FR3118102A1 - Method for determining a combustion knock indicator from acceleration measurements - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de détermination d’un indicateur de cliquetis de la combustion d’un moteur à combustion interne comprenant au moins un capteur accélérométrique. On construit (MOD) au préalable un modèle d'indicateur du cliquetis en fonction d'une accélération du moteur en entrainant un réseau de neurones convolutif sur une base d'apprentissage construite au moyen du moteur comportant en outre un capteur de pression, et selon les étapes suivantes: (i) pour une pluralité de cycles du moteur, on mesure un signal d'accélération et un signal de pression ; (ii) on détermine, pour chaque cycle du moteur, un indicateur de cliquetis à partir du signal de pression, et on constitue la base d'apprentissage en associant un indicateur de cliquetis au signal d'accélération correspondant. Puis, on mesure (MES) un signal d'accélération et on détermine (IND) l'indicateur de cliquetis à partir du signal d'accélération et du modèle d'indicateur du cliquetis en fonction d'une accélération. Figure 6 à publierThe invention relates to a method for determining a knock indicator of the combustion of an internal combustion engine comprising at least one accelerometer sensor. A knock indicator model is built (MOD) beforehand as a function of an acceleration of the engine by training a convolutional neural network on a learning base built by means of the engine further comprising a pressure sensor, and according to the following steps: (i) for a plurality of engine cycles, an acceleration signal and a pressure signal are measured; (ii) a knock indicator is determined for each engine cycle from the pressure signal, and the learning base is formed by associating a knock indicator with the corresponding acceleration signal. Then, an acceleration signal is measured (MES) and the knock indicator is determined (IND) from the acceleration signal and the knock indicator model as a function of an acceleration. Figure 6 to be published
Description
La présente invention concerne le domaine de la détermination d’un indicateur du cliquetis pour un moteur à combustion interne, en particulier un moteur à allumage commandé.The present invention relates to the field of determining a knock indicator for an internal combustion engine, in particular a positive-ignition engine.
Ce type de moteur comprend au moins un cylindre comportant une chambre de combustion délimitée par la paroi latérale interne du cylindre, par le haut du piston qui coulisse dans ce cylindre et par la culasse. Généralement, un mélange carburé est renfermé dans cette chambre de combustion et subit une étape de compression puis une étape de combustion sous l'effet d'un allumage commandé, par une bougie, ces étapes étant regroupées sous le vocable de « phase de combustion » dans la suite de la description.This type of engine comprises at least one cylinder comprising a combustion chamber delimited by the inner side wall of the cylinder, by the top of the piston which slides in this cylinder and by the cylinder head. Generally, a fuel mixture is contained in this combustion chamber and undergoes a compression stage then a combustion stage under the effect of controlled ignition, by a spark plug, these stages being grouped under the term "combustion phase". in the following description.
Dans un moteur à explosion, la phase de combustion du mélange air/essence commence normalement après l'étincelle. Le front de flamme se propage et son souffle repousse une partie du mélange contre les parois du cylindre et le sommet du piston. L'élévation de la pression et de la température est parfois suffisamment importante pour que le mélange non brûlé coincé contre les parois atteigne son point d'auto-allumage et s'auto-enflamme en un ou plusieurs endroits. Ce phénomène est appelé « cliquetis ». Ainsi le cliquetis est avant tout un phénomène de combustion anormale dans les moteurs à allumage commandé, perceptible extérieurement par un bruit métallique venant du moteur qui résulte de l'apparition d'ondes de pression dans la chambre de combustion.In an internal combustion engine, the combustion phase of the air/gasoline mixture normally begins after the spark. The flame front propagates and its breath pushes part of the mixture against the walls of the cylinder and the top of the piston. The rise in pressure and temperature is sometimes large enough for the unburned mixture wedged against the walls to reach its self-ignition point and self-ignite in one or more places. This phenomenon is called “knock”. Thus knocking is above all a phenomenon of abnormal combustion in controlled ignition engines, perceptible externally by a metallic noise coming from the engine which results from the appearance of pressure waves in the combustion chamber.
Ces explosions parasites produisent des vibrations dans le domaine audible et au-delà (de l'ordre de 5 à 50 KHz). Elles sont très vives et peuvent rapidement conduire à un échauffement des parois. L'accumulation de cliquetis endommage le métal du piston et/ou des parois du cylindre et les segments. Au bout de quelque temps (selon l'intensité) cela conduit à la destruction du piston, des segments ou des parois du cylindre.These parasitic explosions produce vibrations in the audible range and beyond (of the order of 5 to 50 KHz). They are very sharp and can quickly lead to overheating of the walls. The buildup of knock damages the metal of the piston and/or cylinder walls and rings. After some time (depending on the intensity) this leads to the destruction of the piston, rings or cylinder walls.
L’estimation du cliquetis permet un contrôle de la combustion limitant l’effet du cliquetis. De plus, on peut noter que la consommation spécifique du moteur à combustion interne ainsi que la température d’échappement baissent lorsque le cliquetis augmente. En outre, la marge de sécurité qu’il convient de prendre pour s’éloigner de la zone de cliquetis dépend de la qualité de la quantification du cliquetis : moins l’indicateur est fiable, plus la marge de sécurité doit être importante, et plus la consommation de carburant est pénalisée, et plus la température d’échappement sera importante. Par conséquent, un quantificateur très fiable permet de réduire cette marge de sécurité et d’obtenir des gains de consommation et de réduire les risques de températures d’échappement élevées.Knock estimation allows combustion control to limit the knock effect. In addition, it can be noted that the specific consumption of the internal combustion engine as well as the exhaust temperature drop when the knocking increases. In addition, the safety margin that should be taken to move away from the knocking zone depends on the quality of the quantification of the knocking: the less reliable the indicator, the greater the safety margin must be, and the more fuel consumption is penalized, and the higher the exhaust temperature will be. Therefore, a very reliable quantifier makes it possible to reduce this safety margin and to obtain savings in consumption and reduce the risks of high exhaust temperatures.
État de la techniqueState of the art
Généralement, la phase de détection du cliquetis comporte une phase d’acquisition de signaux, puis une phase de traitement de ces signaux permettant de détecter l’apparition du cliquetis, de le caractériser et/ou de le quantifier.Generally, the knock detection phase includes a signal acquisition phase, then a phase for processing these signals making it possible to detect the appearance of knocking, to characterize it and/or to quantify it.
Une méthode répandue consiste en une mesure de la pression dans le cylindre, suivie par une détermination d’un indicateur nommé MAPO (de l’anglais « Maximum Amplitude of Pressure Oscillations » pouvant être traduit par amplitude maximum des oscillations de pression).A widespread method consists of a measurement of the pressure in the cylinder, followed by a determination of an indicator called MAPO (from the English "Maximum Amplitude of Pressure Oscillations" which can be translated by maximum amplitude of pressure oscillations).
D’autres indicateurs ont été développés, ces indicateurs sont généralement basés sur une mesure de la pression locale dans le cylindre ou sur la mesure au moyen d’un accéléromètre.Other indicators have been developed, these indicators are generally based on a measurement of the local pressure in the cylinder or on the measurement by means of an accelerometer.
De manière générale, l’extraction d’indicateurs de l’état de la combustion cohérents à partir d’un accéléromètre est rendue difficile par la nature du signal délivré. En effet, celui-ci ne contient pas uniquement des informations relatives à la combustion car la réponse vibratoire du moteur est aussi due à d’autres événements tels que le claquement des injecteurs, le retournement du piston au point mort haut, les vibrations induites par le système de distribution, etc.In general, the extraction of coherent combustion state indicators from an accelerometer is made difficult by the nature of the delivered signal. Indeed, it does not only contain information relating to combustion because the vibration response of the engine is also due to other events such as the slap of the injectors, the reversal of the piston at top dead center, the vibrations induced by distribution system, etc.
Par le brevet EP1116946, on connaît une méthode et un système de contrôle de la combustion à partir de signaux issu d’un accéléromètre selon laquelle le signal mesuré est fenêtré (période d’occurrence de la combustion). Ce signal est ensuite traité pendant chaque boucle de contrôle, et il est comparé à un signal de référence afin de déterminer les modifications à apporter aux indicateurs de l’état de la combustion. Le traitement du signal issu de l’accéléromètre comprend trois étapes principales : une rectification, un filtrage et une intégration.Patent EP1116946 discloses a method and a system for controlling combustion based on signals from an accelerometer according to which the measured signal is windowed (period of occurrence of combustion). This signal is then processed during each control loop, and it is compared to a reference signal in order to determine the modifications to be made to the indicators of the state of combustion. Processing the signal from the accelerometer includes three main steps: rectification, filtering and integration.
La demande de brevet US2004267430 (WO05001263) décrit un procédé de traitement de signaux accélérométriques issus des vibrations d'un moteur à combustion interne. En particulier, les signaux sont filtrés par des filtres spectraux et la courbe d'analyse de combustion est reconstruite par déconvolution d'une fonction de transfert identifiée à partir d'une base de données expérimentale. Il en résulte alors une estimation des indicateurs de l’état de la combustion permettant le contrôle de la combustion. Par exemple, le paramètre appelé SoC (Start of Combustion) est estimé à partir d'un polynôme fonction du dégagement d'énergie, de son angle maximal et de la pression de suralimentation.Patent application US2004267430 (WO05001263) describes a method for processing accelerometric signals resulting from the vibrations of an internal combustion engine. In particular, the signals are filtered by spectral filters and the combustion analysis curve is reconstructed by deconvolution of a transfer function identified from an experimental database. This then results in an estimation of the indicators of the state of the combustion allowing the control of the combustion. For example, the parameter called SoC (Start of Combustion) is estimated from a polynomial function of the energy release, its maximum angle and the boost pressure.
Le brevet DE19536110 (FR 2739414) décrit un procédé de traitement de signaux accélérométriques issues des vibrations pour le contrôle de la combustion d'un moteur Diesel. En particulier, les signaux sont filtrés dans deux bandes de fréquences différentes. La première bande de fréquence [10 kHz, 30 kHz] permet d'extraire des composantes associées à l'injection à l'aide d'un dispositif de seuillage. La seconde bande de fréquence [0.5 kHz, 4 kHz] permet d'extraire les composantes du signal engendrées par la combustion en utilisant une méthode de seuillage identique.Patent DE19536110 (FR 2739414) describes a method for processing accelerometric signals resulting from vibrations for controlling the combustion of a diesel engine. In particular, the signals are filtered in two different frequency bands. The first frequency band [10 kHz, 30 kHz] makes it possible to extract components associated with the injection using a thresholding device. The second frequency band [0.5 kHz, 4 kHz] makes it possible to extract the components of the signal generated by the combustion by using an identical thresholding method.
Le brevet US 6546328 décrit une méthode qui utilise une transformée en ondelettes (wavelet transform), permettant a priori de localiser des indicateurs de l’état de la combustion comme la méthode proposée.US patent 6546328 describes a method which uses a wavelet transform , allowing a priori to locate indicators of the state of combustion like the proposed method.
Le brevet FR 2834789 décrit un procédé de traitement du signal de cliquetis. La méthode proposée consiste à adapter la fréquence d'échantillonnage d'acquisition au régime moteur. Une transformée de Fourier est calculée pour les différents groupes de valeur d’échantillonnage pour une fréquence d’intérêt. Les informations sur la combustion résultent de la sommation des résultats des transformées de Fourier.Patent FR 2834789 describes a knock signal processing method. The proposed method consists in adapting the acquisition sampling frequency to the engine speed. A Fourier transform is calculated for the different sample value groups for a frequency of interest. The information on the combustion results from the summation of the results of the Fourier transforms.
Toutefois, les indicateurs issus des précédentes approches ne sont pas exploitables directement pour des applications liées au diagnostic et au contrôle des moteurs à combustion interne. Ces méthodes reposent sur une intégration temporelle d’un signal issu d’un accéléromètre. Le traitement du signal issu de l’accéléromètre ne s’effectue pas en temps réel. De plus, ces méthodes dépendent fortement de la nature de la combustion et/ou de la technologie du capteur utilisé. Leur champ d’application est donc restreint.However, the indicators resulting from the previous approaches cannot be used directly for applications related to the diagnosis and control of internal combustion engines. These methods are based on a temporal integration of a signal from an accelerometer. The signal from the accelerometer is not processed in real time. Moreover, these methods strongly depend on the nature of the combustion and/or the technology of the sensor used. Their scope is therefore limited.
On connait également le brevet EP 1898075 (US 7467040) qui concerne un procédé pour déterminer des indicateurs de l’état de la combustion d’un moteur à combustion interne, dans laquelle on acquiert sous forme d’une série d’échantillons un signal corrélé au phénomène de combustion. Cette méthode repose sur une analyse temps-fréquence, réalisée échantillon par échantillon et ne nécessite que très peu d'opérations car on ne s'intéresse qu'à un nombre limité de fréquences contrairement à ce qui est fait classiquement avec la transformée de Fourier rapide qui calcule toutes les fréquences du signal. Cette méthode permet d’estimer en temps réel des indicateurs de déroulement de la combustion d'un moteur à combustion interne (début du phénomène oscillant associé à la phase de combustion, fin du phénomène oscillant associé à la phase de combustion, barycentre énergétique du phénomène oscillant, magnitude du phénomène oscillant) équipé d'un ou plusieurs capteurs, quelle que soit la technologie de capteur utilisé et quelle que soit la nature de la combustion. Toutefois, cette méthode semble nécessiter des compétences en traitement et interprétation du signal pour l’analyse des composantes spectrales. De plus il convient d’attendre que N échantillons soient disponibles avant de pouvoir réaliser une toute première estimation.Patent EP 1898075 (US 7467040) is also known, which relates to a method for determining indicators of the state of combustion of an internal combustion engine, in which a correlated signal is acquired in the form of a series of samples. to the phenomenon of combustion. This method is based on a time-frequency analysis, carried out sample by sample and requires very few operations because only a limited number of frequencies are of interest, contrary to what is conventionally done with the fast Fourier transform. which calculates all the frequencies of the signal. This method makes it possible to estimate in real time indicators of the progress of the combustion of an internal combustion engine (beginning of the oscillating phenomenon associated with the combustion phase, end of the oscillating phenomenon associated with the combustion phase, energy barycenter of the phenomenon oscillator, magnitude of the oscillating phenomenon) equipped with one or more sensors, whatever the sensor technology used and whatever the nature of the combustion. However, this method seems to require skills in signal processing and interpretation for the analysis of the spectral components. In addition, it is necessary to wait for N samples to be available before being able to make a very first estimate.
