WO2014044353A1 - Procédé d'estimation du régime d'un moteur dans une position prédéterminée - Google Patents

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    • F02N2300/2006—Control related aspects of engine starting characterised by the control method using prediction of future conditions

Definitions

  • the present invention relates to a method for estimating the speed of a motor in a predetermined position and more particularly to determine in advance a risk of reversal of the direction of rotation of said motor.
  • the invention generally relates to internal combustion engines and more particularly engines of this type for motor vehicles.
  • An internal combustion engine whether it is a spark ignition engine (Otto engine) or a compression ignition engine (diesel engine), generally rotates in the same direction of rotation. However, when the engine stops, before reaching its off position, the engine rotates in one direction and then the other in a swinging motion around its off position.
  • spark ignition engine OEM engine
  • compression ignition engine diesel engine
  • flywheel consisting of two masses connected together by springs to improve driving comfort.
  • Such flywheel is called double flywheel damper (DVA), or double mass flywheel or flywheel dual mass.
  • DVA double flywheel damper
  • a mass of such a flywheel is connected to the crankshaft, and thus to the pistons, and the other to the transmission (for example shaft gearbox primary), and thus to the vehicle. It is then necessary to avoid overloading the springs lying between the two masses to limit the mechanical stresses on them. It is thus preferable to avoid all cases where the two masses of the flywheel have opposite directions of rotation.
  • the adverse cases identified are the cases where the engine stalls.
  • the engine may be rotated in the opposite direction as the vehicle moves forward. In such a case, it should be avoided that large forces are exerted on the pistons.
  • Document EP 1 462 638 relates to a method and a device for determining the evolution of a motor parameter, in particular the motor speed of the motor, by interpolation of a polynomial on a mobile window of size w, where w is the number of measurement data obtained in the window. This document therefore defines estimated values within the measurement window w.
  • the problem at the origin of the present invention is to avoid having a combustion which would drive the motor in its opposite direction of rotation in order to limit the stresses between the masses of a flywheel of mass mass.
  • the original idea of the inventors is then to predict the speed of rotation of the motor at a predetermined position thereof. Indeed, in this way, it is possible to anticipate a possible engine stall.
  • the prediction of the speed of rotation of the engine at a given position thereof, particularly at low speed could also be useful when starting the engine, to save money. example the starter and stop it as soon as the speed conditions are met to allow the engine to run in good conditions.
  • the prediction of the speed of rotation can also be used for the adjustment of the choke and act on the richness of the mixture of the combustion chambers.
  • This speed prediction can also be envisaged in a vehicle comprising both an internal combustion engine and an electric motor, commonly called a hybrid vehicle, to anticipate stalling of the internal combustion engine and starting of the electric motor (with conditions ).
  • the present invention thus aims to provide means for determining in advance a rotational speed of a motor, in a predefined position thereof.
  • the invention can be used, for example, to predict an inversion of the direction of rotation of the motor and thus to avoid making a combustion which would cause the motor in its opposite direction of rotation. It can also be used for engine management in other applications, for example for low speed engine management.
  • the present invention proposes in a novel way a method for estimating the engine speed of an internal combustion engine at a predefined position thereof, said engine comprising:
  • engine management means comprising means for determining the angular position of the crankshaft, also called angular position of the engine, and a clock for determining the time interval between two successive passes of a tooth in front of the sensor; .
  • said method comprises the following steps:
  • the method defined here makes it possible to determine in advance a motor speed at an angular position of the engine to come. This estimate is valid in an interval in which the velocity increases or in an interval in which the velocity decreases.
  • the estimate that is made is a function whose variable is the angular position of the motor (and not a temporal variable). This makes it possible to simplify the calculations and therefore to limit the load of the microprocessor in charge of them.
  • the chosen points are any points of the curve. However, they are preferably, on the one hand, close enough to each other and, on the other hand, not too far from the point for which the speed estimate must be made.
  • the first measurement point and the second measurement point are measurement points corresponding to measurements of the sensor for two successive teeth.
  • the approximation of the speed of rotation with respect to the angular position is determined as being the degree-two curve passing through the two measuring points and having a velocity gradient variation defined from the measured velocity gradient.
  • the polynomial estimate is calculated by considering that the variation of the velocity gradient is a constant corresponding to the variation of the velocity gradient between, on the one hand, the velocity gradient resulting from the first one. measuring point and the second measurement point and, on the other hand, the distinct velocity gradient determined.
  • This velocity gradient variation is made with measuring points of which at least one is distinct from the first measurement point and the second measurement point.
  • the measurement points used for this speed gradient variation may correspond to signals supplied by the sensor for two neighboring teeth but also for two more or less distant teeth.
  • the present invention also proposes a method for predicting a reverse rotation of an engine, characterized in that it comprises the following steps:
  • the engine speed is for example estimated close to a top dead center of the engine, that is to say within 10 ° of this top dead center, and preferably to said top dead center of the engine.
  • the predetermined threshold is then for example between 240 and 360 rpm (or between 8 ⁇ and 12 ⁇ rad / s).
  • the present invention also relates to a method for managing an engine, comprising the following steps:
  • the engine management device will act on the fuel injection means so that the next injection (or a succession of injections in a very short interval) does not take place in the case of a diesel type engine and for a spark ignition engine (type Otto), it will act on the fuel injection and / or ignition of the engine.
  • a method of managing an engine may also include the following step:
  • the present invention also relates to a device for managing an engine, characterized in that it comprises means for implementing each of the steps of a method as described above.
  • FIG. 1 is a graph illustrating the speed of rotation of an engine with respect to time when stalling
  • FIG. 2 is another representation of the speed of the motor relative to its angular position during a stall of the four-cylinder engine, the abscissae of the curve being represented modulo 180 °, and
  • Figure 3 is a graph such as that of Figure 2 and illustrates various embodiments of the present invention.
  • the present disclosure relates to an internal combustion engine of the Diesel type or of the type with controlled ignition (Otto type).
