FR3103272A1 - Procede de traitement du signal pour eliminer les perturbations generees dans les lignes d’air des moteurs thermiques - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de traitement du signal parasite lié à des perturbations dans la chambre de combustion d’un moteur thermique et impactant ses lignes d’air, caractérisé en ce qu’on effectue un filtrage passe-bas en déterminant une moyenne glissante (M) à partir d’un nombre (N) d’échantillons sélectionnés en fonction du régime (RM) du moteur. Figure 1
Description
L’invention s’applique au domaine de la régulation des moteurs à combustion des véhicules automobiles.
Plus précisément, l’invention concerne un procédé de traitement du signal permettant d’éliminer les perturbations générées par les explosions dans la chambre de combustion et impactant les lignes d’air du moteur thermique.
Les normes de dépollution et les contraintes environnementales en vigueur dans la plupart des pays imposent aux constructeurs automobiles des émissions de plus en plus basses de dioxyde de carbone (CO2).
Il en résulte que les composants qui sont destinés à assurer la régulation du moteur thermique sont de plus en plus sollicités en termes de performance, de précision et de fiabilité.
Or, sur les véhicules à motorisations conventionnelles équipées de moteurs à plusieurs cylindres alimentés par du carburant essence ou diesel, l’explosion dans les chambres de combustion génère des perturbations qui impactent les mesures d’un grand nombre de capteurs et qui sont directement dépendantes du régime moteur.
En particulier, ces perturbations se retrouvent sur l’ensemble des capteurs faisant l’acquisition de la pression d’air, en amont du moteur dans la ligne d’admission et en aval sur la ligne d’échappement.
Plus précisément, lors de l’explosion du carburant dans la chambre de combustion, une perturbation due aux fluctuations de l’air apparaît. Cette perturbation se propage sur les lignes d’air et impacte l’ensemble des capteurs de pression tant en amont qu’en aval du moteur.
Ce phénomène qui est dit de “pulsation des gaz” impacte de façon significative et préjudiciable les mesures des capteurs montés sur les lignes d’air et, notamment, celles du débitmètre d’admission, de la position du compresseur d’air, des différents capteurs de pression d’admission et du capteur de différentiel de pression du filtre à particules de la ligne d’échappement. Typiquement, la fréquence du signal parasite lié à cette perturbation est comprise entre 35Hz et 160Hz et est régie par la vitesse de rotation du moteur.
Il est connu, par le brevet JP2006125304, un dispositif de contrôle du rapport air-carburant dans un moteur à combustion interne.
Par ailleurs, le brevet US4444172 décrit un procédé pour éliminer des signaux de capteur de courant ionique qui ne sont pas dérivés du cognement d’un moteur. Le signal du capteur de courant ionique est évalué par un filtre passe-haut/passe-bas afin de filtrer les signaux de fréquences étrangères aux fréquences de choc en utilisant, de préférence, un filtre numérique comprenant deux étages de synchronisation.
Toutefois, ces documents ne concernent que des systèmes électroniques disposés dans le moteur d’un véhicule automobile et utilisant des filtres passe bas pour éliminer les perturbations.
En revanche, ces documents ne s’intéressent pas à la résolution du problème technique posé par les imprécisions des mesures découlant des perturbations générées par le moteur et impactant les différentes lignes d’air du véhicule.
Dans ce contexte, l’invention vise à apporter une solution technique permettant de filtrer les signaux parasites liés à la présence de ces perturbations sur les lignes d’admission et d’échappement et d’uniformiser ce traitement pour l’ensemble des capteurs de façon à disposer, en retour, d’une information fiable pour la régulation du moteur.
Ce but est atteint, selon l’invention, au moyen d’un procédé de traitement du signal parasite lié à des perturbations dans la chambre de combustion d’un moteur thermique et impactant ses lignes d’air, caractérisé en ce qu’on effectue un filtrage passe-bas en déterminant une moyenne glissante à partir d’un nombre d’échantillons sélectionnés en fonction du régime du moteur.