En ce qui concerne les méthodes qui décrivent la détection du cliquetis par une mesure de la pression dans le cylindre, on connait les demandes de brevet JP2017207015, JP2017214917, WO17126304 et US2017226956.As regards the methods which describe the detection of knocking by measuring the pressure in the cylinder, patent applications JP2017207015, JP2017214917, WO17126304 and US2017226956 are known.
En particulier, la demande de brevet JP2017214917 décrit la détection du cliquetis par une mesure de la pression dans le cylindre, et par la considération de différents modes de vibrations, ainsi que par le calcul d’un ratio des amplitudes entre les modes de vibrations. De plus, la demande de brevet WO17126304 divulgue la décomposition du signal par fenêtrage temporel, et détection du cliquetis via une comparaison des pics dans chaque fenêtre.In particular, patent application JP2017214917 describes knock detection by measuring the pressure in the cylinder, and by considering different modes of vibration, as well as by calculating an amplitude ratio between the vibration modes. In addition, patent application WO17126304 discloses the decomposition of the signal by time windowing, and knock detection via a comparison of the peaks in each window.
De plus, la demande de brevet FR 3086391 décrit une méthode de détermination d’un indicateur de cliquetis à partir d’une mesure de pression, dont la décomposition modale permet d’avoir des caractéristiques de la pression globale (représentation de la pression dans toute la chambre de combustion) dans le cylindre. Cette pression permet de déterminer, directement ou indirectement, un indicateur de cliquetis représentatif. Toutefois, de telles techniques présentent l'inconvénient de requérir un capteur de pression dans chaque cylindre d'un moteur d'un véhicule de série.In addition, patent application FR 3086391 describes a method for determining a knock indicator from a pressure measurement, the modal decomposition of which makes it possible to have characteristics of the overall pressure (representation of the pressure in all the combustion chamber) in the cylinder. This pressure makes it possible to determine, directly or indirectly, a representative knock indicator. However, such techniques have the drawback of requiring a pressure sensor in each cylinder of an engine of a production vehicle.
On connait également les documents suivants :We also know the following documents:
- US6553949B (Ford) qui concerne une méthode de contrôle / prévention du cliquetis afin d’éviter le cliquetis au moyen d'un réseau de neurones. Plus particulièrement, ce document décrit une méthode de contrôle coordonnée de l’avance allumage, de la pression de suralimentation et du rapport volumétrique de compression pour éviter le cliquetis. Un aspect de l’invention utilise une fonction (dite de discrimination) qui, à partir de la position lue ou estimée des actionneurs et de paramètres moteurs lus ou estimés, détermine si le moteur est commandé dans une zone de cliquetis ou dans une zone opérationnelle sûre. Un autre aspect de l’invention utilise la valeur d’un capteur de cliquetis, quel qu’il soit (pression cylindre ou indicateur de cliquetis). Par contre, ce document ne décrit pas une méthode pour quantifier un cliquetis.- US6553949B (Ford) which relates to a method of controlling / preventing knocking in order to avoid knocking by means of a neural network. More specifically, this document describes a method of coordinated control of the ignition advance, the boost pressure and the volumetric compression ratio to avoid knocking. One aspect of the invention uses a function (known as discrimination) which, based on the read or estimated position of the actuators and read or estimated motor parameters, determines whether the motor is controlled in a knocking zone or in an operational zone safe. Another aspect of the invention uses the value of a knock sensor, whatever it is (cylinder pressure or knock indicator). On the other hand, this document does not describe a method for quantifying knocking.
- US2008051981A (Michigan Technological Universit) qui concerne une méthode de détection du cliquetis au moyen de métriques. Plus particulièrement, ce document décrit une méthode d’analyse d’un signal accélérométrique basé sur différentes techniques statistiques qui à partir d’une collection d’événements de combustion enregistrés en mémoire (buffer) est capable de déterminer si un nouvel événement se trouve au-dessus ou au-dessous d’un seuil critique d’entrée en zone de cliquetis, ce seuil étant le résultat d’un calcul de type moyenne, écart-type. Toutefois, cette méthode présente l'inconvénient de nécessiter de stocker en mémoire un grand nombre de valeurs antérieures de l’indicateur pour obtenir des statistiques fiables ; en particulier au cours du fonctionnement transitoire du moteur, la statistique calculée se base sur une base d’échantillons antérieurs qui est donc en retard par rapport au fonctionnement courant du moteur. Ainsi, cette méthode ne permet pas de délivrer un indicateur d’intensité du cliquetis fiable dès le premier cycle de combustion au démarrage du moteur, sans retard d’estimation lorsque le régime ou la charge change.- US2008051981A (Michigan Technological University) which concerns a knock detection method using metrics. More specifically, this document describes a method for analyzing an accelerometric signal based on various statistical techniques which, from a collection of combustion events recorded in memory (buffer), is capable of determining whether a new event is at the -above or below a critical threshold for entry into the knocking zone, this threshold being the result of a calculation of the average type, standard deviation. However, this method has the disadvantage of requiring a large number of previous values of the indicator to be stored in memory to obtain reliable statistics; in particular during the transient operation of the motor, the calculated statistic is based on a base of previous samples which therefore lags behind the current operation of the motor. Thus, this method does not make it possible to deliver a reliable knock intensity indicator from the first combustion cycle when the engine is started, without an estimation delay when the speed or the load changes.
- US5483936A (Visteon) qui concerne une méthode de détection du cliquetis au moyen d'un réseau de neurones. Plus particulièrement, ce document décrit une méthode d’analyse d’un signal accélérométrique basée sur une technique d’extraction de caractéristiques par conversion dans le domaine fréquentiel (transformée de Fourier rapide) de différentes portions du signal (probablement obtenues par un découpage temporel au long de la phase de détente des gaz), puis une classification par réseau de neurones du spectre en fréquence de chaque portion qui aboutit à indiquer la présence de cliquetis ou non (par comparaison avec des niveaux connus dans une base de données) dans chaque portion, et enfin une pondération des résultats obtenus pour chaque portion est effectuée pour délivrer une valeur continue d’intensité Ainsi, cette méthode présente de nombreuses étapes et de nombreuses calibrations.- US5483936A (Visteon) which concerns a knock detection method using a neural network. More specifically, this document describes a method for analyzing an accelerometric signal based on a technique for extracting characteristics by conversion into the frequency domain (fast Fourier transform) of different portions of the signal (probably obtained by time slicing at the along the gas expansion phase), then a classification by neural network of the frequency spectrum of each portion which results in indicating the presence of knock or not (by comparison with known levels in a database) in each portion , and finally a weighting of the results obtained for each portion is performed to deliver a continuous intensity value. Thus, this method has many steps and many calibrations.
- US2011077846 (GM Global Technology Operations) qui concerne une méthode de détection du cliquetis au moyen de métriques. Plus particulièrement, ce document décrit une méthode d’analyse du signal de pression cylindre et de reconstruction d’un signal du dégagement de chaleur associé à l’événement de combustion, à partir duquel un filtrage, un fenêtrage et une moyenne sont réalisés afin d’estimer la quantité d’énergie dégagée par les sources d’auto-inflammation (à l’origine du cliquetis). Puis selon si cette quantité dépasse un seuil, on corrige la commande du moteur pour réduire cette quantité d’énergie (et donc s’éloigner des conditions de survenance du cliquetis). Ainsi, cette méthode nécessite un capteur de pression dans chaque cylindre. De plus, elle est complexe à mettre en œuvre par l’estimation nécessaire du dégagement d’énergie qui nécessite une analyse thermodynamique, et fait appel à des techniques de filtrage/fenêtrage/moyennage multiples.- US2011077846 (GM Global Technology Operations) which relates to a knock detection method using metrics. More specifically, this document describes a method for analyzing the cylinder pressure signal and reconstructing a heat release signal associated with the combustion event, from which filtering, windowing and averaging are carried out in order to estimating the amount of energy released by the auto-ignition sources (causing knocking). Then, depending on whether this quantity exceeds a threshold, the engine control is corrected to reduce this quantity of energy (and therefore move away from the conditions in which knocking occurs). Thus, this method requires a pressure sensor in each cylinder. Moreover, it is complex to implement by the necessary estimation of the energy release which requires a thermodynamic analysis, and uses multiple filtering/windowing/averaging techniques.
Les documents listés ci-dessous répertorient et comparent différents indicateurs de cliquetis, différents types de capteurs, et leurs performances:The documents listed below list and compare different knock indicators, different types of sensors, and their performance:
Dues, S.; Adams, J.; Shinkle, G.; Div, D. Combustion Knock Sensing : Sensor Selection and Application Issues SAE Trans. J. Engines, 1990.Dues, S.; Adams, J.; Shinkle, G.; Div, D. Combustion Knock Sensing: Sensor Selection and Application Issues SAE Trans. J. Engines, 1990.
Gao, X.; Stone, R. ; Hudson, C. ; Bradbury, I. The Detection and Quantification of Knock in Spark Ignition Engines SAE Technical Paper, 1993.Gao, X.; Stone, R.; Hudson, C.; Bradbury, I. The Detection and Quantification of Knock in Spark Ignition Engines SAE Technical Paper, 1993.
Naber, J.; Blough, J.; Frankowski, D.; et al. Analysis of Combustion Knock Metrics in Spark-Ignition Engines SAE Trans. J. Engines, 2006.Naber, J.; Brough, J.; Frankowski, D.; et al. Analysis of Combustion Knock Metrics in Spark-Ignition Engines SAE Trans. J. Engines, 2006.
Shahlari, A.; Ghandhi, J. A Comparison of Engine Knock Metrics SAE Technical Paper, 2012.Shahlari, A.; Ghandhi, J. A Comparison of Engine Knock Metrics SAE Technical Paper, 2012.
Toutefois, les limites suivantes sont rencontrées par ce type d’indicateurs de cliquetis :However, the following limitations are encountered by this type of knock indicators:
- Certains indicateurs, en particulier l’indicateur MAPO, sont dépendants du régime et/ou de la charge du moteur à combustion interne, ce qui nécessite une calibration précise de l’indicateur en fonction du régime et/ou la charge. Sans cette calibration précise, on observe un biais de l’indicateur dont la valeur change en fonction du régime et/ou de la charge en l’absence de phénomène de cliquetis ;Some indicators, in particular the MAPO indicator, are dependent on the speed and/or the load of the internal combustion engine, which requires precise calibration of the indicator according to the speed and/or the load. Without this precise calibration, there is a bias in the indicator, the value of which changes according to the engine speed and/or the load in the absence of knocking;
- le choix de la technique de traitement du signal influe sur la détection du cliquetis. En effet, deux filtres ayant des gammes de fréquences différentes génèrent différentes évaluations du cliquetis.the choice of signal processing technique influences knock detection. Indeed, two filters with different frequency ranges generate different evaluations of knock.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients. Plus précisément, le procédé selon l'invention permet, une fois un modèle de cliquetis déterminé, de détecter et quantifier le cliquetis d'un moteur de manière précise au moyen d'un indicateur construit à partir d'une mesure réalisée par un accéléromètre. Cette conception est particulièrement avantageuse car un capteur accélérométrique est classiquement présent sur les moteurs de série. De plus, un tel indicateur est indépendant du régime et de la charge du moteur à combustion interne, ce qui permet une estimation de l'intensité du cliquetis non biaisée. L’utilisation d’un tel indicateur permet de réduire le risque d’endommagement du cylindre, mais également de réduire la consommation du moteur à combustion interne et de réduire les risques de températures d’échappement élevées.The present invention aims to overcome these drawbacks. More specifically, the method according to the invention makes it possible, once a knock model has been determined, to detect and quantify the knock of an engine precisely by means of an indicator constructed from a measurement taken by an accelerometer. This design is particularly advantageous because an accelerometer sensor is conventionally present on series engines. In addition, such an indicator is independent of the speed and load of the internal combustion engine, which allows an unbiased estimation of knock intensity. The use of such an indicator makes it possible to reduce the risk of damage to the cylinder, but also to reduce the consumption of the internal combustion engine and reduce the risk of high exhaust temperatures.