  • a motor comprises a motor unit, in which cylinders are machined, closed at one end by a cylinder head.
  • cylinders are machined, closed at one end by a cylinder head.
  • pistons connected via a connecting rod to a crankshaft.
  • An inertia flywheel is mounted at one end of the crankshaft.
  • the position of the crankshaft determines the position of the engine, that is to say that when this position is known, we know the position of all the pistons in the corresponding cylinders and the position of many other mechanical parts of the engine.
  • the crankshaft having only one degree of freedom in rotation the position of the engine is then determined by an angular value, called the (angular) position of the engine.
  • the engine considered operates according to a four-stroke cycle.
  • the position of the motor can be defined modulo 720 °, that is to say two complete revolutions of 360 °.
  • the crankshaft with a target having teeth regularly distributed at an angular periodicity P, a starting point being defined by a long tooth, corresponding for example to two teeth and to the interval between them, or by the absence of one or two teeth.
  • a position sensor is associated with the target and counts the teeth that pass in front of it. The passage time between two successive teeth is also measured using the sensor and a built-in clock in an electronic engine management system. It is assumed later that the number of teeth N corresponds to 360 / P. Thus for teeth regularly distributed with an angular pitch of 6 °, we will consider that we have 60 teeth and we will not take into account the singularity defining the point of origin.
  • the present invention is more particularly intended to be implemented with motors having a double mass flywheel.
  • a flywheel has two masses connected to one another by springs. One mass is integral with the crankshaft and the other is secured to a transmission that transmits to the wheels, said drive wheels, the vehicle energy produced in the engine.
  • the invention can, however, also be implemented with a "conventional" flywheel having a single rotating mass and associated with a clutch.
  • FIG. 1 illustrates the speed of rotation V of an engine, expressed in revolutions per minute (rpm), as a function of time t (in seconds “s” or milliseconds “ms”) just before the engine stalls.
  • the curve shown is in the form of slots because the measuring points are discrete.
  • the abscissa is given directly by the position sensor while the speed is obtained by measuring the time between two passes of teeth in front of this sensor.
  • the pitch between two teeth being constant, the speed is inversely proportional to the time which separates the detection of two successive teeth.
  • Figure 2 illustrates in another way the speed variation when the engine considered stalls.
  • This is a four-cylinder engine for which combustion occurs every 180 °.
  • This type of motor has been chosen arbitrarily for purely illustrative and non-limiting purposes and it will be apparent to those skilled in the art that the invention also applies to engines with a different number of cylinders.
  • an angular range of 0 ° to 180 ° In the case of a four-cylinder engine, at 180 ° two pistons arrive at their top dead center, for one at the end of exhaust of the corresponding combustion chamber and for the other at the end of compression of the air (Diesel engine) or gas mixture (Otto engine) in the corresponding combustion chamber.
  • the piston at the end of the compression phase does not reach its top dead center and the compressed fluid in the corresponding chamber pushes it back.
  • the piston then drives the crankshaft backwards.
  • the engine management device does not know that the piston starts back driving with the crankshaft in reverse rotation, it will control a fuel injection and / or ignition as if the engine continued to rotate in its normal direction of rotation .
  • the compression in the corresponding combustion chamber is sufficient, combustion will take place and will cause the motor in its opposite direction of rotation. This combustion generates stresses in the engine that are important and can be harmful, especially for a dual-mass flywheel.
  • the present invention proposes in an original way to determine in advance the speed of rotation of an engine.
  • This predetermination of the rotational speed of the engine could also find applications in the injection management and / or ignition for example when starting the engine or more generally at low speed.
  • the idea behind the present invention is, from velocities and variations of velocities, to determine at a point B a projection of the rotational speed for an angular position to come, for example at next top dead spot or close to it.
  • the rotation speed V of the engine is not determined according to a time variable but according to the angular position A of the engine.
  • the rotational speed V is approximated by a second order polynomial function with respect to the angular position A of the motor.
  • V '(A) a A + b where b is a real constant.
  • V (A) 1 ⁇ 2 to A 2 + b A + c
  • a first possibility is to take the last three measurements and to determine the degree two curve passing through these three points.
  • the results obtained with real measurements do not allow a good and robust prediction and this possibility was not retained.
  • the last measurement point to take account of the last speed measured the penultimate measurement point to take account of the last velocity gradient
  • V (A n ) 1 ⁇ 2 to A n 2 + b A n + c
  • V (A n-1 ) 1 ⁇ 2 to A n-1 2 + b A n-1 + c
  • the velocity gradient calculated from two successive measurement points corresponds to the (approximate) velocity gradient at the midpoint between the two measurement points considered.
  • V (A n ) this velocity gradient. So :
  • V '(A n ) [V (A n ) - V (A n-1 )] / (A n - A n- i)
  • V '(A n ) [V (An) - V (A n -i)] / P
  • V "(A n ) [V (A n ) - V '(A n -i)] / P: as it follows from the above, this is the constant a (see equation 2 above).
  • V "(A n ) has been carried out here on three successive measuring points (n-2), (n-1) and n, the first two points being used for the calculation of V '(A n-1 ) and the last two for the calculation of V' (A n ).
  • V "(A n ) is the variation of the velocity gradient between a point (nf) and the point n.
  • V "(A n ) [V (A n ) - V (A nf )] / P xf
  • V (A n ) - V (A n-1 ) [1 ⁇ 2 a A n 2 + b A n + c] - [1 ⁇ 2 a A n-1 2 + b A n-1 + c]
  • V (A n ) - V (A n-1 ) 1 ⁇ 2 a (A n 2 - A n-1 2 ) + b (A n - A n-1 )
  • V (A) V (A n ) + [(V (A n ) -V (A n-1 )) (A - A n ) / P]
  • Figure 3 is an illustration of curves obtained with different values of "f".
  • the curve in solid line corresponds to the speed of the motor according to its angular position modulo 180 °.