Selon une caractéristique avantageuse du procédé, on sature au préalable le régime moteur entre 600 et 6000 RPM.
Selon une autre caractéristique du procédé, le nombre d’échantillons sélectionnés est régit par la formule N = (120 000/Régime moteur x Nombre de cylindres moteur) où N est arrondi à un entier naturel.
De préférence, le nombre d’échantillons sélectionnés est compris entre 1 et 50 en fonction du régime du moteur.
Selon encore une autre caractéristique, on calcule la moyenne glissante en calculant la somme des échantillons sélectionnés puis en divisant cette somme par le nombre d’échantillons sélectionnés.
Selon une variante spécifique de mise en œuvre du procédé, on effectue un filtrage passe-bas additionnel pour supprimer les fréquences élevées du signal parasite.
Un autre objet de l’invention est un véhicule automobile à moteur thermique équipé d’un calculateur embarqué et de logiciels adaptés pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications précédentes.
Le procédé de traitement de l’invention assure un filtrage efficace des signaux parasites qui perturbent le contrôle et la régulation des lignes d’admission et d’échappement du moteur thermique.
Grâce à l’invention, il est possible d’uniformiser le traitement du signal sur l’ensemble des capteurs présents sur les lignes d’air du moteur et d’obtenir ainsi une information fiable et précise tout en réduisant les coûts.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques dans la description qui va suivre et la figure annexée.
Naturellement, les modes de réalisation et de mise en œuvre de l’invention illustrés par la figure présentée ci-dessus et décrite ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres.
L’invention concerne le domaine de la régulation et du contrôle du fonctionnement des lignes d’air d’admission et d’échappement des moteurs à combustion équipant les véhicules automobiles à motorisation thermique.
De manière générale, dans un moteur thermique à plusieurs cylindres, alimentés par du carburant essence ou diesel, l’explosion dans la chambre de combustion génère des perturbations qui impactent, de manière préjudiciable, les mesures de pression d’air des capteurs montés sur les lignes d’admission et d’échappement.
Ces perturbations sont provoquées par des fluctuations de l’air qui génèrent des pulsations des gaz et leurs fréquences sont donc directement dépendantes du régime moteur RM. Typiquement, la fréquence du signal parasite lié à ces perturbations est généralement comprise entre 35Hz et 160Hz.
L’invention vise à apporter une solution technique permettant de neutraliser ces perturbations en mettant en œuvre un procédé de traitement du signal parasite.
L’invention a également pour objet d’équiper les véhicules automobiles dont les lignes d’air sont soumises à de telles perturbations, d’un calculateur embarqué et de logiciels ad-hoc aptes et destinés à mettre en œuvre le procédé de traitement du signal décrit ci-dessous.
Comme illustré par le schéma de la figure 1, ce procédé de traitement du signal consiste à effectuer un filtrage passe-bas en déterminant une moyenne glissante M à partir d’un nombre N d’échantillons sélectionnés en fonction du régime RM du moteur.
Le régime moteur RM est d’abord saturé entre 600 et 6000 tours/mn (ou RPM) puis on détermine le nombre N d’échantillons à sélectionner par la formule N = [120 000/ (RM) x (C)], où C est le nombre de cylindres du moteur et N est arrondi à un entier naturel.
En particulier, l’invention prévoit que le nombre N d’échantillons sélectionnés soit limité entre 1 et 50 en fonction du régime RM du moteur.
L’algorithme du procédé intègre ensuite une étape de calcul de la moyenne glissante M à partir de la somme S des échantillons sélectionnés puis en divisant cette somme par le nombre N d’échantillons sélectionnés (M = S/N).
Ce calcul a pour but de faire une moyenne sur un nombre d’échantillons enregistrés dans un tableau de stockage. Le nombre N représente le nombre de cases mémoire utilisées pour calculer cette moyenne et est un nombre naturel, c’est-à-dire, un nombre entier positif.
Le régime moteur RM intervient dans ce calcul afin de reconstituer la fréquence du signal pour moyenner celui-ci en respectant le théorème de Shanon (échantillonnage et traitement à la fréquence double de la perturbation).