L'invention concerne un procédé de détermination d’un indicateur de cliquetis de la combustion dans au moins un cylindre d’un moteur à combustion interne, notamment à allumage commandé, ledit moteur étant muni au moins d’un capteur accélérométrique. Selon l'invention, le procédé comprend au moins les étapes suivantes :The invention relates to a method for determining a combustion knock indicator in at least one cylinder of an internal combustion engine, in particular with spark ignition, said engine being provided with at least one accelerometer sensor. According to the invention, the method comprises at least the following steps:
a) on construit un modèle d'un indicateur dudit cliquetis en fonction d'une accélération dudit moteur en entrainant un réseau de neurones convolutif sur une base d'apprentissage, ladite base d'apprentissage étant construite au moyen dudit moteur à combustion interne comportant en outre un capteur de pression dans au moins un cylindre, ou d'un moteur à combustion interne représentatif dudit moteur comprenant en outre un capteur de pression dans au moins un cylindre, et selon au moins les étapes suivantes :a) a model of an indicator of said knocking is constructed as a function of an acceleration of said engine by training a convolutional neural network on a learning base, said learning base being constructed by means of said internal combustion engine comprising in addition to a pressure sensor in at least one cylinder, or of an internal combustion engine representative of said engine further comprising a pressure sensor in at least one cylinder, and according to at least the following steps:
- pour au moins un point de fonctionnement du moteur à combustion interne, on définit une pluralité de valeurs d'avance à l'allumage dudit moteur ou dudit moteur représentatif dudit moteur, et on mesure simultanément un signal d'accélération au moyen dudit capteur accélérométrique et un signal de pression au moyen dudit capteur de pression pour au moins un cycle de chaque valeur d'avance à l'allumage de chaque point de fonctionnement ;- for at least one operating point of the internal combustion engine, a plurality of ignition advance values of said engine or of said engine representative of said engine are defined, and an acceleration signal is simultaneously measured by means of said accelerometric sensor and a pressure signal by means of said pressure sensor for at least one cycle of each ignition advance value of each operating point;
- pour chaque cycle de chaque valeur d'avance à l'allumage de chaque point de fonctionnement, on détermine une valeur dudit indicateur de cliquetis à partir dudit signal de pression, et on constitue ladite base d'apprentissage en associant ladite valeur dudit indicateur de cliquetis audit signal d'accélération mesuré simultanément avec ledit signal de pression pour chaque cycle de chaque valeur d'avance à l'allumage de chaque point de fonctionnement ;- for each cycle of each ignition advance value of each operating point, a value of said knock indicator is determined from said pressure signal, and said learning base is constituted by associating said value of said knock indicator knocking said measured acceleration signal simultaneously with said pressure signal for each cycle of each spark advance value of each operating point;
b) on mesure un signal d'accélération dudit moteur au moyen dudit capteur accélérométrique ;b) an acceleration signal of said motor is measured by means of said accelerometer sensor;
c) on détermine ledit indicateur de cliquetis à partir dudit signal d'accélération dudit moteur et au moyen dudit modèle d'un indicateur de cliquetis en fonction d'une accélération dudit moteur.c) said knock indicator is determined from said acceleration signal of said engine and by means of said model of a knock indicator as a function of an acceleration of said engine.
Selon une mise en œuvre de l'invention, à l'étape a), on peut déterminer un indicateur de cliquetis à partir dudit signal de pression de la manière suivante :According to one implementation of the invention, in step a), a knock indicator can be determined from said pressure signal in the following way:
i) On détermine au moins un extremum local dudit signal de pression dans un intervalle calé autour du pic maximal de ladite pression mesurée, ledit pic maximal étant déterminé parmi ledit au moins extremum local ; eti) determining at least one local extremum of said pressure signal in an interval calibrated around the maximum peak of said measured pressure, said maximum peak being determined from among said at least local extremum; And
ii) On détermine ledit indicateur de cliquetis en tant qu’au moins un descripteur dudit au moins un extremum local.ii) Said knock indicator is determined as at least one descriptor of said at least one local extremum.
Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut déterminer au moins un descripteur choisi parmi : un premier descripteur représentatif d’un nombre prédéterminé de variations de pression dudit signal de pression de plus grandes amplitudes, et/ou un deuxième descripteur représentatif de l’ensemble des variations de pression dudit signal de pression, et/ou un troisième descripteur représentatif de l’ensemble des variations de pression dudit signal de pression, à l’exception d’un nombre prédéterminé de variantes de pression de plus grandes amplitudes.According to an implementation of the invention, it is possible to determine at least one descriptor chosen from: a first descriptor representative of a predetermined number of pressure variations of said pressure signal of greater amplitudes, and/or a second descriptor representative of all of the pressure variations of said pressure signal, and/or a third descriptor representative of all of the pressure variations of said pressure signal, with the exception of a predetermined number of pressure variations of greater amplitude.
Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut déterminer ledit au moins un extremum local au moyen d’une méthode d’analyse topologique des données, et on peut déterminer pour chaque extremum local un segment de droite reliant deux extrema locaux consécutifs.According to one implementation of the invention, said at least one local extremum can be determined by means of a topological data analysis method, and a line segment connecting two consecutive local extrema can be determined for each local extremum.
Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut déterminer ledit au moins un descripteur représentatif d’un nombre prédéterminé desdits segments de longueur finie les plus longs déterminés par ladite méthode d’analyse topologique des données, notamment au moyen du rapport de la somme des longueurs desdits segments les plus longs, sur le nombre d’échantillons séparant le segment le plus long du dernier segment le plus long parmi le nombre prédéterminé de segments.According to an implementation of the invention, it is possible to determine said at least one descriptor representative of a predetermined number of said segments of longest finite length determined by said method of topological analysis of the data, in particular by means of the ratio of the sum of the lengths of said longest segments, over the number of samples separating the longest segment from the last longest segment among the predetermined number of segments.
Selon une mise en œuvre de l'invention, ledit réseau de neurones convolutif peut comporter au moins 3 couches convolutives et une fonction d'activation de type linéaire par morceaux.According to an implementation of the invention, said convolutional neural network can comprise at least 3 convolutional layers and a piecewise linear type activation function.
Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut déterminer ledit indicateur de cliquetis en temps réel au moyen d’un calculateur embarqué.According to one implementation of the invention, said knock indicator can be determined in real time by means of an on-board computer.
Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut contrôler en temps réel ledit moteur à combustion interne en fonction dudit indicateur de cliquetis, de préférence on peut contrôler l’avance à l’allumage.According to an implementation of the invention, said internal combustion engine can be controlled in real time according to said knock indicator, preferably the ignition advance can be controlled.
Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut déterminer ledit indicateur de cliquetis au moyen d’une plateforme d’analyse de la combustion.According to one implementation of the invention, said knock indicator can be determined by means of a combustion analysis platform.
Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut calibrer la commande du moteur à combustion interne en fonction dudit indicateur de cliquetis déterminé.According to an implementation of the invention, it is possible to calibrate the control of the internal combustion engine as a function of said determined knock indicator.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le procédé peut comporter une étape supplémentaire de détermination d’une combustion anormale par analyse dudit indicateur de cliquetis.According to one implementation of the invention, the method may include an additional step of determining abnormal combustion by analyzing said knock indicator.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.Other characteristics and advantages of the method according to the invention will appear on reading the following description of non-limiting examples of embodiments, with reference to the appended figures and described below.
Liste des figuresList of Figures
La
La
La
La
La
La
La
La
La présente invention concerne un procédé de détermination d’un indicateur de cliquetis de la combustion dans un cylindre d'un moteur à combustion interne. La présente invention est particulièrement adaptée pour un moteur à allumage commandé (moteur essence). Selon une mise en œuvre de l'invention, un indicateur de cliquetis peut correspondre à l'intensité du cliquetis.The present invention relates to a method for determining a combustion knock indicator in a cylinder of an internal combustion engine. The present invention is particularly suitable for a spark-ignition engine (gasoline engine). According to one implementation of the invention, a knock indicator may correspond to the intensity of the knock.
Le moteur à combustion interne peut être de tout type : il peut notamment être suralimenté ou non, à injection de carburant directe ou indirecte, et équipé d’un système de recirculation des gaz d’échappement ou non, etc.The internal combustion engine can be of any type: it can in particular be supercharged or not, with direct or indirect fuel injection, and equipped with an exhaust gas recirculation system or not, etc.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, tel qu’illustré en
1/ construction d'un modèle de cliquetis (MOD)1/ construction of a knock model (MOD)
2/ mesure de l'accélération (MES)2/ acceleration measurement (MES)
3/ détermination de l’indicateur de cliquetis (IND)3/ determining the knock indicator (IND)
Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, adapté pour la commande en temps réel du moteur à combustion interne, et tel qu’illustré en
1/ construction d'un modèle de cliquetis (MOD)1/ construction of a knock model (MOD)
2/ mesure de l'accélération (MES)2/ acceleration measurement (MES)
3/ détermination de l’indicateur de cliquetis (IND)3/ determining the knock indicator (IND)
4/ contrôle du moteur à combustion interne (CON)4/ internal combustion engine control (CON)
Selon un troisième mode de réalisation, adapté pour la calibration d’un moteur à combustion interne à partir de mesures sur banc moteur (en laboratoire), et tel qu’illustré en
1/ construction d'un modèle de cliquetis (MOD)1/ construction of a knock model (MOD)
2/ mesure de l'accélération (MES)2/ acceleration measurement (MES)
3/ détermination de l’indicateur de cliquetis (IND)3/ determining the knock indicator (IND)
5/ calibration du moteur à combustion interne (CAL)5/ calibration of the internal combustion engine (CAL)
Les étapes vont être décrites dans la suite de la description. Les étapes 1 à 3 sont communes pour les trois modes de réalisation de l’invention. Dans un mode de réalisation préféré, l'étape 1 peut être réalisée une seule fois, de manière préalable, et les étapes 2 et 3 peuvent être alors répétées au moyen du modèle de cliquetis déterminé au cours de l'unique mise en œuvre de l'étape 1.The steps will be described later in the description. Steps 1 to 3 are common for the three embodiments of the invention. In a preferred embodiment, step 1 can be carried out once, beforehand, and steps 2 and 3 can then be repeated using the knock pattern determined during the single implementation of the 'Step 1.
De manière préférée, au moins les étapes 2 à 3 du procédé, et de préférence également l'étape 4, sont réalisées en temps réel (c’est-à-dire de cycle à cycle), de manière à déterminer l’indicateur de cliquetis en temps réel, afin de pouvoir éventuellement agir sur le cliquetis avant le prochain allumage.Preferably, at least steps 2 to 3 of the method, and preferably also step 4, are carried out in real time (that is to say from cycle to cycle), so as to determine the indicator of knocking in real time, in order to be able to act on the knocking before the next ignition.
Pour le deuxième mode de réalisation, les étapes 2 à 4 peuvent être mises en œuvre par le calculateur du moteur ; ainsi la détermination de l’indicateur du cliquetis est réalisée en ligne en temps réel.For the second embodiment, steps 2 to 4 can be implemented by the engine computer; thus the knock indicator is determined online in real time.
Pour le troisième mode de réalisation, les étapes 2 et 3 peuvent être mise en œuvre au moyen d’une plateforme d’analyse de la combustion, qui comporte des moyens informatiques de collecte et de traitement des signaux de mesure de l'accélération.For the third embodiment, steps 2 and 3 can be implemented using a combustion analysis platform, which includes computer means for collecting and processing acceleration measurement signals.
L'étape 1/ du procédé selon l'invention requiert un moteur à combustion comportant au moins un capteur accélérométrique, par exemple disposé sur le carter cylindre et/ou sur le bloc moteur, et au moins un capteur de pression disposé dans au moins un cylindre du moteur. Un capteur accélérométrique (c'est-à-dire un accéléromètre) permet de mesurer l'accélération linéaire du bloc moteur et/ou du bloc cylindre. Avantageusement, le moteur dont on souhaite détecter un cliquetis est équipé de plusieurs capteurs accélérométriques, disposés de manière espacée par exemple sur le bloc moteur et éloignés des sources auxiliaires de vibration (pompe, poulie, …). De préférence, le capteur accélérométrique peut être apte à mesurer une vibration moteur sur 1 axe jusqu’à une accélération de 5000 fois l'accélération de la pesanteur, avec une fréquence de rafraichissement de 30kHz, et pouvant opérer dans une plage de température de -55°C à +260°C, tel que le capteur accélérométrique ENDEVCO ® 7240C de la société PCB Piezotronics (France). Le capteur de pression mesure la pression locale dans le cylindre, c'est-à-dire la pression des gaz dans le cylindre. Les gaz forment un comburant ou un mélange carburé (cas de l’injection indirecte), et peuvent comprendre notamment de l’air à pression ambiante, de l’air suralimenté, un mélange d’air (suralimenté ou non) et des gaz brûlés. Avantageusement, le moteur comporte un capteur de pression disposé dans chaque cylindre. De préférence, l’étape 1/ peut être mise en œuvre au banc moteur.Step 1/ of the method according to the invention requires a combustion engine comprising at least one accelerometric sensor, for example placed on the cylinder block and/or on the engine block, and at least one pressure sensor placed in at least one engine cylinder. An accelerometric sensor (that is to say an accelerometer) makes it possible to measure the linear acceleration of the engine block and/or of the cylinder block. Advantageously, the engine whose knocking is to be detected is equipped with several accelerometric sensors, arranged in a spaced apart manner, for example on the engine block and remote from the auxiliary sources of vibration (pump, pulley, etc.). Preferably, the accelerometric sensor can be able to measure a motor vibration on 1 axis up to an acceleration of 5000 times the acceleration of gravity, with a refresh rate of 30kHz, and can operate in a temperature range of - 55°C to +260°C, such as the ENDEVCO ® 7240C accelerometric sensor from PCB Piezotronics (France). The pressure sensor measures the local pressure in the cylinder, i.e. the gas pressure in the cylinder. The gases form an oxidizer or a fuel mixture (in the case of indirect injection), and may include in particular air at ambient pressure, supercharged air, an air mixture (supercharged or not) and burnt gases . Advantageously, the engine includes a pressure sensor arranged in each cylinder. Preferably, step 1/ can be implemented on the engine test bench.