  • the dotted line curves show velocity estimation curves with different values of f. Note in this figure that the velocity estimated by the polynomial function is overestimated. Note also that when the engine is not stalling (two higher estimates), the curves corresponding to the estimated speed are very close to the measured speed curve (solid line) whereas when the engine is stalling and turning in the opposite direction ( third game curves in dotted lines, below the first two) the speed estimate is further from the measured curve.
  • the engine rotational speed estimate is used here to try to predict whether the engine pistons have enough kinetic energy to pass the next top dead center. It should be noted here, as is apparent for example from Figure 3, that the rotational speed of the engine is not minimal at top dead center but a little after this position.
  • the calculation will have to be done shortly before reaching the top dead center.
  • the estimated speed (calculated) is compared to the threshold S. If the estimate is below the threshold, the risk of having a reverse rotation is very large.
  • the invention proposes in this case to inhibit the fuel injection and / or the next ignition control which is programmed for the combustion chamber in which a gaseous mixture is compressed.
  • the engine management system controls under certain conditions the calculation of the top dead center speed. Triggering of the calculation can be provided in the lower layers, also commonly known by the acronym BSW for Basic
  • the pitch P is a constant for each motor.
  • the simplified formula 10 is in turn memorized and executed by an application software (also known by the acronym ASW for Applicative Software).
  • ASW Applicative Software
  • the present invention is original in many ways. First, she proposes to predict a rotation speed. This makes it possible to anticipate a possible reverse rotation of the motor. In the known state of the art, the reverse rotation is generally detected more or less early but not anticipated as described above. Then, to predict the speed of rotation, it is chosen to express this speed with respect to the angular position of the engine (and not with respect to a time variable). This facilitates calculations and limits the computing load of the corresponding processor. Finally, the choice of approaching the velocity curve by a polynomial function of degree two and the manner of determining the corresponding constants taking into account the velocity gradient and its variation is also original.
  • the present invention makes it possible to determine well in advance a possible rear rotation of the engine.
  • An empirical rule provides that when a passage of teeth is at least 1, 3 times longer than the previous passage, then a rearward rotation is to be expected.
  • the invention makes it possible to know well before the application of this rule of thumb whether a rearward rotation is to be expected.

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Abstract

Ce procédé comporte les étapes suivantes : - détermination de la position angulaire et de la vitesse de rotation pour un premier point de mesure et un second point de mesure d'un capteur de position moteur, - détermination d'au moins un gradient de la vitesse de rotation distinct du gradient de vitesse entre les deux points de mesure de l'étape précédente, - approximation de la courbe réelle de vitesse de rotation par rapport à la position angulaire par une fonction polynomiale de degré deux, et - calcul de détermination par avance d'une vitesse de rotation estimée à la position prédéfinie, cette dernière définissant une position angulaire à venir du vilebrequin, par application de la fonction polynomiale à ladite position prédéfinie future. Application à la prédiction de l'inversion de rotation du moteur.

Description

Procédé d'estimation du régime d'un moteur dans une position prédéterminée
La présente invention concerne un procédé d'estimation du régime d'un moteur dans une position prédéterminée et plus particulièrement en vue de déterminer à l'avance un risque d'inversion du sens de rotation dudit moteur.
L'invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne et plus particulièrement les moteurs de ce type pour véhicules automobiles.
Un moteur à combustion interne, qu'il s'agisse d'un moteur à allumage commandé (moteur Otto) ou d'un moteur à allumage par compression (moteur Diesel), tourne généralement dans un même sens de rotation. Toutefois, lorsque le moteur s'arrête, avant d'atteindre sa position d'arrêt, le moteur tourne dans un sens puis dans l'autre dans un mouvement d'oscillation autour de sa position d'arrêt.
Depuis le développement de systèmes appelés couramment "stop and start", on s'intéresse à la détection du sens de rotation inverse d'un moteur. En effet, il est important de connaître la position du moteur arrêté afin de pouvoir le démarrer plus rapidement. Le document WO 2007/028584 concerne ainsi un procédé de détermination de l'inversion du sens de rotation du moteur. Dans ce document, il convient d'essayer de déterminer au mieux le moment où le moteur a commencé à tourner en sens inverse afin de mieux pouvoir estimer sa position à l'arrêt.
Dans le cas d'un arrêt commandé par le conducteur, l'injection de carburant dans le moteur est alors stoppée et le moteur s'arrête rapidement.
II existe cependant des cas où l'inversion du sens de rotation du moteur n'est pas prévue et il peut alors arriver qu'un piston dudit moteur arrive juste avant son point mort haut ou à proximité de celui-ci et que du carburant soit alors injecté dans la chambre de combustion correspondante (et/ou qu'un allumage soit commandé). Dans ce cas, une combustion se produit et entraine le piston, et donc le moteur, dans le sens inverse de rotation.
Alors que dans le cas où le moteur tourne en sens inverse lors d'un arrêt commandé par le conducteur les forces exercées sur les pistons sont faibles, ces forces sont importantes dans le cas où une combustion entraine le moteur dans le sens de rotation inverse. Dans ce dernier cas, ces forces importantes peuvent causer des dommages au moteur.
En effet, la plupart des moteurs modernes, aussi bien les moteurs de type Diesel que les moteurs à allumage commandé, comportent un volant d'inertie constitué de deux masses reliées entre elles par des ressorts afin d'améliorer le confort de conduite. Un tel volant d'inertie est appelé Double Volant Amortisseur (DVA), ou volant d'inertie double masse ou encore volant d'inertie bi-masse. Une masse d'un tel volant d'inertie est reliée au vilebrequin, et donc aux pistons, et l'autre à la transmission (par exemple arbre primaire de boîte de vitesses), et donc au véhicule. Il faut alors éviter de trop solliciter les ressorts se trouvant entre les deux masses pour limiter les contraintes mécaniques sur ceux-ci. Il est ainsi préférable d'éviter tous les cas où les deux masses du volant d'inertie ont des sens de rotation inverses.
