de l'énergie du signal qui suit, à calculer la transformée de Fourier d'un signal d'échantillonnage du signal de capteur, en utilisant la connaissance du fait qu'également la transformée de Fourier du signal d'échantillonnage obtenu à partir du signal de capteur permet de
tirer une conclusion sur le comportement de cognement des moteurs.
Le signal fourni par le capteur de cognement est donc de préférence d'abord échantillonné pendant la fenêtre de temps contenant des informations, I'échantillonnage ayant lieu à une fréquence d'échantillonnage préfixée. Ensuite, le signal d'échantillonnage obtenu à partir du signal du capteur de cognement est soumis à une transformation de Fourier. La transformation de Fourier est connue d'une manière générale dans la technique de l'information, de sorte qu'il
est possible de renoncer ci-après à une description détaillée de la transformation de
Fourier. A la place, on mentionnera la description de la transformation de Fourier
dans LUKE: Transmission des signaux, 4e édition, manuel Springer (ISBN 3540
52177-1), pages 21 et suivantes et 49 et suivantes.
Il ressort en outre de ces passages de docomentation que, dans la transformation de Fourier, on doit considérer une partie complexe et une partie réclle, ce qui est relativement complexe. Toutefois, dans le cas des signaux physiques qui interviennent dans le cas présent, il est possible de négliger la partie complexe de la transformation de Fourier, de sorte que, selon le procédé conforme à l'invention, on ne considère de préférence que la partie cosinus réelle, le calcul de la transformoe de Fourier s'en trouvant avantageusement considérablement simplifié. Ainsi, le calcul de la transformée de Fourier X(f) s'effectue à partir des valeurs d'échantillonnage individuelles x conformément à la formule suivante: X(f)= (xt.cos(2.Tr.f.t)) =, En d'autres termes, suivant l'invention, lors du calcul de la transformée de
Fourier des valeurs d'échantillonnage, seule la partie cosinus réelle est calculée.
L'échantillonnage du signal d'échantillonnage fourni par le capteur de cognement a de préférence lieu à des intervalles équidistants d'échantillonnage, de sorte que les valeurs cosinus se présentant lors du calcul de la transformée de Fourier peuvent être calculées au préalable et déposées dans une table de consultation. Cela offre l'avantage que le calcul de la transformation de Fourier est possible au moyen de simples additions et multiplications, de sorte que les moyens en calcul qui sont nécessaires sont fortement rébuits. Contrairement à cela, le calcul
classique de valeurs cosinus est beaucoup plus complexe.
En d'autres termes, selon l'invention, la partie cosinus réelle est chaque fois lue, pour le calcul de la transformée de Fourier, à partir d'une mémoire, afin de
simplifier et accélérer le calcul.
Une autre simplification du traitement de signal est obtenue, suivant une variante de l'invention, par le fait que le calcul de la transformée de Fourier est effectué, indépendamment de la fréquence d'échantillonnage, toujours pour un
nombre préfixé de T valeurs d'échantillonnage.
Si la fréquence d'échantillonnage conduit à un nombre plus grand de valeurs d'échantillonnage, les valeurs d'échantillonnage individuelles sont réparties par groupes de chacun T valeurs d'échantillonnage, la transformée de Fourier étant
calculée pour chaque groupe de chaque fois T valeurs d'échantillonnage.
En d'autres termes, selon l'invention, les valeurs d'échantillonnage sont regroupées par groupes comportant un nombre préfixé de valeurs d'échantillonnage, la transformée de Fourier étant calculée d'une manière séparée pour chacun des groupes. Si, par contre, la fréquence d'échantillonnage est si faible qu'il est détecté moins de T valeurs d'échantillonnage, les valeurs d'échantillonnage manquantes sont
de préférence remplies par des zéros.
De préférence, les transformées de Fourier calculées pour les différents groupes de valeurs d'échantillonnage sont additionnées pour obtenir le signal de sortie. Ainsi, il est prévu d'adapter le procédé de traitement de signal au comportement de cognement du moteur à combustion interne chaque fois considéré, comportement qui est spécifique du moteur. C'est ainsi qu'il est par exemple possible que le signal de cognement dans le cas de moteurs à quatre cylindres soit situé dans une autre gamme de fréquences que dans le cas de moteurs à six cylindres. En conséquence, il est avantageux d'adapter le procédé de traitement de signal conforme à l'invention, préalablement au régime normal du moteur et dans le cadre d'une opération de réglage introduite auparavant, à la répartition de fréquences du
signal de cognement du moteur.