Dans le mode préféré de l'invention selon lequel l'étape 1/ est réalisée une seule fois, en amont, l'étape 2/ peut être est réalisée, en ligne en temps réel, au moyen d'un moteur comportant uniquement un ou plusieurs capteurs accélérométriques, mais pas nécessairement de capteur de pression. Ceci est avantageux, car si un capteur accélérométrique équipe généralement les moteurs de série, les moteurs de série ne comporte pas toujours de capteur de pression dans au moins un cylindre. Par conséquent, une fois un modèle de cliquetis déterminé à l'étape 1/ au moyen d'un moteur équipé d'au moins un capteur accélérométrique et un capteur de pression cylindre, l'étape 2/ peut être appliquée à des moteurs de série, sans nécessiter une adaptation de ces moteurs. Toutefois selon cette mise en œuvre, il est bien clair que le moteur utilisé pour la mise en œuvre de l'étape 1/ est de préférence représentatif du moteur pour lequel on souhaite détecter un cliquetis. De manière préférée, le moteur représentatif du moteur pour lequel on souhaite détecter un cliquetis, est un moteur ayant les mêmes caractéristiques techniques (ou même définition technique ; c'est-à-dire une même spécification du moteur en termes d’architecture, de pièces, de matériaux, de montage, de performance, …). Alternativement, le moteur représentatif du moteur pour lequel on souhaite détecter un cliquetis peut avoir des caractéristiques techniques équivalentes, par exemple en termes d'architecture, de pièces, de matériaux, de montage, de performance .... De préférence, les étapes 2/ et les suivantes peuvent être mise en œuvre sur un moteur à combustion interne de série.In the preferred mode of the invention according to which step 1/ is carried out only once, upstream, step 2/ can be carried out, online in real time, by means of a motor comprising only one or several accelerometer sensors, but not necessarily a pressure sensor. This is advantageous, because if an accelerometric sensor generally equips the series engines, the series engines do not always include a pressure sensor in at least one cylinder. Consequently, once a knock pattern has been determined in step 1/ by means of an engine equipped with at least one accelerometer sensor and a cylinder pressure sensor, step 2/ can be applied to production engines , without requiring adaptation of these motors. However, according to this implementation, it is quite clear that the engine used for the implementation of step 1/ is preferably representative of the engine for which knocking is to be detected. Preferably, the engine representative of the engine for which knocking is to be detected is an engine having the same technical characteristics (or same technical definition; that is to say the same engine specification in terms of architecture, parts, materials, assembly, performance, etc.). Alternatively, the engine representative of the engine for which knocking is to be detected may have equivalent technical characteristics, for example in terms of architecture, parts, materials, assembly, performance, etc. Preferably, steps 2 / and the following can be implemented on a series internal combustion engine.
La
Le cylindre 12 comprend au moins un moyen d'alimentation en carburant sous pression 16, par exemple sous la forme d'un injecteur de carburant 18 contrôlé par une vanne 20, qui débouche dans la chambre de combustion, au moins un moyen d'admission d'air 22 avec une soupape d’admission 24 associée à une tubulure d'admission 26 se terminant par un plénum 26b (non représenté sur la figure), au moins un moyen d'échappement des gaz brûlés 28 avec une soupape d’échappement 30 et une tubulure d'échappement 32 et au moins un moyen d'allumage 34, comme une bougie, qui permet de générer une ou plusieurs étincelles permettant d'enflammer le mélange carburé présent dans la chambre de combustion.The cylinder 12 comprises at least one pressurized fuel supply means 16, for example in the form of a fuel injector 18 controlled by a valve 20, which opens into the combustion chamber, at least one intake means 22 with an inlet valve 24 associated with an inlet pipe 26 terminating in a plenum 26b (not shown in the figure), at least one burnt gas exhaust means 28 with an exhaust valve 30 and an exhaust manifold 32 and at least one ignition means 34, such as a spark plug, which makes it possible to generate one or more sparks making it possible to ignite the fuel mixture present in the combustion chamber.
Les tubulures 32 des moyens d'échappement 28 de ce moteur sont raccordées à un collecteur d'échappement 36 lui-même connecté à une ligne d'échappement 38. Un dispositif de suralimentation 40, par exemple un turbocompresseur ou un compresseur volumétrique, est placé sur cette ligne d'échappement et comprend un étage d'entraînement 42 avec une turbine balayée par les gaz d'échappement circulant dans la ligne d'échappement et un étage de compression 44 qui permet de faire admettre un air d'admission sous pression dans les chambres de combustion 14 par les tubulures d'admission 26.The pipes 32 of the exhaust means 28 of this engine are connected to an exhaust manifold 36 itself connected to an exhaust line 38. A supercharging device 40, for example a turbocharger or a volumetric compressor, is placed on this exhaust line and comprises a drive stage 42 with a turbine swept by the exhaust gases circulating in the exhaust line and a compression stage 44 which makes it possible to admit pressurized intake air into the combustion chambers 14 through the intake manifolds 26.
Le moteur comprend des moyens 46a de mesure de la pression locale dans le cylindre, disposés au sein même du cylindre 12 du moteur. Ces moyens de mesure comprennent un capteur de pression qui permet de générer un signal représentatif de l’évolution de la pression locale dans un cylindre.The engine comprises means 46a for measuring the local pressure in the cylinder, arranged within the cylinder 12 of the engine itself. These measurement means include a pressure sensor which makes it possible to generate a signal representative of the evolution of the local pressure in a cylinder.
Le moteur peut également comporter des moyens 46b de mesure de la pression d’admission (caractéristique optionnelle pour le procédé selon l’invention), disposés dans le plénum 26b. Ces moyens de mesure sont généralement constitués par un capteur de pression absolue, de type piézoélectrique, qui permet de générer un signal représentatif de l’évolution de la pression d’admission dans le plénum d’admission.The engine can also include means 46b for measuring the intake pressure (optional feature for the method according to the invention), arranged in the plenum 26b. These measurement means generally consist of an absolute pressure sensor, of the piezoelectric type, which makes it possible to generate a signal representative of the evolution of the intake pressure in the intake plenum.
Le moteur comprend en outre un accéléromètre 47 disposé sur le bloc moteur. Un tel capteur permet de mesurer des signaux représentatifs de vibrations dans les chambres de combustion. En particulier, l'apparition d'un cliquetis dans la chambre de combustion va générer des vibrations caractéristiques, qui peuvent être mesurées par un accéléromètre.The engine further comprises an accelerometer 47 disposed on the engine block. Such a sensor makes it possible to measure signals representative of vibrations in the combustion chambers. In particular, the appearance of knocking in the combustion chamber will generate characteristic vibrations, which can be measured by an accelerometer.
Le moteur comprend également une unité de calcul et de commande 48, dénommée calculateur moteur, qui est reliée par des conducteurs (pour certains bidirectionnels) aux différents organes et capteurs du moteur de façon à pouvoir recevoir les différents signaux émis par ces capteurs, et ensuite commander les organes de ce moteur pour assurer son bon fonctionnement.The engine also comprises a calculation and control unit 48, called the engine computer, which is connected by conductors (for some bidirectional) to the various organs and sensors of the engine so as to be able to receive the various signals emitted by these sensors, and then control the components of this engine to ensure its correct operation.
Ainsi, dans le cas de l'exemple montré à la
La
1/Construction d'un modèle de cliquetis 1/ Construction of a knock model
Au cours de cette étape, il s'agit de construire un modèle représentatif d'un indicateur de cliquetis en fonction de la mesure par un ou plusieurs accéléromètres des vibrations du bloc moteur pour lequel on souhaite détecter un cliquetis. Autrement dit, au cours de cette étape, on construit un modèle analytique reliant une valeur d'accélération à une valeur d'un indicateur du cliquetis.During this step, it is a question of constructing a representative model of a knock indicator as a function of the measurement by one or more accelerometers of the vibrations of the engine block for which knocking is to be detected. In other words, during this step, an analytical model is constructed linking an acceleration value to a value of a knock indicator.
Selon l'invention, cette étape est mise en œuvre au moyen d'un algorithme d'apprentissage supervisé, appliqué à une base d'apprentissage construite à partir d'une pluralité de mesures de pression cylindre et de mesures d'accélération réalisées simultanément pour différents points de fonctionnement (autrement dit pour différentes conditions opératoires (régime et charge)) et valeurs d'avance à l'allumage (AVA) qui commande les bougies du moteur.According to the invention, this step is implemented by means of a supervised learning algorithm, applied to a learning base constructed from a plurality of cylinder pressure measurements and acceleration measurements carried out simultaneously to different operating points (ie for different operating conditions (rpm and load)) and ignition advance values (AVA) which controls the engine spark plugs.
Selon l'invention, la construction d'un modèle d'un indicateur du cliquetis en fonction de l'accélération est réalisée au moins selon les sous-étapes suivantes : 1.1/ construction d'une base d'apprentissage; 1.2/ entrainement d'un algorithme d'apprentissage supervisé. Ces sous-étapes sont décrites ci-après.According to the invention, the construction of a model of a knock indicator as a function of the acceleration is carried out at least according to the following sub-steps: 1.1/ construction of a learning base; 1.2/ training of a supervised learning algorithm. These sub-steps are described below.
1.1/ Construction d'une base d'apprentissage1.1/ Construction of a learning base
Selon l'invention, la construction de la base d'apprentissage est réalisée au moyen d'un moteur à combustion interne comportant au moins un accéléromètre, et, dans au moins un des cylindres de ce moteur à combustion interne, un capteur de pression.According to the invention, the construction of the learning base is carried out by means of an internal combustion engine comprising at least one accelerometer, and, in at least one of the cylinders of this internal combustion engine, a pressure sensor.
Comme discuté ci-dessus, selon une mise en œuvre préférée de l'invention, la construction de la base d'apprentissage peut être réalisée au moyen d'un moteur distinct du moteur pour lequel on souhaite détecter un cliquetis in fine en temps réel. En effet, cette étape peut être réalisée une seule fois, en amont, au moyen d'un moteur adapté à la mise en œuvre de cette étape, alors que l'application des étapes suivantes peut être appliquée à un moteur de série ayant de préférence les mêmes caractéristiques techniques (ou définition technique) que le moteur utilisé pour l'étape 1/.As discussed above, according to a preferred implementation of the invention, the construction of the learning base can be carried out by means of a motor distinct from the motor for which it is desired to detect knocking in fine in real time. Indeed, this step can be performed only once, upstream, by means of an engine adapted to the implementation of this step, whereas the application of the following steps can be applied to a series engine having preferably the same technical characteristics (or technical definition) as the engine used for stage 1/.
Selon l'invention, pour au moins un point de fonctionnement du moteur à combustion interne, on définit une pluralité de valeurs d'avance à l'allumage, bien évidemment incluant au moins des valeurs d'avance à l'allumage provoquant un cliquetis. Avantageusement, on peut définir au moins 10 points de fonctionnement, de manière à constituer une base d'apprentissage représentative de conditions opératoires variées. Avantageusement, on peut définir au moins 10 valeurs d'avance à allumage par point de fonctionnement, par exemple espacées de sauts d’avance à l'allumage compris entre 0.1 et 2°CA (angle du vilebrequin), de préférence 1°CA. Pour au moins un cycle, de préférence pour une pluralité de cycles (par exemple pour au moins une centaine de cycles) de chaque valeur d'avance à l'allumage de chaque point de fonctionnement, on mesure simultanément un signal de pression dans au moins un cylindre du moteur au moyen du capteur de pression et un signal d'accélération au moyen du capteur accélérométrique du moteur. Le capteur de pression génère un signal de capteur représentatif de la pression locale en un point dans le cylindre (appelé signal de mesure de la pression dans la suite). Le capteur accélérométrique génère un signal de capteur représentatif de l'accélération linéaire du bloc moteur (appelé signal de mesure de l'accélération dans la suite). Ces signaux issus du capteur de pression ou du capteur accélérométrique sont mesurés en fonction du temps ou en fonction de la position angulaire du vilebrequin du moteur à combustion interne. A titre illustratif, la
Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut en outre mesurer un signal d'accélération et un signal de pression pour une pluralité de températures du moteur, en plus d'une pluralité de points de fonctionnement du moteur à combustion interne, et en plus d'une pluralité de valeurs d'avance à l'allumage. Cela permet d'augmenter la variabilité des conditions opératoires pour constituer la base d'apprentissage.According to an implementation of the invention, an acceleration signal and a pressure signal can further be measured for a plurality of engine temperatures, in addition to a plurality of operating points of the internal combustion engine, and in addition to a plurality of spark advance values. This makes it possible to increase the variability of the operating conditions to constitute the learning base.
Selon l'invention, pour chaque signal de la mesure de la pression, on détermine une valeur de l'indicateur de cliquetis. Comme les mesures de pression et d'accélération sont réalisées simultanément, pour au moins une pluralité de valeurs d'avance à l'allumage, à chaque signal de mesure de la pression correspond un signal de mesure de l'accélération. Ainsi, par correspondance, une fois une valeur de l'indicateur de cliquetis déterminée pour un signal de mesure de la pression, on associe une valeur de l'indicateur de cliquetis au signal de mesure de l'accélération correspondant au signal de mesure de pression mesuré simultanément. Ainsi, la base d'apprentissage est constituée d'une pluralité de couples signal d'accélération-valeur de l'indicateur de cliquetis, plus précisément un couple signal d’accélération-valeur de l’indicateur de cliquetis pour chaque cycle de chaque valeur d'avance à l'allumage de chaque point de fonctionnement.According to the invention, for each pressure measurement signal, a value of the knock indicator is determined. As the pressure and acceleration measurements are performed simultaneously, for at least a plurality of ignition advance values, each pressure measurement signal corresponds to an acceleration measurement signal. Thus, by correspondence, once a value of the knock indicator has been determined for a pressure measurement signal, a value of the knock indicator is associated with the acceleration measurement signal corresponding to the pressure measurement signal measured simultaneously. Thus, the learning base consists of a plurality of acceleration signal-pinking indicator value pairs, more precisely an acceleration signal-pinking indicator value pair for each cycle of each value in advance at the ignition of each operating point.