Les cas défavorables identifiés sont les cas où le moteur cale. Le moteur peut être amené à tourner dans le sens inverse alors que le véhicule avance. Il convient alors d'éviter dans un tel cas que des forces importantes s'exercent sur les pistons.
Toutes ces contraintes qui peuvent s'exercer entre les masses d'un volant d'inertie bi-masse ont amené les constructeurs automobiles à rendre la structure de ce type de volant d'inertie plus robuste, entraînant de ce fait un surcoût non négligeable pour une efficacité limitée.
On connaît le document EP 1 462 638 qui se rapporte à un procédé et à un dispositif pour déterminer l'évolution d'un paramètre moteur, notamment le régime moteur du moteur, par interpolation d'un polynôme sur une fenêtre mobile de taille w, où w est le nombre de données de mesure obtenues dans la fenêtre. Ce document définit donc des valeurs estimées à l'intérieur de la fenêtre w de mesure.
Le problème à l'origine de la présente invention est d'éviter d'avoir une combustion qui entraînerait le moteur dans son sens inverse de rotation afin de limiter les contraintes entre les masses d'un volant d'inertie bi-masse. L'idée originale des inventeurs est alors de prédire la vitesse de rotation du moteur à une position prédéterminée de celui-ci. En effet, de cette manière, il est possible d'anticiper un éventuel calage du moteur.
À partir de la problématique du calage du moteur, il est apparu que la prédiction de la vitesse de rotation du moteur en une position donnée de celui-ci, notamment à bas régime, pouvait également être utile lors du démarrage du moteur, pour économiser par exemple le démarreur et l'arrêter dès que les conditions de vitesse sont remplies pour permettre au moteur de tourner dans de bonnes conditions. Lors du démarrage, la prédiction de la vitesse de rotation peut aussi servir pour le réglage du starter et agir sur la richesse du mélange des chambres de combustion.
Cette prédiction de vitesse peut aussi être envisagée dans un véhicule comportant à la fois un moteur à combustion interne et un moteur électrique, appelé couramment véhicule hybride, pour anticiper un calage du moteur à combustion interne et une mise en marche du moteur électrique (sous conditions).
La présente invention a ainsi pour but de fournir des moyens permettant de déterminer par avance une vitesse de rotation d'un moteur, dans une position prédéfinie de celui-ci. Ainsi, l'invention peut être utilisée alors par exemple pour prédire une inversion de sens de rotation du moteur et ainsi éviter de réaliser une combustion qui entraînerait le moteur dans son sens de rotation inverse. Elle peut aussi être utilisée pour la gestion du moteur dans d'autres applications, par exemple pour la gestion du moteur à faible régime.
À cet effet, la présente invention propose de manière originale un procédé d'estimation du régime moteur d'un moteur à combustion interne à une position prédéfinie de celui-ci, ledit moteur comportant :
- une cible munie de dents et associée à un vilebrequin,
- un capteur coopérant avec les dents, et
- des moyens de gestion du moteur comportant des moyens de détermination de la position angulaire du vilebrequin, appelée également position angulaire du moteur, ainsi qu'une horloge permettant de déterminer l'intervalle de temps entre deux passages successifs d'une dent devant le capteur.
Selon la présente invention, ledit procédé comporte les étapes suivantes :
- détermination de la position angulaire et de la vitesse de rotation pour un premier point de mesure et un second point de mesure du capteur,
- détermination d'au moins un gradient de la vitesse de rotation distinct du gradient de vitesse entre les deux points de mesure de l'étape précédente,
- approximation de la courbe réelle de vitesse de rotation par rapport à la position angulaire par une fonction polynomiale de degré deux, et
- calcul de détermination par avance d'une vitesse de rotation estimée à la position prédéfinie, cette dernière définissant une position angulaire à venir du vilebrequin, par application de la fonction polynomiale à ladite position prédéfinie future.
Le procédé défini ici permet de déterminer par avance un régime moteur à une position angulaire du moteur à venir. Cette estimation est valable dans un intervalle dans lequel la vitesse croît ou bien dans un intervalle dans lequel la vitesse décroît.
De manière originale, l'estimation qui est faite est une fonction ayant pour variable la position angulaire du moteur (et non pas une variable temporelle). Ceci permet de simplifier les calculs et donc de limiter la charge du microprocesseur en charge de ceux-ci.
Les points choisis sont des points quelconques de la courbe. Ils sont toutefois de préférence, d'une part, assez proche l'un de l'autre et, d'autre part, pas trop éloignés du point pour lequel l'estimation de vitesse doit être réalisée.
Dans un tel procédé, pour tenir compte du dernier gradient de vitesse, le premier point de mesure et le second point de mesure sont des points de mesure correspondant à des mesures du capteur pour deux dents successives.
Avantageusement, pour tenir compte de la variation du gradient de vitesse, l'approximation de la vitesse de rotation par rapport à la position angulaire est déterminée comme étant la courbe de degré deux passant par les deux points de mesure et présentant une variation de gradient de vitesse définie à partir du gradient de vitesse mesuré. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir que l'estimation polynomiale est calculée en considérant que la variation de gradient de vitesse est une constante correspondant à la variation du gradient de vitesse entre, d'une part, le gradient de vitesse résultant du premier point de mesure et du second point de mesure et, d'autre part, le gradient de vitesse distinct déterminé. En adaptant l'endroit de la courbe où le gradient de vitesse est déterminé (celui distinct du gradient de vitesse entre le premier point de mesure et le second point de mesure), on peut choisir de tenir compte soit d'une variation de gradient de vitesse très proche des points de mesure, soit plus éloignée. Cette variation de gradient de vitesse est faite avec des points de mesure dont l'un au moins est distinct du premier point de mesure et du second point de mesure. Les points de mesures utilisés pour cette variation de gradient de vitesse peuvent correspondre à des signaux fournis par le capteur pour deux dents voisines mais aussi pour deux dents plus ou moins éloignées.