A cet effet, on fait varier la fréquence d'échantillonnage, les signaux de sortie correspondant aux différentes fréquences d'échantillonnage étant comparés. Le procédé de traitement de signal est alors exécuté pendant le régime normal du moteur avec la fréquence d'échantillonnage pour laquelle le signal de sortie était maximal. Ainsi, un signal de cognement à relativement haute fréquence va également en général exiger une fréquence d'échantillonnage relativement grande, tandis que, par contre, un signal de cognement à basse fréquence permet également une
fréquence d'échantillonnage plus faible.
Suivant une variante constituant un développement, I'opération de réglage pendant la duree de vie du moteur à combustion interne est répétée au moins une fois, étant donné que la répartition de fréquences du signal de cognement peut se
modifier au cours du temps.
En d'autres termes, selon l'invention, I'opération de réglage prévue pour la fréquence d'échantillonnage est répétées au moins une fois pendant la durée de vie du moteur à combustion interne, afin d'adapter la fréquence d'échantillonnage à une
modification de fréquence du signal de cognement.
La nouvelle exécution de l'opération de réglage a lieu de préférence chaque fois après des intervalles d'adaptation préfixés ou chaque fois après un nombre
préfixe de tours du vilebrequin ou de l'arbre à cames.
En d'autres termes, selon l'invention, I'opération de réglage est répétée à des intervalles de temps préfixés ou chaque fois après un nombre préfixé de tours du
moteur à combustion interne.
Toutefois, il est également possible de déterminer l'état de vieillissement du moteur à partir de plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur pris en commun et d'exécuter alors de nouveau l'opération de réglage chaque fois qu'est
atteint un état de vieillissement préfixé.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description
qui va suivre à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés. On voit: à la figure 1, le déroulement général du procédé de traitement de signal conforme à l'invention sous forme d'un ordinogramme, à la figure 2, le calcul du signal de sortie à partir du signal de cognement sous forme d'un ordinogramme et, à la figure 3, I'adaptation de la fréquence d'échantillonnage également sous
forme d'un ordinogramme.
Dans le cadre du procédé de traitement de signal conforme à l'invention, c'est d'abord une adaptation de la fréquence d'échantillonnage fs au comportement de cognement du moteur à combustion interne qui a lieu, préalablement au régime normal du moteur, à un premier pas 1, étant donné que la répartition de fréquences du comportement de cognement par exemple dans le cas de moteurs à deux cylindres peut être autre que dans le cas de moteurs à quatre cylindres. Du fait de l'introduction d'une telle opération de réglage avant le régime normal proprement dit du moteur, le procédé de traitement de signal conforme à l'invention peut être utilisé sans modification dans le cas de différents types de moteurs à combustion interne. Le déroulement de l'opération de réglage est exposé plus en détail en regard de
I'ordinogramme représenté à la figure 3.
Après le réglage de la fréquence d'échantillonnage fs optimale au pas 1, c'est alors, à un pas 2 suivant, le calcul du signal de sortie qui a lieu à partir du signal de cognement du capteur de cognement, ce signal de sortie permettant de tirer une conclusion sur le comportement de cognement du moteur. Le déroulement du calcul du signal de sortie à partir du signal de cognement du capteur est reproduit dans
l'ordinogramme représenté à la figure 2 et sera encore décrit plus en détail.
Le signal de sortie obtenu de cette manière est alors analysé par la commande de moteur à un pas 3 suivant afin d'exercer une action d'opposition, au
moyen de mesures de commande appropriées, lors d'un cognement du moteur.
Pendant le régime normal du moteur, il est vérifié d'une manière continue, à u n pas 4, si u n interval le d'ada ptation préfixé est écoulé, afin de pouvoir adapter la fréquence d'échantillonnage fs éventuellement à une répartition de fréquences modifiée du signal de cognement. Si l'intervalle d'adaptation préfixé n'est pas encore écoulé, le procédé se poursuit suivant une boucle sans fin avec le régime normal du moteur, le comportement de cognement du moteur étant surveillé d'une manière
continue de la façon précédemment décrite.