Avantageusement, la construction d'une base d'apprentissage est réalisée au banc moteur, ou autrement dit en laboratoire. Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut réaliser la construction de la base d'apprentissage de la manière suivante : on installe le moteur au banc moteur, sur un point de fonctionnement fixé (régime moteur et charge) et un opérateur effectue une variation d’avance à l’allumage, par commande de la bougie. On peut débuter la variation d’avance à l’allumage sur une valeur d’avance à l'allumage faible, choisie de manière à ce qu’aucun cliquetis ne survienne. Avantageusement, l'opérateur écoute le bruit que produit la combustion, via un casque, relié dans la cellule d’essai à un micro, afin de détecter la survenance du cliquetis. Pour chaque valeur d’avance à l’allumage au cours de la variation, l’enregistrement de la mesure de la pression cylindre est déclenché. Cet enregistrement couvre plusieurs centaines de cycles de combustion (300 à 500) pour tous les cylindres équipés d’un capteur de pression cylindre. A titre d’exemple, pour un point de fonctionnement à 1750tr/min, un enregistrement de 300 cycles dure environ 20 secondes. Ce nombre de cycles est jugé suffisant car les informations représentatives de la combustion peuvent alors être obtenues de manière reproductible : d’une part cela permet à l’oreille humaine d’identifier la présence et la répétition de combustions anormales, et d’autre part la quantité de données enregistrées est suffisante pour effectuer des calculs statistiques fiables (valeurs maximales, minimales, moyenne, écart-type, médiane, dernier décile, …). Puis l’opérateur effectue des sauts d’avance de faible amplitude (par exemple de 1°CA) en augmentant sa valeur ; l’allumage se produit alors de plus en plus précocement. En plus de l'enregistrement de la mesure de la pression cylindre déclenché pour chaque valeur d’avance à l’allumage au cours de la variation, l'opérateur peut poursuivre l'écoute du bruit que produit la combustion. Au cours de la variation, l’opérateur va remarquer le changement du bruit du moteur produit par la combustion et peut annoter l'instant où nait le cliquetis (phénomène peu intense ou fugace) et/ou survient le cliquetis (phénomène intense et répété). Cette annotation est une évaluation qualitative, non indispensable à l'invention, qui ne permet pas de quantifier précisément le cliquetis : on ne connaît pas son intensité sur chaque cycle pris individuellement. Selon l'invention, on détermine un indicateur de cliquetis de manière automatique, à partir des mesures de la pression réalisées pour la pluralité de valeurs d'AVA définies pour au moins un point de fonctionnement.Advantageously, the construction of a learning base is carried out on the engine bench, or in other words in the laboratory. According to one implementation of the invention, the construction of the learning base can be carried out in the following way: the engine is installed on the engine bench, on a fixed operating point (engine speed and load) and an operator performs a variation of ignition advance, by command of the spark plug. The ignition advance variation can be started on a low ignition advance value, chosen so that no knocking occurs. Advantageously, the operator listens to the noise produced by the combustion, via headphones, connected in the test cell to a microphone, in order to detect the occurrence of knocking. For each ignition advance value during the variation, recording of the cylinder pressure measurement is triggered. This recording covers several hundred combustion cycles (300 to 500) for all cylinders fitted with a cylinder pressure sensor. By way of example, for an operating point of 1750 rpm, a recording of 300 cycles lasts approximately 20 seconds. This number of cycles is considered sufficient because the information representative of the combustion can then be obtained in a reproducible way: on the one hand this allows the human ear to identify the presence and the repetition of abnormal combustions, and on the other hand the quantity of recorded data is sufficient to carry out reliable statistical calculations (maximum, minimum values, mean, standard deviation, median, last decile, etc.). Then the operator performs low amplitude advance jumps (for example 1°CA) by increasing its value; ignition then occurs earlier and earlier. In addition to recording the measurement of the cylinder pressure triggered for each value of ignition advance during the variation, the operator can continue to listen to the noise produced by the combustion. During the variation, the operator will notice the change in the engine noise produced by the combustion and can annotate the moment when the knocking is born (not very intense or fleeting phenomenon) and/or the knocking occurs (intense and repeated phenomenon) . This annotation is a qualitative evaluation, not essential to the invention, which does not make it possible to precisely quantify the knock: we do not know its intensity on each cycle taken individually. According to the invention, a knock indicator is determined automatically, from the pressure measurements taken for the plurality of AVA values defined for at least one operating point.
Selon une mise en œuvre de l'invention, à partir de la mesure de la pression, on peut déterminer une valeur de l'indicateur de cliquetis au moyen d'une méthode classiquement utilisée d'analyse des amplitudes maximum des oscillations de pression. Une telle méthode conduit à un indicateur nommé MAPO (de l’anglais « Maximum Amplitude of Pressure Oscillations » pouvant être traduit par maximum d’amplitude des oscillations de pression). On peut trouver une description d'une telle méthode dans le document (Naber et al., 2006).According to one implementation of the invention, from the measurement of the pressure, it is possible to determine a value of the knock indicator by means of a method conventionally used for analyzing the maximum amplitudes of the pressure oscillations. Such a method leads to an indicator called MAPO (from the English “Maximum Amplitude of Pressure Oscillations” which can be translated as maximum amplitude of pressure oscillations). A description of such a method can be found in the document (Naber et al., 2006).
Selon une variante principale de l'invention, pour chaque signal de mesure de la pression, on peut déterminer une valeur de l'indicateur de cliquetis au moyen d'une méthode comportant les étapes suivantes :According to a main variant of the invention, for each pressure measurement signal, a value of the knock indicator can be determined by means of a method comprising the following steps:
- on détermine au moins un extremum local du signal de mesure de la pression dans un intervalle calé autour du pic maximal de la pression mesurée, le pic maximal étant déterminé parmi le au moins extremum local ;- at least one local extremum of the pressure measurement signal is determined in an interval calibrated around the maximum peak of the measured pressure, the maximum peak being determined from among the at least local extremum;
- on détermine l'indicateur de cliquetis en tant qu’au moins un descripteur du au moins un extremum local.- the knock indicator is determined as at least one descriptor of the at least one local extremum.
Cette méthode présente l'avantage de fournir une valeur d'indicateur de cliquetis, à partir d'un signal de mesure de la pression, indépendant du régime et de la charge du moteur à combustion interne. Différents modes de réalisation de cette variante principale de l'invention ci-après sont décrits ci-après.This method has the advantage of providing a knock indicator value, from a pressure measurement signal, independent of the speed and the load of the internal combustion engine. Different embodiments of this main variant of the invention below are described below.
Avantageusement, selon cette variante principale de l'invention, on peut déterminer au moins un descripteur, de préférence trois descripteurs, choisi parmi : un premier descripteur représentatif d’un nombre prédéterminé de variations de pression du signal de mesure de pression de plus grandes amplitudes, et/ou un deuxième descripteur représentatif de l’ensemble des variations de pression du signal de mesure de pression, et/ou un troisième descripteur représentatif de l’ensemble des variations de pression du signal de mesure de pression, à l’exception d’un nombre prédéterminé de variations de pression de plus grandes amplitudes. Ce premier descripteur est un descripteur local, alors que le deuxième et le troisième descripteurs sont des descripteurs intégraux (ou globaux).Advantageously, according to this main variant of the invention, it is possible to determine at least one descriptor, preferably three descriptors, chosen from: a first descriptor representative of a predetermined number of pressure variations of the pressure measurement signal of greater amplitudes , and/or a second descriptor representative of all the pressure variations of the pressure measurement signal, and/or a third descriptor representative of all the pressure variations of the pressure measurement signal, with the exception of a predetermined number of pressure variations of greater amplitude. This first descriptor is a local descriptor, whereas the second and the third descriptors are integral (or global) descriptors.
Avantageusement, selon cette variante principale de l'invention, on peut déterminer le au moins un extremum local au moyen d’une méthode d’analyse topologique des données TDA (de l’anglais « Topological Data Analysis »). La méthode d’analyse TDA se définit comme l’utilisation d’une collection d’outils puissants capables de quantifier la forme et la structure présentes dans les données, et permettant une investigation de ces données. L’idée est qu’il est possible de choisir des représentations simplifiées de ces données, qui sont présentes en grande quantité et complexes, sous un aspect particulier, qui forment une signature topologique, à partir de laquelle une quantification rigoureuse est possible afin de permettre une investigation à des fins de compréhension. Cette méthode d’analyse TDA peut permettre d’établir une représentation sous forme de plusieurs segments de longueurs différentes.Advantageously, according to this main variant of the invention, it is possible to determine the at least one local extremum by means of a method of topological analysis of TDA data (from the English “Topological Data Analysis”). The TDA method of analysis is defined as the use of a collection of powerful tools capable of quantifying the shape and structure present in the data, and allowing an investigation of these data. The idea is that it is possible to choose simplified representations of these data, which are present in large quantities and complex, under a particular aspect, which form a topological signature, from which a rigorous quantification is possible in order to allow an investigation for the purpose of understanding. This TDA analysis method can make it possible to establish a representation in the form of several segments of different lengths.
De préférence, on peut appliquer la méthode d’analyse TDA à l’opposé du signal du capteur de pression (en d’autres termes au signal du capteur de pression pour lequel on a changé le signe), de manière à ce que le balayage mis en œuvre dans cette méthode rencontre le point de pression maximum en premier.Preferably, the TDA analysis method can be applied opposite to the signal from the pressure sensor (in other words to the signal from the pressure sensor for which the sign has been changed), so that the scan implemented in this method encounters the maximum pressure point first.
Avantageusement, selon cette variante principale de l'invention, au moyen de la méthode d'analyse TDA, on détermine pour chaque extremum local un segment de droite reliant deux extrema locaux consécutifs.Advantageously, according to this main variant of the invention, by means of the TDA analysis method, a line segment connecting two consecutive local extrema is determined for each local extremum.
Avantageusement, selon cette variante principale de l'invention, on peut déterminer le au moins un descripteur représentatif d’un nombre prédéterminé de segments de longueur finie les plus longs par la méthode d’analyse topologique des données TDA, notamment au moyen du rapport de la somme des longueurs des segments les plus longs, sur le nombre d’échantillons séparant le segment le plus long du dernier segment le plus long parmi le nombre prédéterminé de segments. Par la suite, on notera "TDAcrete" l'indicateur résultant de ce descripteur obtenu par une méthode TDA. Par exemple, et de manière non limitative, le nombre prédéterminé de segments peut être compris entre 1 et 5, et peut valoir 3.Advantageously, according to this main variant of the invention, it is possible to determine the at least one descriptor representative of a predetermined number of longest segments of finite length by the method of topological analysis of the TDA data, in particular by means of the ratio of the sum of the lengths of the longest segments, over the number of samples separating the longest segment from the last longest segment among the predetermined number of segments. Thereafter, we will note "TDAcrete" the indicator resulting from this descriptor obtained by a TDA method. For example, and without limitation, the predetermined number of segments can be between 1 and 5, and can be equal to 3.
A l'issue de cette sous-étape, on obtient une base d'apprentissage comportant une pluralité de couples formés de signaux d'accélération et de valeurs d'indicateur de cliquetis correspondantes.At the end of this sub-step, a learning base is obtained comprising a plurality of pairs formed of acceleration signals and corresponding knocking indicator values.
1.2/ Entrainement d'un réseau de neurones convolutif1.2/ Training a convolutional neural network
Au cours de cette sous-étape, on met en œuvre un algorithme d'apprentissage supervisé à partir de la base d'apprentissage pour construire un modèle de l'indicateur de cliquetis en fonction de l'accélération. Selon l'invention, on utilise un réseau de neurones convolutif en tant qu'algorithme d'apprentissage supervisé. Cet algorithme d'apprentissage supervisé présente l'avantage de présenter plusieurs couches convolutives, qui permettent d'identifier, de manière de plus en plus précise d'une couche à une autre, des formes particulières (ou encore des motifs particuliers) dans un signal. Autrement dit, l'objectif est ici, par un apprentissage supervisé, de déterminer un modèle permettant de reconnaitre, dans un signal de mesure de l'accélération, un motif représentatif d'un cliquetis.During this sub-step, a supervised learning algorithm is implemented from the learning base to build a model of the knock indicator as a function of the acceleration. According to the invention, a convolutional neural network is used as a supervised learning algorithm. This supervised learning algorithm has the advantage of presenting several convolutional layers, which make it possible to identify, more and more precisely from one layer to another, particular shapes (or even particular patterns) in a signal. . In other words, the objective here is, by supervised learning, to determine a model making it possible to recognize, in an acceleration measurement signal, a pattern representative of knocking.