La présente invention propose également un procédé de prédiction d'une rotation inverse d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- estimation du régime moteur à une position angulaire prédéterminée comme proposé ci-dessus,
- comparaison du régime moteur à un seuil prédéterminé en fonction de la position angulaire à laquelle la vitesse angulaire a été estimée, et
- prédiction d'une rotation inverse dans le cas où la vitesse estimée est inférieure au seuil prédéterminé.
Dans ce procédé, le régime moteur est par exemple estimé à proximité d'un point mort haut du moteur, c'est-à-dire à moins de 10° de ce point mort haut, et de préférence audit point mort haut du moteur. Le seuil prédéterminé est alors par exemple compris entre 240 et 360 tr/min (soit entre 8 π et 12 π rad/s).
La présente invention concerne également un procédé de gestion d'un moteur, comportant les étapes suivantes :
- prédiction d'une rotation inverse d'un moteur comme proposé ci-dessus, - dans le cas où à la fois une rotation inverse est prévue et un dispositif de starter n'est pas actif dans le moteur, alors la combustion suivante est inhibée.
Pour inhiber la combustion suivante, le dispositif de gestion du moteur agira sur les moyens d'injection de carburant pour que l'injection suivante (ou une succession d'injections dans un très bref intervalle) n'ait pas lieu dans le cas d'un moteur de type Diesel et pour un moteur à allumage commandé (de type Otto), on agira sur l'injection de carburant et/ou sur l'allumage du moteur. Un tel procédé de gestion d'un moteur peut inclure aussi en outre l'étape suivante :
- détection d'une éventuelle rotation inverse du moteur et si une telle rotation inverse est détectée, le procédé de prédiction est achevé, et dans le cas contraire, il est supposé que le moteur est entraîné en rotation et le procédé de prédiction est poursuivi.
Enfin la présente invention concerne aussi un dispositif de gestion d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en œuvre de chacune des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus.
Des détails et avantages de la présente invention apparaîtront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel :
La figure 1 est un graphique illustrant la vitesse de rotation d'un moteur par rapport au temps lorsqu'il cale,
La figure 2 est une autre représentation de la vitesse du moteur par rapport à sa position angulaire lors d'un calage du moteur à quatre cylindres, les abscisses de la courbe étant représentées modulo 180°, et
La figure 3 est un graphique tel celui de la figure 2 et qui illustre divers modes de mise en œuvre de la présente invention.
La présente description concerne un moteur à combustion interne de type Diesel ou bien de type à allumage commandé (type Otto). De manière classique, un tel moteur comporte un bloc moteur, dans lequel sont usinés des cylindres, fermés à l'une de leur extrémité par une culasse. Dans les cylindres se trouvent des pistons reliés par l'intermédiaire d'une bielle à un vilebrequin. Un volant d'inertie est monté à une extrémité du vilebrequin. La position du vilebrequin détermine la position du moteur, c'est-à-dire que lorsque cette position est connue, on connaît la position de tous les pistons dans les cylindres correspondants ainsi que la position de nombreuses autres pièces mécaniques du moteur. Le vilebrequin ne présentant qu'un degré de liberté en rotation, la position du moteur est alors déterminée par une valeur angulaire, appelée position (angulaire) du moteur, En outre, on supposera dans la suite de la description que le moteur considéré fonctionne selon un cycle à quatre temps. Ainsi pour chaque cylindre, lorsque le vilebrequin tourne sur deux tours, un cycle complet de combustion est réalisé. La position du moteur peut ainsi être définie modulo 720°, soit deux révolutions complètes de 360°.
Pour déterminer la position du moteur, il est habituel de munir le vilebrequin d'une cible comportant des dents régulièrement réparties selon une périodicité angulaire P, un point d'origine étant défini par une dent longue, correspondant par exemple à deux dents et à l'intervalle entre celles-ci, ou par l'absence d'une ou deux dents. Un capteur de position est associé à la cible et compte les dents qui défilent devant lui. Le temps de passage entre deux dents successives est également mesuré à l'aide du capteur et d'une horloge intégré dans un système de gestion électronique du moteur. On suppose par la suite que le nombre de dents N correspond à 360/P. Ainsi pour des dents réparties régulièrement avec un pas angulaire de 6°, on considérera que l'on a 60 dents et l'on ne tiendra donc pas compte de la singularité définissant le point d'origine.
La présente invention est plus particulièrement destinée à être mise en œuvre avec des moteurs présentant un volant d'inertie double masse. Un tel volant d'inertie comporte deux masses reliées l'une à l'autre par des ressorts. Une masse est solidaire du vilebrequin et l'autre est solidaire d'une transmission qui permet de transmettre à des roues, dites roues motrices, du véhicule l'énergie produite dans le moteur. L'invention peut toutefois également être mise en œuvre avec un volant d'inertie "classique", présentant une seule masse tournante et associée à un embrayage.
La figure 1 illustre la vitesse de rotation V d'un moteur, exprimée en tours par minute (tr/min), en fonction du temps t (en secondes "s" ou millisecondes "ms") juste avant que le moteur ne cale.
La courbe représentée est en forme de créneaux car les points de mesure sont discrets. L'abscisse est donnée directement par le capteur de position tandis que la vitesse est obtenue en mesurant le temps séparant deux passages de dents devant ce capteur. Le pas entre deux dents étant constant, la vitesse est inversement proportionnelle au temps qui sépare la détection de deux dents successives.
On remarque sur la figure 1 que la vitesse mesurée devient négative, ce qui signifie que le moteur (le vilebrequin) tourne dans le sens inverse de son sens normal de rotation. Cette vitesse devient négative avant un point mort haut mais cette vitesse négative n'est détectée en réalité qu'après ce point mort haut.