Lorsque l'intervalle d'adaptation préfixé est écoulé, on passe par contre de nouveau au pas 1 et on répète l'opération de réglage, en adaptant la fréquence d'échantillonnage fs et la répartition de fréquences du comportement de cognement
du moteur.
Le procédé de traitement de signal représenté à la figure 2 va maintenant être
décrit en détail.
Un signal de cognement x(t) est d'abord mesuré, à un pas 5, par un capteur de cognement, un capteur de vibrations ou un capteur de pression pouvant par exemple être utilisé en tant que capteur de cognement. Ce capteur de cognement
délivre donc un signal de cognement x(t) continu dans le temps et continu en valeur.
A un pas 6 suivant, on détermine alors la fenêtre de temps du signal de cognement qui contient les informations permettant de tirer une conclusion sur le comportement de cognement du moteur. A cet effet, la fenêtre de temps est fixce par rapport à la position angulaire du vilabrequin, ce qui est connu en soi et n'a donc pas
besoin d'être décrit plus en détail.
A un pas 7 suivant, le signal de cognement x(t) continu dans le temps et continu en valeur est alors échantillonné à une fréquence d'échantillonnage fs préfixée à l'intérieur de la fenétre de temps préfixée, N valeurs d'échantillonnage étant alors obtenues. Le nombre des valeurs d'échantillonnage obtenues pendant le pas 7
peut également fluctuer en fonction de la fréquence d'échantillonnage fs.
Par contre, le procédé de traitement de signal conforme à l'invention est basé sur un nombre préfixé de T valeurs d'échantillonnage, de sorte que le calcul est simplifié d'une manière importante, ainsi que cela doit encore ressortir de la suite de
la description.
C'est pourquoi, à un pas 8 suivant, il est vérifié si le nombre N des valeurs d'échantillonnage est supérieur au nombre T préfixé et voulu de valeurs d'échantillonnage. Si tel est ie cas, les N valeurs d'échantillonnage sont alors réparties, à un pas
9 suivant, en j groupes de chacun T valeurs d'échantillonnage.
Si, par contre, la fréquence d'échantillonnage fs est si petite que le nombre N effectif des valeurs d'échantillonnage est inférieur au nombre T voulu de valeurs d'échantillonnage, les valeurs d'échantillonnage manquantes sont alors remplies par des zéros à un pas 10. Ensuite, à un pas 11, la transformoe de Fourier Xj(f) est alors calculée pour les différents groupes de valeurs d'échantillonnage pour la fréquence moyenne fc. qui présente de l'intérêt, du signal de cognement conformément à la
form u le rep résentée à la fig u re 2.
A un autre pas 12, les transformées de Fourier des différents groupes de valeurs d'échantillonnage sont alors additionnces pour donner un signal de sortie OUT qui permet de tirer une conclusion sur le comportement de cognement du moteur. L'adaptation de la fréquence d'échantillonnage fs à la répartition de fréquences du signal de cognement du moteur va maintenant être décrite à l'aide de
l 'ord i nog ram me représenté à la figure 3.
Une telle adaptation avant le régime normal proprement dit du moteur est judicieuse afin de pouvoir utiliser le procèdé de traitement de signal conforme à
l'invention dans le cas de différents types de moteurs à combustion interne.
Par ailleurs, I'adaptation de la fréquence d'échantillonnage qui est représentée à la figure 3 permet une adaptation de la fréquence d'échantillonnage à une répartition de fréquences du signal de cognement du moteur qui se modifie au cours
du temps.
A cet effet, une gamme de fréquence déterminée est parcourue pour le signal d'échantillonnage, afin de déterminer à cette occasion la fréquence d'échantillonnage optimale. C'est pourquoi, à un premier pas 13, la fréquence d'échantillonnage est fixée à une valeur initiale fsia' qui constitue la limite inférieure de la gamme de fréquences à
parcourir pour la fréquence d'échantillonnage.
A un pas suivant, une valeur de comparaison 0UTopT = 0 est alors fixée pour le signal de sortie, afin de pouvoir chaque fois comparer à cette valeur de comparaison les signaux de sortie respectifs qui se présentent pour les différentes
valeurs de la fréquence d'échantillonnage.
