FR2747737A1

FR2747737A1 - Dispositif pour determiner la charge d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2747737A1
Application number: FR9704678A
Authority: FR
Inventors: Matthias Scherer; Thomas Ganser; Rudolf Wilczek
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 1997-10-24
Anticipated expiration: 2017-04-16
Also published as: GB2312284B; FR2747737B1; DE19615542C2; GB2312284A; US5889204A; DE19615542A1; GB9707304D0

Abstract

Dans ce dispositif comportant un canal envoyant une information (n) de la vitesse de rotation du moteur, un capteur mesurant la pression (pS ) dans la tubulure d'aspiration et un capteur (4) du débit massique d'air en amont d'un papillon des gaz et un capteur (5) de l'angle du papillon des gaz, comprend un filtre Kalman (1) recevant la vitesse de rotation (n) du moteur et la pression (pS ), le débit massique d'air (mD ) et/ou l'angle ( alpha) du papillon des gaz en tant que grandeurs de mesure, et qui forme des valeurs estimées de la pression dans la tubulure d'aspiration et du débit massique d'air, avec lesquelles est déterminée pour chaque cycle une masse d'air (mZ ) pénétrant dans chaque cylindre du moteur. Application notamment aux moteurs à combustion interne de véhicules automobiles.

Description

L'invention concerne un dispositif pour détermi-

ner la charge d'un moteur à fonction interne, comportant un canal d'entrée pour l'envoi d'une information concernant la vitesse de rotation du moteur, ainsi que un capteur pour mesurer la pression dans la tubulure d'aspiration et/ou un capteur du débit massique d'air, disposé en amont d'un papillon des gaz, et/ou un capteur de l'angle du papillon

des gaz.

Avec de tels dispositifs, il faut déterminer d'une manière aussi précise que possible pour chaque point de fonctionnement du moteur, la masse d'air qui parvient pendant chaque cycle de travail dans un cylindre respectif du moteur, c'est-à-dire la charge, de manière à pouvoir injecter de façon précise la quantité de carburant correcte associée, afin d'obtenir un rapport optimum de mélange entre l'air et le carburant et par conséquent un processus

optimum de combustion. Etant donné que la masse d'air péné-

trant dans le cylindre respectif ne peut pas être mesurée directement, la détermination de la charge du moteur doit s'effectuer indirectement par l'intermédiaire de grandeurs physiques qui y sont associées. Ces grandeurs incluent la pression dans la tubulure d'aspiration, le débit massique

d'air du papillon d'étranglement mesuré en amont de ce der-

nier, et l'angle du papillon d'étranglement, et ce respec-

tivement en liaison avec la vitesse de rotation instantanée du moteur. Comme capteur du débit massique d'air disposé du côté du papillon d'étranglement, on utilise la plupart du temps ce qu'on appelle un appareil de mesure de masse d'air

à film chaud.

Alors que dans le fonctionnement stationnaire du moteur, la détermination de la charge du moteur pose moins de problèmes, des problèmes supplémentaires apparaissent pour cette détermination dans le cas du fonctionnement non

stationnaire en raison du ccmportemen: dynamique des compo-

sants participants du moteur, notamment de la tubulure d'aspiration et du système de détection du moteur. Ainsi par exemple la mesure aussi bien du débit massique d'air du papillon des gaz que de la pression dans la tubulure

d'aspiration sont perturbés par des composantes d'oscilla-

tions harmoniques auxquelles contribuent notamment le déplacement des pistons dans les différents cylindres, des influences de circulation dans les ouvertures des soupapes

et les caractéristiques acoustiques de la tubulure d'aspi-

ration. Le procédé usuel pour obtenir une valeur non pulsa-

toire de la charge du moteur consiste en une formation de la valeur moyenne sur plusieurs mesures, dont le nombre dépend de la fréquence de la pulsation à supprimer. Pour les mesures individuelles, on utilise comme grandeur de mesure pour la masse d'air qui pénètre dans le moteur, par exemple le débit massique d'air au niveau du papillon des gaz, en évaluant la durée d'ouverture des soupapes d'admission et en l'utilisant, à l'état corrigé par un