La figure 2 illustre d'une autre manière la variation de vitesse lorsque le moteur considéré cale. Il s'agit ici d'un moteur à quatre cylindres pour lequel une combustion se produit tous les 180°. Ce type de moteur a été choisi arbitrairement à titre purement illustratif et non limitatif et il apparaîtra clairement à l'homme du métier que l'invention s'applique aussi à des moteurs avec un nombre différent de cylindres. Sur cette figure, on a représenté une plage angulaire de 0° à 180°. Dans le cas d'un moteur à quatre cylindres, à 180° deux pistons arrivent à leur point mort haut, pour l'un en fin d'échappement de la chambre de combustion correspondante et pour l'autre en fin de compression de l'air (moteur Diesel) ou du mélange gazeux (moteur Otto) dans la chambre de combustion correspondante. Lorsque le moteur cale, le piston en fin de phase de compression n'arrive pas à son point mort haut et le fluide comprimé dans la chambre correspondante le repousse en arrière. Le piston entraîne alors le vilebrequin en arrière. Si le dispositif de gestion du moteur ne sait pas que le piston repart en arrière entraînant avec lui le vilebrequin en rotation inverse, il va commander une injection de carburant et/ou un allumage comme si le moteur continuait à tourner dans son sens de rotation normal. Si la compression dans la chambre de combustion correspondante est suffisante, une combustion aura lieu et entraînera le moteur dans son sens de rotation inverse. Cette combustion engendre des contraintes dans le moteur qui sont importantes et peuvent être nuisibles, notamment pour un volant d'inertie bi-masse.
La présente invention propose de manière originale de déterminer à l'avance la vitesse de rotation d'un moteur. Ainsi, il est possible d'indiquer par avance au dispositif de gestion du moteur si une rotation inverse du moteur est à prévoir. Cette prédétermination de la vitesse de rotation du moteur pourrait également trouver des applications dans la gestion de l'injection et/ou l'allumage par exemple lors du démarrage du moteur ou plus généralement à bas régime.
Sur la figure 2, l'idée à l'origine de la présente invention est, à partir des vitesses et variations de vitesses, de déterminer en un point B une projection de la vitesse de rotation pour une position angulaire à venir, par exemple au prochain point mort haut ou à proximité de celui-ci.
Dans la suite de la description, il est proposé un calcul pour déterminer la vitesse de rotation du moteur considéré. Comme mentionné, on suppose ici que le moteur est un moteur avec quatre cylindres. Le calcul sera en outre réalisé en fin de phase de compression.
De manière originale, la vitesse de rotation V du moteur n'est pas déterminée en fonction d'une variable temps mais en fonction de la position angulaire A du moteur.
Durant la phase de compression (de 0 à 180° pour un moteur quatre cylindres), le moteur est essentiellement freiné puisque les forces qui s'exercent sur les pistons s'opposent à leur mouvement. Il faut que les pistons aient alors assez d'énergie, et donc une vitesse correspondant à une vitesse de rotation suffisante, pour pouvoir passer le point mort haut suivant.
Il est proposé par la présente invention que la vitesse de rotation V soit approchée par une fonction polynomiale d'ordre deux par rapport à la position angulaire A du moteur.
Dans un tel cas, la variation du gradient de la vitesse de rotation est une constante dans le sens de rotation avant. On a donc :
V"(A) = a
où a est une constante réelle.
En intégrant cette formule par rapport à la position angulaire, on a donc :
V'(A) = a A + b où b est une constante réelle.
En intégrant à nouveau, on obtient :
(1 ) : V(A) = ½ a A2 + b A + c
où c est une constante réelle.
II convient donc de déterminer les constantes a, b et c pour pouvoir déterminer la fonction polynomiale qui permettra d'estimer au mieux et à l'avance la vitesse de rotation du moteur.
Une première possibilité est de prendre les trois dernières mesures effectuées et de déterminer la courbe de degré deux passant par ces trois points. Les résultats obtenus avec des mesures réelles ne permettent pas une bonne et robuste prédiction et cette possibilité n'a pas été retenue.
il est proposé ici, dans un mode de réalisation préféré de prendre en compte, pour le calcul des constantes a, b et c :
- le dernier point de mesure pour tenir compte de la dernière vitesse mesurée, - l'avant dernier point de mesure pour tenir compte du dernier gradient de vitesse, et
- d'un gradient de vitesse mesuré précédemment pour tenir compte de la variation du gradient de vitesse.
On obtient donc les équations suivantes :
{2} : a = V"(A)
(3) : V(An) = ½ a An 2 + b An + c
(4) : V(An-1) = ½ a An-1 2 + b An-1 + c
Le gradient de vitesse correspond à la variation de la vitesse divisée par la variation de position angulaire, soit V'(A) = Δ V / Δ A.
Le gradient de vitesse calculé à partir de deux points de mesure successifs correspond au gradient de vitesse (approximatif) au point médian entre les deux points de mesure considérés. Toutefois, comme il faut réaliser la mesure au point n pour connaître le gradient de vitesse au point médian entre les deux points de mesure (n-1 ) et n, on appellera par la suite V(An) ce gradient de vitesse. Ainsi :
V'(An) = [V(An) - V(An-1 )] / ( An - An-i )
Toutefois deux points de mesure successifs correspondent au passage de deux dents successives qui sont espacées selon un pas P. On a ainsi :
(5) : V'(An) = [V(An) - V(An-i)] / P
De même on aura :
(6) : V"(An) = [V(An) - V'(An-i)] / P : comme il ressort de ce qui précède, il s'agit ici de la constante a (voir équation 2 plus haut).
Le calcul de V"(An) a été réalisé ici sur trois points de mesure successifs (n-2), (n-1 ) et n, les deux premiers points étant utilisés pour le calcul de V'(An-1) et les deux derniers pour le calcul de V'(An).
Pour tenir compte de la variation du gradient de vitesse sur un intervalle plus long, on pourrait par exemple prendre V"(An) comme étant la variation du gradient de vitesse entre un point (n-f) et le point n.
On obtient alors :
(7) : V"(An) = [V(An) - V(An-f)] / P x f
On choisit donc cette valeur pour la constante a. On remarque que l'équation 7 correspond à l'équation 6 pour f = 1 '.