Au pas suivant 15, le signal de sortie OUT est alors calcuié pour la fréquence d'échantillonnage fs chaque fois considérée, conformément à l'ordinogramme représenté à la figure 2. A un pas suivant 16, il est alors vérifié si le signal de sortie OUT(fs) apparaissant pour la fréquence d'échantillonnage fs chaque fois considérée est supérieur à la valeur de comparaison jusqu'alors optimale OUTopT préfixée. Si tel est le cas, à un pas suivant 17, la valeur actuelle du signal de sortie OUT(fs) est alors utiiisée en tant que nouvelle valeur de comparaison OUTopT. Par ailleurs, également dans un tel cas, la valeur actuelle fs est adoptée en tant que valeur fOpT jusque là
optimale de la fréquence d'échantillonnage.
Ensuite, à un pas 18, la fréquence d'échantillonnage fs est alors augmentée d'un intervalle préfixé, afin de pouvoir répéter la vérification précédemment décrite
pour la nouvelle valeur de la fréquence d'échantillonnage.
Finalement, à un pas 19, il est vérifié si la fréquence d'échantillonnage fs a atteint la valeur limite supérieure fMAx de la gamme de fréquence à parcourir. Si tel n'est pas encore le cas, on passe au pas 15 et on vérifie si la valeur suivante de la fréquence d'échantillonnage convient mieux. Dans le cas contraire, il est mis fin à I'opération de réglage, plus précisément d'adaptation, et la fréquence d'échantillonnage fOpT est utilisée, dans le régime normal qui suit, pendant
l'échantillonnage au pas 7 de la figure 2.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation préféré de l'invention qui est précédemment décrit. Au contraire, il est possible d'imaginer de multiples variantes et modifications qui utilisent également le concept de l'invention et entrent
donc dans la portée de protection.
Claims (6)
1. Procédé de traitement du signal d'un capteur de cognement pour moteur à combustion interne, comprenant les opérations suivantes consistant: - à fixer une fenêtre de temps pour analyser le signal de capteur en fonction du régime et/ou du comportement de fonctionnement du moteur à combustion interne, - à échantillonner plusieurs valeurs d'échantillonnage du signal de capteur à l'intérieur de la fenêtre de temps préfixée avec une fréquence d'échantillonnage préfixée, - à déterminer à partir des valeurs d'échantillonnage un signal de sortie reproduisant le comportement de cognement du moteur à combustion interne, la transformoe de Fourier des valeurs d'échantillonnage étant calculée pour la détermination du signal de sortie, caractérisé en ce qu'avant un fonctionnement normal, la fréquence d'échantillonnage est adaptée, dans une opération de réglage, à la gamme de fréquence du signal de cognement du moteur à combustion interne et en ce que le signal de sortie est calculé pendant l'opération de réglage pour différentes valeurs de la fréquence d'échantillonnage et la fréquence d'échantillonnage pendant le fonctionnement normal est réglée à la valeur pour
laquelle le signal de sortie est maximal.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, lors du calcul de la transformée de Fourier des valeurs d'échantillonnage, seule la partie cosinus réelle
est calculée.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la partie cosinus réelle est chaque fois lue, pour le calcul de la transformée de Fourier, à partir d'une
mémoire, afin de simplifier et accélérer le calcul.
4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
l'opération de réglage prévue pour la fréquence d'échantillonnage est répétée au moins une fois pendant la durée de vie du moteur à combustion interne, afin d'adapter la fréquence d'échantillonnage à une modification de fréquence du signal de cognement. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'opération de réglage est répétée à des intervalles de temps préfixés ou chaque fois après un
nombre préfixé de tours du moteur à combustion interne.
356. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en
ce que le calcul de la transformée de Fourier est effectué, indépendamment de la fréquence d'échantillonnage, toujours pour un nombre préfixé de T valeurs d'échantillonnage. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les valeurs d'échantillonnage sont regroupées par groupes comportant un nombre préfixé de valeurs d'échantillonnage, la transformée de Fourier étant calculée d'une manière
séparée pour chacun des groupes.
8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les transformées de Fourier calculées pour les différents groupes de valeurs d'échantillonnage sont
additionnces pour obtenir le signal de sortie.
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