De manière avantageuse, la base d'apprentissage peut être pré-traitée avant d'être utilisée pour entrainer l'algorithme d'apprentissage supervisé. En effet, de par son implantation sur le bloc moteur, le signal de mesure de l'accélération est sensible à toutes les combustions, quel que soit le cylindre. Par conséquent, l’exploitation du signal de mesure de l'accélération peut requérir d’affecter correctement une fraction du signal à la combustion dans un même cylindre. La séquence d’affectation doit alors prendre en compte l’ordre d’allumage (déclenchement de l’étincelle à la bougie) des cylindres. Ainsi, le prétraitement consiste à définir des fenêtres angulaires permettant d’isoler la fraction du signal accélérométrique correspondant à la combustion de chacun des cylindres du moteur. Selon une mise en œuvre selon laquelle le moteur est un moteur 4 temps (rappel : la réalisation des 4 temps nécessite deux tours du vilebrequin, soient un plage angulaire de 720°CA) à 3 cylindres avec un allumage selon la séquence cylindre 1 - cylindre 3 - cylindre 2 (le cylindre 2 est au centre du moteur en ligne à 3 cylindres mais c’est celui qui est allumé en dernier), on peut définir trois fenêtres angulaires de largeur de 200° V telles que :Advantageously, the learning base can be pre-processed before being used to train the supervised learning algorithm. Indeed, due to its location on the engine block, the acceleration measurement signal is sensitive to all combustions, whatever the cylinder. Consequently, the exploitation of the acceleration measurement signal may require correctly assigning a fraction of the signal to the combustion in the same cylinder. The allocation sequence must then take into account the firing order (triggering of the spark at the spark plug) of the cylinders. Thus, the pre-processing consists in defining angular windows making it possible to isolate the fraction of the accelerometric signal corresponding to the combustion of each of the cylinders of the engine. According to an implementation according to which the engine is a 4-stroke engine (reminder: the realization of 4-stroke requires two revolutions of the crankshaft, i.e. an angular range of 720° CA) with 3 cylinders with ignition according to the sequence cylinder 1 - cylinder 3 - cylinder 2 (cylinder 2 is at the center of the 3-cylinder in-line engine but it is the one that is ignited last), we can define three angular windows with a width of 200° V such that:
- cylindre 1 : [-60°CA, 140°CA]cylinder 1: [-60°CA, 140°CA]
- cylindre 3 : [180°CA, 380°CA]cylinder 3: [180°CA, 380°CA]
- cylindre 2 : [420°CA, 620°CA]cylinder 2: [420°CA, 620°CA]
Selon cette mise en œuvre, la base d'apprentissage peut être constituée, sur la plage angulaire [-60, 620°CA], de 3 signaux accélérométriques (un par cylindre), chacun étant défini dans une fenêtre d’amplitude 200°CA (soient 2000 valeurs si on considère une résolution angulaire de 0.1°CA), et pour chaque signal, d’une valeur de l'indicateur du cliquetis correspondante (obtenue à partir des mesures de pression, selon l'une quelconque des variantes de la sous-étape 1.1 décrite ci-dessus). L'utilisation d'une fenêtre angulaire à largeur fixe (c’est-à-dire non calée sur le point de pression cylindre maximum) et large (par exemple supérieure à 100°CA), contrairement à l'art antérieur notamment décrit dans (Naber et al., 2006), se justifie, d’une part, du fait que sur un moteur non équipé de capteur de pression cylindre, il n’est possible de repérer la position d’un maximum de pression cylindre à partir duquel on pourrait définir une fenêtre angulaire, et d’autre part, par le type de réseau de neurones utilisé pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention, dont l’action des couches convolutives est d’explorer de manière exhaustive le signal selon des fenêtres de tailles différentes et pour différentes résolutions angulaires par filtrage (couche de convolution ) et par sous-échantillonnage (couche de "pooling" ) successifs. Par ailleurs, la propriété d’être de largeur fixe se justifie par le format imposé des données que l’on place en entrée du réseau de neurones qui doit avoir une taille fixe. Alternativement, on peut utiliser une taille de fenêtre angulaire réduite (par exemple inférieure à 100°CA).According to this implementation, the learning base can consist, over the angular range [-60, 620° CA], of 3 accelerometric signals (one per cylinder), each being defined in a window of amplitude 200° CA (i.e. 2000 values if we consider an angular resolution of 0.1° CA), and for each signal, a value of the corresponding knock indicator (obtained from pressure measurements, according to any of the variants of the sub-step 1.1 described above). The use of an angular window with a fixed width (that is to say not set on the maximum cylinder pressure point) and wide (for example greater than 100°CA), unlike the prior art in particular described in (Naber et al., 2006), is justified, on the one hand, by the fact that on an engine not equipped with a cylinder pressure sensor, it is not possible to identify the position of a maximum cylinder pressure from which one could define an angular window, and on the other hand, by the type of neural network used for the implementation of the method according to the invention, the action of the convolutional layers of which is to exhaustively explore the signal according to windows of different sizes and for different angular resolutions by filtering (convolution layer) and by sub-sampling (layer of "pooling") successively. Moreover, the property of being of fixed width is justified by the imposed format of the data that is placed at the input of the neural network which must have a fixed size. Alternatively, it is possible to use a reduced angular window size (for example less than 100° CA).
Avantageusement, la base d'apprentissage peut être découpée en 2, de préférence 3, sous-ensembles :Advantageously, the learning base can be divided into 2, preferably 3, subsets:
- un premier sous-ensemble, comprenant par exemple entre 70% à 85% de l’ensemble des données de la base d'apprentissage, destiné à l’apprentissage du réseau : ces données vont directement déterminer la mesure d’erreur d’estimation du réseau et la façon d’ajuster les valeurs des paramètres du réseau de neurones ; c’est la base de données d'entrainement ("training set" en anglais).a first subset, comprising for example between 70% and 85% of all the data of the learning base, intended for learning the network: these data will directly determine the estimation error measurement of the network and how to adjust the values of the neural network parameters; this is the training database.
- un deuxième sous-ensemble, comprenant par exemple entre 15% et 30% de l’ensemble des données de la base d'apprentissage, destiné à valider le processus d’apprentissage pendant son exécution : ces données servent à suivre le succès de l’opération d’apprentissage pendant son déroulement mais n’influent pas directement sur l’ajustement des paramètres du réseau ; c’est la base de données de validation.a second subset, comprising for example between 15% and 30% of all the data of the learning base, intended to validate the learning process during its execution: these data are used to monitor the success of the learning operation during its course but do not directly influence the adjustment of the network parameters; this is the validation database.
- de manière optionnelle mais avantageuse, un troisième sous-ensemble, comprenant un nombre de données issues de la base d'apprentissage dans une proportion équivalente à la base de données de validation, destiné à tester la performance d’apprentissage, à la fin de l'apprentissage ; c’est la base de données de test.optionally but advantageously, a third subset, comprising a number of data from the learning base in an equivalent proportion to the validation database, intended to test the learning performance, at the end of the 'learning ; this is the test database.
Selon une mise en œuvre de l'invention, pour constituer les sous-ensembles décrits ci-dessus, on peut réaliser un tirage aléatoire parmi l’ensemble des données de la base d'apprentissage.According to one implementation of the invention, to form the subsets described above, a random draw can be made from all the data in the learning base.
Selon l'invention, cette sous-étape consiste à rechercher les valeurs des paramètres du réseau de neurones convolutif permettant de minimiser un écart entre les données d'apprentissage (valeurs de l'indicateur de cliquetis) et une estimation (ou encore une prédiction) de ces données par cet algorithme. Il s'agit d'un problème de régression, qui peut être résolu de manière itérative, par exemple par une méthode de gradient. Plus précisément, selon cette conception, on recherche de manière itérative les valeurs des paramètres du réseau de neurones minimisant l'écart décrit ci-dessus, jusqu'à atteindre un critère d'arrêt. Le critère d'arrêt peut porter sur une valeur maximale de l'écart (par exemple au sens des moindres carrés), un nombre d'itérations maximale, etc. Les paramètres d'un réseau de neurones convolutif comprennent les poids synaptiques et les biais de la fonction d'activation.According to the invention, this sub-step consists in searching for the values of the parameters of the convolutional neural network making it possible to minimize a difference between the learning data (values of the knock indicator) and an estimate (or even a prediction) of this data by this algorithm. This is a regression problem, which can be solved iteratively, for example by a gradient method. More specifically, according to this design, the values of the parameters of the neural network minimizing the deviation described above are iteratively sought, until a stopping criterion is reached. The stopping criterion can relate to a maximum value of the deviation (for example in the sense of least squares), a maximum number of iterations, etc. Parameters of a convolutional neural network include synaptic weights and activation function biases.
Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut rechercher les paramètres du réseau de neurones en définissant :According to an implementation of the invention, one can search for the parameters of the neural network by defining:
- une mesure de l’erreur d’estimation du réseau de neurones convolutif (égale à la différence entre une donnée et une estimation par le réseau de neurones convolutif), par exemple en définissant une fonction de perte ("loss function" en anglais). Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut définir une fonction de perte mesurant une erreur au sens des moindres carrés ("mean squared error" en anglais) ; eta measurement of the convolutional neural network estimation error (equal to the difference between a datum and an estimation by the convolutional neural network), for example by defining a loss function. According to an implementation of the invention, it is possible to define a loss function measuring an error in the sense of least squares (“mean squared error” in English); And
- la manière dont les paramètres du réseau de neurones sont ajustés (par exemple par rétro-propagation du gradient) en fonction de la mesure de l’erreur d’estimation choisie, par exemple en choisissant un optimiseur et son taux d’apprentissage ("learning rate" en anglais). Par exemple, on peut utiliser un optimiseur de type Nadam (pour "Nesterov-accelerated Adaptive Moment Estimation" en anglais), par exemple mis en œuvre avec un taux d'apprentissage ("learning rate") de 0.002 et une réduction automatique du taux d'apprentissage (par exemple sur atteinte d’un plateau, avec les paramètres suivants : un contrôleur ("monitor" en anglais) de type erreur absolue moyenne ("mean absolute error" en anglais), avec un facteur de 0.1, et un critère d'arrêt délibéré ("early stopping patience" en anglais) de 3.the way in which the parameters of the neural network are adjusted (for example by back-propagation of the gradient) according to the measurement of the estimation error chosen, for example by choosing an optimizer and its learning rate ("learning spleen" in English). For example, one can use a Nadam type optimizer (for “Nesterov-accelerated Adaptive Moment Estimation”), for example implemented with a learning rate (“learning rate”) of 0.002 and an automatic reduction of the rate learning (for example on reaching a plateau, with the following parameters: a mean absolute error type monitor, with a factor of 0.1, and a deliberate stopping criterion ("early stopping patience" in English) of 3.
- une mesure de la qualité de l’apprentissage (ou encore une métrique; "metrics" en anglais), réalisée sur la base de données de validation lorsque celle-ci a été créée. On peut choisir une métrique de type erreur moyenne absolue ("mean absolute error" en anglais) avec un critère d'arrêt délibéré ("early stopping patience" en anglais) de 30.a measurement of the quality of learning (or even a metric; "metrics" in English), carried out on the validation database when it was created. We can choose a mean absolute error type metric with an early stopping patience criterion of 30.
Avantageusement, le réseau de neurones convolutif mis en œuvre dans l'invention peut comprendre :Advantageously, the convolutional neural network implemented in the invention may comprise:
- des fonctions d'activation de type ReLU (pour "Rectified Linear Unit" en anglais), qui sont des fonctions linéaires par morceaux ; et/ou- activation functions of the ReLU type (for "Rectified Linear Unit"), which are piecewise linear functions; and or
- au moins 3 à 5 couches convolutives, de manière à obtenir un modèle de cliquetis précis, dans ce cas, on parle d'architecture profonde ; et/ou- at least 3 to 5 convolutional layers, so as to obtain an accurate knock model, in this case, we speak of deep architecture; and or
- une couche intermédiaire, dite de "pooling" ("regroupement" en français), placée entre au moins deux couches convolutives. Une telle couche permet de réduire la taille des motifs, tout en préservant leurs caractéristiques principales.- an intermediate layer, called "pooling" ("grouping" in French), placed between at least two convolutional layers. Such a layer makes it possible to reduce the size of the patterns, while preserving their main characteristics.
Selon une conception particulière de l'invention, le réseau de neurones convolutif peut être composé de 7 couches au total :According to a particular design of the invention, the convolutional neural network can be composed of 7 layers in total:
- 3 couches convolutives, dont le nombre de filtres est de 32 ou 64, le nombre de "strides" (chevauchement) est de 3 ou 5, et la fonction d’activation est de type ReLU. Ces couches ont la propriété d’identifier des motifs (séquence de signaux de même forme) localement dans le tenseur de données reçu en entrée ; si ces motifs se trouvent à différentes échelles et à différentes positions, alors la couche convolutive est capable de les isoler si cela permet de réduire l’erreur de prédiction ; le nombre de filtres détermine la variété de motifs que le réseau peut identifier ; les premières couches du réseau identifient des motifs généraux tandis que les dernières couches identifient des motifs caractéristiques ;3 convolutional layers, the number of filters of which is 32 or 64, the number of "strides" (overlapping) is 3 or 5, and the activation function is of the ReLU type. These layers have the property of identifying patterns (sequence of signals of the same form) locally in the data tensor received as input; if these patterns are found at different scales and at different positions, then the convolutional layer is able to isolate them if this makes it possible to reduce the prediction error; the number of filters determines the variety of patterns the network can identify; the first layers of the network identify general patterns while the last layers identify characteristic patterns;
- chaque couche convolutive est immédiatement suivie d’une couche dite de "pooling" ("regroupement" en français). Un telle couche a la propriété de sous-échantillonner les données afin de permettre à la couche convolutive suivante de traiter les données à une échelle plus large. A noter que la dernière couche de ce type est une couche dite de "GLOBALMAXPOOLING", qui permet de réduire l’information d’une dimension.each convolutional layer is immediately followed by a so-called "pooling" layer. Such a layer has the property of downsampling the data in order to allow the next convolutional layer to process the data on a larger scale. Note that the last layer of this type is a so-called "GLOBALMAXPOOLING" layer, which allows the information to be reduced by one dimension.
- la couche finale est une couche dense (entièrement connectée) qui récupère toutes les caractéristiques du réseau et produit l’estimation du quantificateur pour la données en entrée ; la sortie de cette couche est un nombre réel (scalaire).the final layer is a dense (fully connected) layer that retrieves all network features and produces the quantizer estimate for the input data; the output of this layer is a real (scalar) number.
Avantageusement, on peut ajouter une huitième couche entre la dernière couche de "pooling" c'est-à-dire la couche de "GLOBALMAXPOOLING" et la couche dense, afin de limiter le sur-apprentissage du réseau (en anglais "overfitting"), il s’agit d’une couche dite de "DROPOUT" dont on peut définir un taux (par exemple un taux de 0.25) qui représente la proportion d’unités parmi les entrées qui sont aléatoirement mises à zéro.Advantageously, an eighth layer can be added between the last “pooling” layer, that is to say the “GLOBALMAXPOOLING” layer and the dense layer, in order to limit the overfitting of the network. , this is a so-called "DROPOUT" layer for which a rate can be defined (for example a rate of 0.25) which represents the proportion of units among the inputs which are randomly set to zero.
Selon cette conception, le nombre total de paramètres du réseau de neurones à calibrer peut être de l'ordre de 20000.According to this design, the total number of neural network parameters to be calibrated can be on the order of 20000.
Selon une mise en œuvre de l'invention, on peut utiliser un unique réseau de neurones convolutif pour l’ensemble des cylindres, ce qui permet de limiter le nombre de réseaux à entrainer et à stocker. Selon cette conception, on peut avantageusement normaliser les valeurs mesurées par le capteur accélérométrique, de manière à homogénéiser les données d'entrée du réseau de neurones convolutif et éviter des écarts de valeurs trop importants qui pourraient compromettre la phase d’apprentissage.According to an implementation of the invention, a single convolutional neural network can be used for all the cylinders, which makes it possible to limit the number of networks to train and store. According to this design, it is advantageous to normalize the values measured by the accelerometric sensor, so as to homogenize the input data of the convolutional neural network and avoid excessive value deviations which could compromise the learning phase.