Connaissant la constante a, on en déduit la valeur de la constante b en faisant par exemple la différence entre les équations 3 et 4. On obtient ainsi :
V(An) - V(An-1) = [½ a An 2 + b An + c] - [½ a An-1 2 + b An-1 + c]
V(An) - V(An-1) = ½ a (An 2 - An-1 2) + b ( An - An-1 )
avec P = An - An-1
on a donc :
(8) : b = [V(An) - V(An-1)] / P - a/2 (An + An-1)
a et b étant connues, la constante c se déduit de l'une des équations 3 ou 4. On a ainsi par exemple :
(9) : c = V(An) - ½ a An 2 - b An
En intégrant les trois constantes qui viennent d'être calculées dans la formule polynomiale correspondant à l'équation 1 , et en simplifiant, on obtient au final :
(10) : V(A) = V(An) + [(V(An) - V(An-1)) (A - An )/P]
+ [(V(An) - V(An-1)) - (V(An-f) - V(An-f-1))] (A - An) (A - An + P) / 2 f P2 Cette formule convient pour les plages angulaires dans lesquelles le gradient de vitesse ne change pas de signe, c'est-à-dire par exemple avant d'arriver à un point mort haut.
On suppose ici aussi que le moteur continue à tourner dans son sens de rotation normal. Si le moteur venait à tourner en arrière, alors la formule 10 donnerait une vitesse surévaluée.
La figure 3 est une illustration de courbes obtenues avec différentes valeurs de "f". Sur cette figure, la courbe en trait plein correspond à la vitesse du moteur en fonction de sa position angulaire modulo 180°. Les courbes én traits pointillés montrent les courbes d'estimation de vitesse avec différentes valeurs de f. On remarque sur cette figure que la vitesse estimée par la fonction polynomiale est surestimée. On remarque également que lorsque le moteur ne cale pas (deux estimations supérieures), les courbes correspondant à la vitesse estimée sont très proches de la courbe de vitesse mesurée (en trait plein) alors que lorsque le moteur va caler et tourner en sens inverse (troisième jeu de courbes en traits pointillés, en dessous des deux premiers) l'estimation de vitesse est plus éloignée de la courbe mesurée.
L'estimation de la vitesse de rotation du moteur est utilisée ici pour tenter de prédire si les pistons du moteur ont assez d'énergie cinétique pour passer le point mort haut suivant. Il convient ici de remarquer, comme cela ressort par exemple de la figure 3, que la vitesse de rotation du moteur n'est pas minimale au point mort haut mais un peu après cette position.
D'après des mesures réalisées, on remarque généralement pour les divers moteurs à combustion interne que si la vitesse de rotation est supérieure à un seuil S (figure 3) de l'ordre de 300 tr/min lorsqu'un piston (au moins) du moteur est au point mort haut, alors le moteur continuera à tourner dans son sens normal de rotation sans partir en arrière.
Il est donc proposé par la présente invention de déterminer avant qu'un piston n'arrive à un point mort haut quelle sera sa vitesse (estimée) au franchissement de ce point mort haut.
Intuitivement, le calcul devra être réalisé peu avant d'arriver au point mort haut. On peut par exemple prévoir de réaliser le calcul entre 5 et 80° avant le point mort haut, de préférence entre 10 et 40° avant le point mort haut.
Une fois la vitesse au point mort haut estimée, la vitesse estimée (calculée) est comparée au seuil S. Si l'estimation est en-dessous du seuil, le risque d'avoir une rotation inverse est très grand. L'invention propose dans ce cas d'inhiber l'injection de carburant et/ou la commande d'allumage suivante qui est programmée pour la chambre de combustion dans laquelle un mélange gazeux est comprimé.
Cette inhibition ne sera pas réalisée dans certains cas. On suppose en effet que le moteur n'est pas en phase de démarrage et que son starter n'est donc pas en mode de fonctionnement.
Par la suite, on peut vérifier si une rotation inverse a eu lieu ou non. Il existe divers moyens connus de l'homme du métier pour détecter une telle rotation inverse (on peut citer ici par exemple le procédé décrit dans le document WO-2007/028584 cité au préambule du présent document).
Dans le cas où une rotation inverse est détectée après prédiction de cette rotation inverse et inhibition d'une combustion, on peut en déduire que la prédiction était fiable et l'inhibition de la combustion a ainsi permis de protéger le moteur, et plus particulièrement son volant bi-masses. Le moteur s'arrête alors et le processus de prédiction peut être achevé.
Dans le cas contraire où la rotation inverse n'est pas détectée, on peut alors supposer qu'une force extérieure a entraîné le moteur. C'est le cas notamment lorsque le véhicule entraîne le moteur en rotation. Il convient alors de poursuivre le procédé de prédiction pour le(s) prochain(s) passage(s) au point mort haut.
Le système de gestion du moteur commande dans certaines conditions le calcul de la vitesse au point mort haut. Un déclenchement du calcul peut être prévu dans les couches basses, appelées aussi couramment par l'acronyme anglais BSW pour Basic
Software (ou logiciel de base) du système de gestion. Pour un moteur donné, divers paramètres sont fixés. Ainsi dans la formule 10, le pas P est une constante pour chaque moteur. De même, une fois la stratégie définie, les valeurs An et aussi A - An sont des constantes. On peut ainsi par exemple déclencher le calcul lorsque la dent de la cible correspondant à 160° (= An) passe devant le capteur. Si l'estimation de la vitesse est faite au point mort haut (soit 180°), on aura A - An = 20°. De même, la valeur f est prédéterminée en fonction des caractéristiques du moteur.
La formule 10 simplifiée est quant à elle mémorisée et exécutée par un logiciel applicatif (connu aussi sous l'acronyme anglais ASW pour Applicative Software). Cette partie du système de gestion au sein de laquelle est alors réalisée l'estimation de la vitesse est parfois appelée "couches hautes" du système.
Les essais réalisés montrent que le système de gestion dispose de l'ordre de
10 ms (soit 10 10~3 s), voire 30 ms ou plus, entre le moment où l'estimation de vitesse au point mort haut est connue et l'injection de carburant et/ou la commande d'allumage doit avoir lieu. Ce temps est suffisant pour commander l'inhibition de la combustion prévue à proximité du point mort haut qui approche.