La saturation du régime moteur RM pris en compte pour le calcul du nombre N d’échantillons est destinée à respecter les contraintes physiques du calculateur tout en appliquant le principe de Shanon.
Une fois ces opérations réalisées, la moyenne glissante M permet d’extraire l’information moyenne (et donc réelle) du signal et d’éliminer conjointement les perturbations résiduelles.
Le filtrage en moyenne glissante M permet ainsi d’éliminer les perturbations dont les fréquences sont comprises entre 1Hz et 200Hz environ.
Un premier exemple de mise en œuvre du procédé de l’invention s’applique à un moteur à 4 cylindres ayant un régime de 6000 RPM. Dans ce cas, la formule de calcul donne un nombre N de 5 échantillons.
Au-delà de 6000 RPM, le nombre d’échantillons N ne respecte plus le principe de Shanon renforcé (le principe de Shanon impose une fréquence double de la perturbation et le principe de Shanon renforcé une fréquence quadruple).
Dans un autre exemple, ce sont les contraintes de mémoire et de traitement du calculateur qui doivent être prises en compte. Ainsi, pour un moteur à 3 cylindres ayant un régime de 600 RPM,le calcul donne un nombre N de 66.666 échantillons.
Il apparaît donc nécessaire à la fois de limiter le régime moteur RM pour ne pas saturer la mémoire du calculateur (en termes de stockage de valeurs, étant donné que le nombre N croît lorsque le régime moteur baisse) ainsi que de traitement des échantillons sur la période donnée. En effet, la tâche étant effectuée toutes les millisecondes, il convient de laisser au calculateur le temps d’obtenir la moyenne tout en pilotant les autres fonctions.
Une variante spécifique du procédé de l’invention prévoit de parfaire le traitement en effectuant un filtrage passe-bas F complémentaire et additionnel pour supprimer les fréquences élevées (supérieures à 5 kHz) du signal parasite, comme illustré par l’étape finale de la figure 1.
Plus précisément, le calculateur fait l’acquisition en continu du capteur analogique lors du passage dans l’ADC, le signal est alors linéarisé pour se retrouver dans l’espace logiciel. Ensuite, il est prévu un temps d’itération qui représente la cadence d’acquisition de la valeur de l’ADC par le logiciel et qui correspond à un échantillonnage, c’est à dire au temps de rafraîchissement des données issues du capteur vers le logiciel du calculateur.
Le but du filtrage est de déposer dans un tableau l’ensemble des échantillons (valeurs mesurées issues du capteur) vus par le logiciel, de calculer la fréquence de la perturbation présente, de faire la moyenne sur cette fréquence en utilisant la formule explicitée ci-dessus pour en extraire les perturbation (le signal réel étant la valeur moyenne mesurée du fait que le régime du moteur est cyclique).
Claims (7)
- Procédé de traitement du signal parasite lié à des perturbations dans la chambre de combustion d’un moteur thermique et impactant ses lignes d’air, caractérisé en ce qu’on effectue un filtrage passe-bas en déterminant une moyenne glissante (M) à partir d’un nombre (N) d’échantillons sélectionnés en fonction du régime (RM) du moteur.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on sature au préalable le régime moteur (RM) entre 600 et 6000 RPM.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre (N) d’échantillons sélectionnés est régit par la formule N = [120 000/ (RM) x (C)], où (C) est le nombre de cylindres du moteur et où N est arrondi à un entier naturel.
- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le nombre (N) d’échantillons sélectionnés est compris entre 1 et 50 en fonction du régime (RM) du moteur.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on calcule la moyenne glissante (M) en calculant la somme (S) des échantillons sélectionnés puis en divisant ladite somme (S) par le nombre (N) d’échantillons sélectionnés.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on effectue un filtrage passe-bas (F) additionnel pour supprimer les fréquences élevées du signal parasite.
- Véhicule automobile à moteur thermique équipé d’un calculateur embarqué et de logiciels adaptés pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications précédentes.
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