Alternativement, on peut utiliser un réseau de neurones convolutif pour chaque cylindre, ce qui peut avoir un intérêt lorsque les cylindres présentent des hétérogénéités dans la qualité de combustion. Selon cette conception, on peut avantageusement normaliser les valeurs mesurées par le capteur accélérométrique, de manière à homogénéiser les données d'entrée du réseau de neurones convolutif et éviter des écarts de valeurs trop importants qui pourraient compromettre la phase d’apprentissage.Alternatively, one can use a convolutional neural network for each cylinder, which can be of interest when the cylinders present heterogeneities in the quality of combustion. According to this design, it is advantageous to normalize the values measured by the accelerometric sensor, so as to homogenize the input data of the convolutional neural network and avoid excessive value deviations which could compromise the learning phase.
De manière avantageuse, on peut appliquer un réseau de neurones convolutif des données d'apprentissage comprenant des signaux accélérométriques mesurés par au moins deux capteurs accélérométriques. Selon cette conception, on peut avantageusement normaliser les valeurs mesurées par les capteurs accélérométriques, de manière à homogénéiser les données d'entrée du réseau de neurones convolutif et éviter des écarts de valeurs trop importants qui pourraient compromettre la phase d’apprentissage.Advantageously, a convolutional neural network of learning data comprising accelerometric signals measured by at least two accelerometric sensors can be applied. According to this design, it is advantageous to normalize the values measured by the accelerometric sensors, so as to homogenize the input data of the convolutional neural network and avoid excessive value deviations which could compromise the learning phase.
Après entrainement d'un réseau de neurones convolutif tel que décrit ci-dessus sur la base d'apprentissage telle que décrite ci-dessus, on obtient des valeurs des paramètres du réseau de neurones convolutif calé (ou encore calibré, ou encore ajusté) sur les données de la base d'apprentissage. Ces paramètres sont alors figés pour la suite du procédé.After training a convolutional neural network as described above on the learning base as described above, values of the parameters of the convolutional neural network calibrated (or even calibrated, or even adjusted) are obtained on learning database data. These parameters are then fixed for the remainder of the process.
Ainsi, à l'issue de cette sous-étape, on obtient un modèle représentatif d'un indicateur de cliquetis en fonction de l'accélération. La construction de ce modèle peut être réalisée une seule fois, de manière préalable, et les étapes 2 et 3 décrites ci-dessous peuvent être alors répétées au moyen du modèle de cliquetis en fonction de l'accélération déterminé au cours de l'unique mise en œuvre de l'étape 1.Thus, at the end of this sub-step, a representative model of a knock indicator is obtained as a function of the acceleration. The construction of this model can be carried out only once, in a preliminary way, and the stages 2 and 3 described below can then be repeated by means of the model of knock according to the acceleration determined during the unique setting. implementation of step 1.
2/ Mesure de l'accélération (MES)2/ Acceleration measurement (MES)
Cette étape est appliquée au moyen du moteur à combustion interne pour lequel on souhaite détecter un cliquetis. Ce moteur à combustion interne comporte au moins un capteur accélérométrique, par exemple disposé sur le bloc moteur. Ce moteur ne nécessite pas de comporter de capteur de pression dans un cylindre. De préférence, ce moteur a les mêmes caractéristiques techniques (ou définition technique) que le moteur à partir duquel a été réalisée l'étape 1/ ci-dessus, de manière à ce que le modèle construit à l'étape 1/ soit adapté à la quantification d'un cliquetis pour le moteur considéré.This step is applied by means of the internal combustion engine for which knocking is to be detected. This internal combustion engine comprises at least one accelerometric sensor, for example arranged on the engine block. This engine does not need to include a pressure sensor in a cylinder. Preferably, this engine has the same technical characteristics (or technical definition) as the engine from which step 1/ above was carried out, so that the model built in step 1/ is suitable for the quantification of a knock for the engine considered.
Au cours de cette étape, on réalise une mesure de l'accélération du moteur au moyen d'un capteur accélérométrique. Le capteur accélérométrique génère un signal de capteur représentatif de l'accélération linéaire du bloc moteur (appelé aussi signal de mesure de l'accélération). Ce signal est fonction du temps ou de la position angulaire du vilebrequin du moteur à combustion.During this step, a measurement of the acceleration of the engine is carried out by means of an accelerometer sensor. The accelerometer sensor generates a sensor signal representative of the linear acceleration of the engine block (also called the acceleration measurement signal). This signal is a function of time or of the angular position of the crankshaft of the combustion engine.
3/ Détermination de l’indicateur de cliquetis (IND)3/ Determination of the knock indicator (IND)
Au cours de cette étape, on détermine une valeur de l'indicateur de cliquetis au moyen du modèle de cliquetis en fonction de l'accélération déterminé à l'étape 1/ décrite ci-dessus et du signal de mesure de l'accélération mesuré à l'étape 2/ décrite ci-dessus.During this step, a value of the knock indicator is determined by means of the knock model as a function of the acceleration determined in step 1/ described above and of the acceleration measurement signal measured at step 2/ described above.
Autrement dit, au cours de cette étape, on utilise le réseau de neurones convolutif entrainé comme décrit précédemment, pour traiter des signaux de mesure de l'accélération obtenus à l’étape 2/, par exemple enregistrés en temps réel lorsque le moteur à combustion contribue au déplacement d'un véhicule.In other words, during this step, the convolutional neural network trained as described above is used to process acceleration measurement signals obtained in step 2/, for example recorded in real time when the combustion engine contributes to the movement of a vehicle.
Autrement dit encore, un signal accélérométrique est placé en entrée du réseau de neurones convolutif entrainé, et celui-ci calcule une estimation de l'indicateur de cliquetis dont le réseau a fait l’apprentissage.In other words, an accelerometric signal is placed at the input of the trained convolutional neural network, and the latter calculates an estimate of the knock indicator which the network has learned.
Avantageusement, on applique préalablement aux mesures accélérométriques utilisées au cours de cette étape un prétraitement similaire à celui appliqué aux mesures accélérométriques utilisées pour construire la base d'apprentissage, notamment un fenêtrage angulaire et/ou une normalisation tels que décrit aux sous-étapes 1.1 et 1.2 ci-dessus.Advantageously, a preprocessing similar to that applied to the accelerometric measurements used to build the learning base is applied beforehand to the accelerometric measurements used during this step, in particular an angular windowing and/or a normalization as described in sub-steps 1.1 and 1.2 above.
A l'issue de cette étape, on obtient une valeur indicateur de cliquetis pour un signal de mesure de l'accélération. Par exemple non limitatif, un indicateur de cliquetis proche de 0 peut correspondre à une absence de cliquetis, un indicateur de cliquetis compris entre 10 et 30 peut correspondre à un cliquetis naissant et se renforçant, et un indicateur de cliquetis supérieur à 30 peut correspondre à un cliquetis établi, ces seuils ne dépendants pas du point de fonctionnement du moteur (régime et charge).At the end of this step, a knocking indicator value is obtained for an acceleration measurement signal. By non-limiting example, a knock indicator close to 0 can correspond to an absence of knock, a knock indicator between 10 and 30 can correspond to incipient and intensifying knock, and a knock indicator greater than 30 can correspond to an established knock, these thresholds not depending on the operating point of the engine (speed and load).
Selon un aspect de l’invention, le procédé peut comporter une étape supplémentaire de détermination d’une combustion anormale par analyse de l'indicateur de cliquetis. Cette détermination d’une combustion anormale peut être mise en œuvre par une comparaison de l’indicateur de cliquetis avec un seuil de cliquetis prédéfini.According to one aspect of the invention, the method may include an additional step of determining abnormal combustion by analyzing the knock indicator. This determination of abnormal combustion can be implemented by comparing the knocking indicator with a predefined knocking threshold.
4/Contrôle du moteur à combustion interne 4/ Control of the internal combustion engine
Lors de cette étape facultative, on peut déterminer en temps réel le contrôle du moteur à combustion interne en fonction de l’indicateur de cliquetis déterminé à l’étape 3, dans le but de réduire le cliquetis tout en garantissant de bonnes performances du moteur à combustion interne. En effet, l’indicateur selon l’invention permet de réduire la marge de sécurité et d’obtenir des gains de consommation du moteur à combustion interne et de réduire les risques de températures d’échappement élevées. Le contrôle de la combustion peut être mis en œuvre par le calculateur du moteur à combustion interne.During this optional step, the control of the internal combustion engine can be determined in real time according to the knock indicator determined in step 3, with the aim of reducing knocking while guaranteeing good performance of the engine at internal combustion. Indeed, the indicator according to the invention makes it possible to reduce the safety margin and to obtain gains in consumption of the internal combustion engine and to reduce the risks of high exhaust temperatures. The combustion control can be implemented by the computer of the internal combustion engine.
Pour cette étape facultative, on peut déterminer l’indicateur de cliquetis en temps réel au moyen d’un calculateur du moteur à combustion interne. De préférence, lorsque le moteur à combustion interne est utilisé dans un véhicule, le calculateur peut être embarqué.For this optional step, the knock indicator can be determined in real time by means of a control unit of the internal combustion engine. Preferably, when the internal combustion engine is used in a vehicle, the computer can be embedded.
En cas de cliquetis détecté au moyen du procédé selon l'invention, le calculateur peut lancer les actions nécessaires au contrôle des combustions suivantes afin d’éviter la poursuite de l’occurrence du cliquetis lors des combustions suivantes.In the event of knocking detected by means of the method according to the invention, the computer can initiate the actions necessary to control the following combustions in order to avoid the continuation of the occurrence of the knocking during the following combustions.
Selon un mode de réalisation, le contrôle peut être fondé sur une comparaison de l’indicateur de cliquetis avec un seuil de cliquetis. Le seuil de cliquetis est avantageusement une valeur fixe indépendante du régime et de la charge du moteur à combustion interne. En effet, l’indicateur de cliquetis selon l’invention présente l’avantage d’être indépendant du régime, donc un unique seuil de cliquetis fixe peut être utilisé.According to one embodiment, the control can be based on a comparison of the knock indicator with a knock threshold. The knocking threshold is advantageously a fixed value independent of the speed and the load of the internal combustion engine. Indeed, the knock indicator according to the invention has the advantage of being independent of the engine speed, so a single fixed knock threshold can be used.
Conformément à une mise en œuvre de l’invention, on peut définir deux seuils et par conséquent trois zones : une première zone sans cliquetis pour laquelle l’indicateur de cliquetis est inférieur à un premier seuil, une deuxième zone de cliquetis naissant pour laquelle l’indicateur de cliquetis est compris entre le premier seuil est un deuxième seuil, et une troisième zone de cliquetis établi pour laquelle l’indicateur de cliquetis est supérieur au deuxième seuil. Ensuite, on peut contrôler le moteur à combustion interne, en fonction de la zone dans laquelle se trouve l’indicateur de cliquetis.In accordance with one implementation of the invention, two thresholds and consequently three zones can be defined: a first zone without knocking for which the knocking indicator is lower than a first threshold, a second zone of incipient knocking for which the the knock indicator is between the first threshold is a second threshold, and a third established knock zone for which the knock indicator is greater than the second threshold. Then the internal combustion engine can be checked, depending on the area in which the knock indicator is located.
Pour cette étape, on peut contrôler la combustion au sein du cylindre du moteur à combustion interne, en contrôlant des actionneurs du moteur à combustion interne, en particulier l’injecteur, les soupapes d’admission, les soupapes d’échappement, etc. De préférence, pour un moteur à allumage commandé, on peut contrôler l’avance à l’allumage. Ainsi, on peut protéger le moteur à combustion interne du phénomène de cliquetis et réduire le bruit du moteur à combustion interne.For this step, the combustion can be controlled within the cylinder of the internal combustion engine, by controlling the actuators of the internal combustion engine, in particular the injector, the intake valves, the exhaust valves, etc. Preferably, for a spark ignition engine, the ignition advance can be controlled. Thus, the internal combustion engine can be protected from the knocking phenomenon and the noise of the internal combustion engine can be reduced.
Pour la mise en œuvre de l’invention, dans laquelle on définit trois zones, par exemple (de manière non limitative) : on peut avancer l’avance à l’allumage dans la première zone, on peut ne pas faire varier l’avance à l’allumage dans la deuxième zone, et on peut retarder l’avance à l’allumage dans la troisième zone.For the implementation of the invention, in which three zones are defined, for example (in a non-limiting manner): the ignition advance can be advanced in the first zone, the advance can not be varied ignition in the second zone, and the ignition advance can be delayed in the third zone.
Selon une deuxième mise en œuvre, on peut définir préalablement une valeur de l’avance à l’allumage pour chaque point de fonctionnement (régime, couple) du moteur à combustion interne au moyen d’une cartographie. Lorsque du cliquetis est déterminé par les étapes précédentes, la valeur de l’avance à l’allumage peut être diminuée. Puis, lorsque le cliquetis disparaît, la valeur de l’avance à l’allumage peut être augmentée progressivement vers la valeur définie dans la cartographie, sans dépasser cette valeur. Pour ce type de contrôle, l’invention permet de définir une valeur de l’avance à l’allumage plus proche de la zone de cliquetis, avec moins de marge de sécurité, car l’invention permet de mieux définir la zone de cliquetis grâce à la forme de l’indicateur.According to a second implementation, an ignition advance value can be defined beforehand for each operating point (speed, torque) of the internal combustion engine by means of a map. When knocking is determined by the previous steps, the spark advance value can be decreased. Then, when the knocking disappears, the value of the ignition advance can be gradually increased towards the value defined in the map, without exceeding this value. For this type of control, the invention makes it possible to define an ignition advance value closer to the knocking zone, with less safety margin, since the invention makes it possible to better define the knocking zone thanks to to the shape of the indicator.
D’autres contrôles peuvent être envisagés.Other controls may be considered.