Bien entendu, en fonction de l'application souhaitée par la prédiction de la vitesse de rotation, cette prédiction ne sera réalisée que dans certaines conditions. Si l'on souhaite déterminer par avance une rotation inverse du moteur, le calcul ne sera par exemple réalisé que dans le cas par exemple où le régime moteur est inférieur au régime du ralenti.
La présente invention est originale à plusieurs titres. Tout d'abord, elle propose de prédire une vitesse de rotation. Ceci permet d'anticiper une éventuelle rotation inverse du moteur. Dans l'état de la technique connu, la rotation inverse est en général détectée plus ou moins tôt mais pas anticipée comme décrit ci-dessus. Ensuite, pour prédire la vitesse de rotation, il est choisi d'exprimer cette vitesse par rapport à la position angulaire du moteur (et non pas par rapport à une variable temps). Ceci facilite les calculs et permet de limiter la charge de calcul du processeur correspondant. Enfin, le choix d'approcher la courbe de vitesse par une fonction polynomiale de degré deux et la manière de déterminer les constantes correspondantes en tenant compte du gradient de vitesse et de sa variation est également original.
La présente invention permet de déterminer bien en avance une éventuelle rotation arrière du moteur. Une règle empirique prévoit que lorsqu'un passage de dents est au moins 1 ,3 fois plus long que le passage précédent, alors une rotation arrière est à prévoir. L'invention permet de savoir bien avant l'application de cette règle empirique si une rotation arrière est à prévoir.
Les simulations réalisées ont montré que l'approximation par une fonction polynomiale de degré deux fonctionnait très bien pour divers type de calage que l'on peut rencontrer. En effet, les variations de la vitesse de rotation du moteur avant un calage ne sont pas les mêmes selon les conditions dans lequel le calage se produit. Le calage peut se produire lorsque le véhicule commence à avancer. Si le conducteur se trompe et enclenche le deuxième ou le troisième rapport de boîte de vitesse au lieu du premier, le moteur n'arrivera pas à entraîner le véhicule et calera. On peut aussi caler lorsque le véhicule roule sur le deuxième rapport de boîte de vitesse et qu'au lieu de passer sur le troisième rapport, le cinquième est choisi. Dans ce cas le moteur peut également être amené à caler. À l'opposé, en phase de décélération, si le conducteur oublie de passer le rapport de boîte inférieur, le moteur peut être amené à avoir un régime inférieur à son régime de ralenti et caler. Dans tous ces cas où la vitesse de rotation du moteur décroît, il s'est avéré que l'approximation réalisée était bonne et permettait de prédire de manière fiable une rotation inverse du moteur.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférée décrite ci-dessus et à ses variantes envisagée. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'estimation du régime moteur d'un moteur à combustion interne à une position prédéfinie de celui-ci, ledit moteur comportant :
- une cible munie de dents et associée à un vilebrequin,
- un capteur coopérant avec les dents, et
- des moyens de gestion du moteur comportant des moyens de détermination de la position angulaire du vilebrequin, appelée également position angulaire du moteur, ainsi qu'une horloge permettant de déterminer l'intervalle de temps entre deux passages successifs d'une dent devant le capteur,
caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes :
- détermination de la position angulaire et de la vitesse de rotation pour un premier point de mesure et un second point de mesure du capteur,
- détermination d'au moins un gradient de la vitesse de rotation distinct du gradient de vitesse entre les deux points de mesure de l'étape précédente,
- approximation de la courbe réelle de vitesse de rotation par rapport à la position angulaire par une fonction polynomiale de degré deux, et
- calcul de détermination par avance d'une vitesse de rotation estimée à la position prédéfinie, cette dernière définissant une position angulaire à venir du vilebrequin, par application de la fonction polynomiale à ladite position prédéfinie future.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le premier point de mesure et le second point de mesure sont des points de mesure correspondant à des mesures du capteur pour deux dents successives.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'approximation de la vitesse de rotation par rapport à la position angulaire est déterminée comme étant la courbe de degré deux passant par les deux points de mesure et présentant une variation de gradient de vitesse définie à partir du gradient de vitesse mesuré.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'estimation polynomiale est calculée en considérant que la variation de gradient de vitesse est une constante correspondant à la variation du gradient de vitesse entre, d'une part, le gradient de vitesse résultant du premier point de mesure et du second point de mesure et, d'autre part, le gradient de vitesse distinct déterminé.
5. Procédé de prédiction d'une rotation inverse d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- estimation du régime moteur à une position angulaire prédéterminée avec un procédé selon l'une des revendications 1 à 4,
- comparaison du régime moteur à un seuil prédéterminé en fonction de la position angulaire à laquelle la vitesse angulaire a été estimée, et
- prédiction d'une rotation inverse dans le cas où la vitesse estimée est inférieure au seuil prédéterminé.
6. Procédé de prédiction selon la revendication 5, caractérisé en ce que le régime moteur est estimé à proximité d'un point mort haut du moteur, c'est-à-dire à moins de 10° de ce point mort haut.
7. Procédé de prédiction selon la revendication 6, caractérisé en ce que le seuil prédéterminé est compris entre 240 et 360 tr/min (soit entre 8 π et 12 π rad/s).
8. Procédé de gestion d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- prédiction d'une rotation inverse d'un moteur selon l'une des revendications 5 à 7,
- dans le cas où à la fois une rotation inverse est prévue et un dispositif de starter n'est pas actif dans le moteur, alors la combustion suivante est inhibée.
9. Procédé de gestion d'un moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape suivante :
- détection d'une éventuelle rotation inverse du moteur et si une telle rotation inverse est détectée, le procédé de prédiction est achevé, et dans le cas contraire, il est supposé que le moteur est entraîné en rotation et le procédé de prédiction est poursuivi.
10. Dispositif de gestion d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en œuvre de chacune des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 9.
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