5/Calibration du moteur à combustion interne 5/ Calibration of the internal combustion engine
Lors de cette étape facultative, on peut déterminer l’indicateur de cliquetis sur un banc moteur en laboratoire, au moyen d’une plateforme d’analyse de la combustion, dans le but de connaître le fonctionnement du moteur à combustion interne. La plateforme d’analyse de la combustion comporte des moyens informatiques de collecte et de traitement du signal de mesure de la pression.During this optional step, the knock indicator can be determined on an engine bench in the laboratory, using a combustion analysis platform, in order to know the operation of the internal combustion engine. The combustion analysis platform includes IT resources for collecting and processing the pressure measurement signal.
Ensuite, on peut calibrer le moteur à combustion interne en fonction de l’indicateur de cliquetis déterminé à l’étape 3, de manière à ajuster les réglages du moteur à combustion interne permettant de réduire le cliquetis tout en garantissant de bonnes performances du moteur à combustion interne. En effet, l’indicateur selon l’invention permet de réduire la marge de sécurité et d’obtenir des gains de consommation du moteur à combustion interne et de réduire les risques de températures d’échappement élevées.Then, the internal combustion engine can be calibrated according to the knock indicator determined in step 3, so as to adjust the settings of the internal combustion engine allowing the knock to be reduced while guaranteeing good performance of the engine at internal combustion. Indeed, the indicator according to the invention makes it possible to reduce the safety margin and to obtain gains in consumption of the internal combustion engine and to reduce the risks of high exhaust temperatures.
De plus, l’invention concerne un système de commande d’un moteur à combustion interne apte à mettre en œuvre les étapes 2 à 3 du procédé selon l’une quelconque des variantes ou l’une quelconque des combinaisons de variantes décrites ci-dessus, afin de contrôler le moteur à combustion interne en limitant le cliquetis.Furthermore, the invention relates to a system for controlling an internal combustion engine capable of implementing steps 2 to 3 of the method according to any one of the variants or any one of the combinations of variants described above. , in order to control the internal combustion engine by limiting knocking.
En particulier, le système de commande peut comprendre :In particular, the control system may include:
- un capteur accélérométrique,an accelerometer sensor,
- des moyens de calcul pour exécuter un réseau de neurones convolutif, à partir d'un signal accélérométrique ;computing means for executing a convolutional neural network, from an accelerometric signal;
- une mémoire pour les paramètres du réseau de neurones convolutif et le signal de mesure d'accélération,a memory for the parameters of the convolutional neural network and the acceleration measurement signal,
- des moyens de commande d’au moins un actionneur du moteur à combustion interne.means for controlling at least one actuator of the internal combustion engine.
Les moyens de calcul, la mémoire, et les moyens de commande peuvent être intégrés au sein d’un calculateur embarqué d’un véhicule.The calculation means, the memory, and the control means can be integrated within an on-board computer of a vehicle.
L’invention concerne également un moteur à combustion interne, notamment à allumage commandé, qui comprend un tel système de commande.The invention also relates to an internal combustion engine, in particular spark ignition, which comprises such a control system.
En outre, l’invention concerne un produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur (calculateur embarqué) et/ou exécutable par un processeur. Ce programme comprend des instructions de code de programme pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit ci-dessus, notamment des étapes 1.2/ et 3/ décrites ci-dessus, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur ou un calculateur/contrôleur.Furthermore, the invention relates to a computer program product downloadable from a communication network and/or recorded on a computer-readable medium (on-board computer) and/or executable by a processor. This program comprises program code instructions for implementing the method as described above, in particular steps 1.2/ and 3/ described above, when the program is executed on a computer or a computer/controller.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus mais englobe toutes variantes et tous équivalents.The present invention is not limited to the embodiments described above but encompasses all variants and all equivalents.
Les caractéristiques et avantages du procédé selon l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de l’exemple d'application ci-après.The characteristics and advantages of the method according to the invention will appear more clearly on reading the application example below.
Pour cet exemple d'application, on considère un moteur 4 temps à 3 cylindres avec un allumage selon la séquence cylindre 1 - cylindre 3 - cylindre 2 décrite ci-dessus.For this application example, a 3-cylinder 4-stroke engine is considered with ignition according to the cylinder 1-cylinder 3-cylinder 2 sequence described above.
Afin de couvrir une grande variété de conditions opératoires, notamment pour couvrir des phénomènes de cliquetis absent, naissant ou épisodique ou bien fort et répété, on définit 13 points de fonctionnement et, en moyenne, 9 valeurs d'avance à l'allumage AVA par point de fonctionnement conduisant à 116 triplets (régime, charge, AVA). Par ailleurs, pour chaque triplet, on enregistre 423 cycles de combustion pour le cylindre 1. Ainsi, au total, 49068 cycles moteur sont exploités. La répartition de ces conditions opératoires est illustrée en
On détermine ensuite un indicateur de cliquetis pour chacun des 49068 mesures de pression au moyen de la variante principale de l'invention décrite ci-dessus, mettant en œuvre la méthode TDA et en utilisant l'indicateur de type TDAcrete défini ci-dessus. A l'issue de cette étape, on obtient, par correspondance, une valeur d'indicateur de cliquetis pour chaque mesure de l'accélération. On obtient donc une base d'apprentissage comprenant 49068 données sous la forme de couples signal d'accélération-valeur de l'indicateur de type TDAcrete.A knock indicator is then determined for each of the 49068 pressure measurements by means of the main variant of the invention described above, implementing the TDA method and using the TDAcrete type indicator defined above. At the end of this step, a knock indicator value is obtained, by correspondence, for each measurement of the acceleration. A learning base comprising 49068 data in the form of acceleration signal-value pairs of the TDAcrete type indicator is therefore obtained.
On réalise ensuite un tirage aléatoire parmi les 49068 données disponibles de manière à constituer les trois sous-ensembles suivants : une base d'entrainement (notée BE par la suite) comportant 41268 données, une base de validation comportant 3900 données (notée BV par la suite), et une base de test (notée BT par la suite) comportant 3900 données.A random draw is then carried out among the 49068 data available so as to constitute the following three subsets: a training base (denoted BE hereafter) comprising 41268 data, a validation base comprising 3900 data (denoted BV by the suite), and a test database (denoted BT thereafter) containing 3900 data.
A titre d'illustration, les valeurs de l'indicateur de type TDAcrete ainsi déterminées sont illustrées dans la
On entraine ensuite, au moyen de cette base d'apprentissage, un réseau de neurones convolutif constitué de 7 couches dont 3 couches convolutives, selon la conception particulière décrite ci-dessus. Au total, le nombre de paramètres du réseau de neurones à déterminer est de 20833, répartis de la façon suivante : 224 paramètres pour la première couches convolutive, 10304 pour la deuxième couche convolutive, 10272 pour la troisième couche convolutive, et 33 paramètres pour la couche dense. A noter que des essais supplémentaires ont montré qu'un nombre plus élevé de couches convolutives ou un autre type de fonction d’activation n'amélioraient pas la précision du modèle. A l'issue de l'entrainement, on obtient un modèle représentatif de l'indicateur de cliquetis (ici l'indicateur de type TDAcrete) en fonction de l'accélération pour le moteur considéré.Then, by means of this learning base, a convolutional neural network consisting of 7 layers including 3 convolutional layers is trained, according to the particular design described above. In total, the number of neural network parameters to be determined is 20833, distributed as follows: 224 parameters for the first convolutional layer, 10304 for the second convolutional layer, 10272 for the third convolutional layer, and 33 parameters for the dense layer. Note that additional tests showed that a higher number of convolutional layers or another type of activation function did not improve the accuracy of the model. At the end of the training, a representative model of the knock indicator (here the TDAcrete type indicator) is obtained as a function of the acceleration for the engine considered.
On utilise ensuite ce modèle pour déterminer un indicateur de cliquetis, en temps réel, en fonction de la mesure de l'accélération réalisée en temps réel par le capteur accélérométrique équipant le moteur considéré.This model is then used to determine a knock indicator, in real time, as a function of the measurement of the acceleration carried out in real time by the accelerometric sensor fitted to the engine in question.
A titre illustratif, on compare l'indicateur de cliquetis déterminé par le procédé selon l'invention utilisant la mesure d’accélération (noté TDAcrete-A par la suite) avec un indicateur de cliquetis de type TDAcrete déterminé par analyse du signal de pression (noté TDAcrete-P par la suite), et un indicateur de cliquetis de type MAPO (quantificateur local) déterminé selon les principes décrits dans le document (Naber et al., 2006) appliqué à des signaux accélérométriques filtrés et rectifiés. On considère que ce quantificateur de type MAPO (noté MAPO-A par la suite) constitue l’état de l’art antérieur pour le traitement du signal accélérométrique permettant de quantifier l’intensité du cliquetis.By way of illustration, the knock indicator determined by the method according to the invention using the acceleration measurement (denoted TDAcrete-A hereafter) is compared with a knock indicator of the TDAcrete type determined by analysis of the pressure signal ( denoted TDAcrete-P thereafter), and a knock indicator of the MAPO type (local quantifier) determined according to the principles described in the document (Naber et al., 2006) applied to filtered and rectified accelerometric signals. It is considered that this MAPO type quantizer (denoted MAPO-A hereafter) constitutes the state of the prior art for the processing of the accelerometric signal making it possible to quantify the intensity of knocking.
Ainsi, la
Ainsi le procédé selon l'invention permet, une fois un modèle de cliquetis déterminé, de détecter et quantifier le cliquetis d'un moteur à combustion interne de manière précise, à partir d'une mesure réalisée par un accéléromètre. Cette conception est particulièrement avantageuse car un capteur accélérométrique est classiquement présent sur les moteurs de série. De plus, un tel indicateur est indépendant du régime et de la charge du moteur à combustion interne, ce qui permet une estimation de l'intensité du cliquetis non biaisée. L’utilisation d’un tel indicateur permet de réduire le risque d’endommagement du cylindre, mais également de réduire la consommation du moteur à combustion interne et de réduire les risques de températures d’échappement élevées.Thus the method according to the invention makes it possible, once a knock model has been determined, to detect and quantify the knock of an internal combustion engine in a precise manner, from a measurement taken by an accelerometer. This design is particularly advantageous because an accelerometer sensor is conventionally present on series engines. In addition, such an indicator is independent of the speed and load of the internal combustion engine, which allows an unbiased estimation of knock intensity. The use of such an indicator makes it possible to reduce the risk of damage to the cylinder, but also to reduce the consumption of the internal combustion engine and reduce the risk of high exhaust temperatures.
Claims (11)
a) on construit (MOD) un modèle d'un indicateur dudit cliquetis en fonction d'une accélération dudit moteur en entrainant un réseau de neurones convolutif sur une base d'apprentissage, ladite base d'apprentissage étant construite au moyen dudit moteur à combustion interne comportant en outre un capteur de pression dans au moins un cylindre, ou d'un moteur à combustion interne représentatif dudit moteur comprenant en outre un capteur de pression dans au moins un cylindre, et selon au moins les étapes suivantes :
- pour au moins un point de fonctionnement du moteur à combustion interne, on définit une pluralité de valeurs d'avance à l'allumage dudit moteur ou dudit moteur représentatif dudit moteur, et on mesure simultanément un signal d'accélération au moyen dudit capteur accélérométrique et un signal de pression au moyen dudit capteur de pression pour au moins un cycle de chaque valeur d'avance à l'allumage de chaque point de fonctionnement ;
- pour chaque cycle de chaque valeur d'avance à l'allumage de chaque point de fonctionnement, on détermine une valeur dudit indicateur de cliquetis à partir dudit signal de pression, et on constitue ladite base d'apprentissage en associant ladite valeur dudit indicateur de cliquetis audit signal d'accélération mesuré simultanément avec ledit signal de pression pour chaque cycle de chaque valeur d'avance à l'allumage de chaque point de fonctionnement ;
et en ce que :
b) on mesure (MES) un signal d'accélération dudit moteur au moyen dudit capteur accélérométrique ;
c) on détermine (IND) ledit indicateur de cliquetis à partir dudit signal d'accélération dudit moteur et au moyen dudit modèle d'un indicateur de cliquetis en fonction d'une accélération dudit moteur.Method for determining a combustion knock indicator in at least one cylinder of an internal combustion engine, in particular with controlled ignition, said engine being provided with at least one accelerometric sensor, characterized in that said method comprises at minus the following steps:
a) a model of an indicator of said knocking is constructed (MOD) as a function of an acceleration of said engine by training a convolutional neural network on a learning base, said learning base being constructed by means of said combustion engine internal combustion engine further comprising a pressure sensor in at least one cylinder, or of an internal combustion engine representative of said engine further comprising a pressure sensor in at least one cylinder, and according to at least the following steps:
- for at least one operating point of the internal combustion engine, a plurality of ignition advance values of said engine or of said engine representative of said engine are defined, and an acceleration signal is simultaneously measured by means of said accelerometric sensor and a pressure signal by means of said pressure sensor for at least one cycle of each ignition advance value of each operating point;
- for each cycle of each ignition advance value of each operating point, a value of said knock indicator is determined from said pressure signal, and said learning base is constituted by associating said value of said knock indicator knocking said measured acceleration signal simultaneously with said pressure signal for each cycle of each spark advance value of each operating point;
and in that :
b) an acceleration signal of said motor is measured (MES) by means of said accelerometer sensor;
c) said knock indicator is determined (IND) from said acceleration signal of said engine and by means of said model of a knock indicator as a function of an acceleration of said engine.
i) On détermine au moins un extremum local dudit signal de pression dans un intervalle calé autour du pic maximal de ladite pression mesurée, ledit pic maximal étant déterminé parmi ledit au moins extremum local ; et
ii) On détermine ledit indicateur de cliquetis en tant qu’au moins un descripteur dudit au moins un extremum local.Method for determining a knock indicator according to claim 1, in which, in step a), a knock indicator is determined from said pressure signal in the following way:
i) determining at least one local extremum of said pressure signal in an interval calibrated around the maximum peak of said measured pressure, said maximum peak being determined from among said at least local extremum; And
ii) Said knock indicator is determined as at least one descriptor of said at least one local extremum.
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