champ de caractéristiques qui dépend de la vitesse de rota-

tion. Sinon, l'angle du papillon des gaz est utilisé en liaison avec un champ de caractéristiques de la vitesse de rotation de l'angle du papillon des gaz avec la pression dans la tubulure d'aspiration en liaison avec la vitesse de rotation instantanée du moteur pour la détermination de la charge. De tels procédés de détermination de la charge, assistés par des champs de caractéristiques, requièrent en général une dépense élevée d'application dans les appareils de commande du moteur. Alors que dans le cas stationnaire,

la formation de la valeur moyenne peut fournir des résul-

tats satisfaisants, dans le cas non stationnaire, en raison de la présence du comportement de filtre passe-bas, elle fournit des valeurs retardées et par conséquent affectées de façon correspondante d'une erreur. Dans le cas de l'utilisation de la mesure du débit massique d'air au niveau du papillon des gaz pour la détermination de la charge du moteur, il existe une autre source d'erreurs dans des situations dans lesquelles on a une variation brusque de la position du papillon des gaz. En effet une telle ouverture ou fermeture brusque du papillon des gaz conduit

à un débit massique d'air qui augmente ou diminue rapide-

ment et qui se manifeste uniquement en partie par une modi- fication correspondante de la masse d'air pénétrant dans les cylindres, mais d'autre part conduit à une variation de

la pression dans la tubulure d'aspiration.

Dans la technique de commande et de régulation il est connu d'une manière générale d'utiliser ce qu'on appelle un filtre Kalman pour obtenir des valeurs estimées

pour des grandeurs d'état intéressantes. Un tel filtre Kal-

man modélise le processus réel à l'aide d'un algorithme prédéterminé de filtrage, et à cet effet à l'entrée du filtre sont envoyées en tant que grandeurs garanties, ce qu'on appelle des grandeurs d'entrée, la plupart du temps des grandeurs de réglage du processus, et, en tant que grandeurs non garanties, ce qu'on appelle des grandeurs de mesure, la plupart du temps des grandeurs détectées au niveau du processus. La modélisation peut s'effectuer d'une manière linéaire ou bien d'une manière non linéaire à l'aide de ce qu'on appelle un filtre Kalman étendu. En ce qui concerne les détails des caractéristiques de filtres Kalman, on se référera à cet endroit à la littérature

concernant ce sujet.

Dans la demande de brevet allemand publiée DE 41 22 391 Al, on propose l'utilisation d'un filtre Kalman pour déterminer la vitesse de rotation du moteur sur la

base d'un angle de position, mesuré par un capteur de posi-

tion, de manière à pouvoir se passer de l'utilisation d'un capteur mécanique de la vitesse de rotation. Dans la demande de brevet allemand publiée DE 34 16 812 Al on indique d'une manière générale l'utilisation d'un filtre Kalman pour régler des grandeurs de processus dans des véhicules automobiles, la régulation de la vitesse de déplacement ou l'angle de rotation à vide étant indiqué en

tant que but d'utilisation concret.

Dans la demande de brevet publiée DE 43 41 132 Al

on décrit un dispositif d'estimation du rapport air/carbu-

rant pour des moteurs à combustion interne à plusieurs

cylindres, dans lequel une estimation du rapport air/carbu-

rant est réalisée conformément à des équations modèles d'un filtrage Kalman, par une unité de calcul d'une unité de régulation. Comme grandeur de mesure primaire, dans ces équations de modèle, on utilise le signal de sortie d'un capteur du rapport air/carburant, dont le détecteur est disposé en général dans la section des gaz d'échappement de

tous les cylindres et dont le signal de détection repré-

sente par conséquent un rapport air/carburant, déterminé de façon indirecte par l'intermédiaire de la concentration de l'oxygène des gaz d'échappement et représentant une valeur moyenne sur tous les cylindres. Comme autres signaux de détection, l'unité de régulateur reçoit les signaux d'un capteur de la position du papillon des gaz, d'un capteur de la pression dans la tubulure d'aspiration et d'un capteur

de l'angle du vilebrequin.

Dans la demande de brevet allemand publiée DE 41 00 006 Al, on indique l'utilisation d'un filtre Kalman dans un appareil de mesure du débit massique, comportant un

tube de mesure agissant en tant que convertisseur de Corio-

lis. Le signal de mesure est traité à l'aide du filtre Kal-

man pour l'obtention d'urne valeur estimée pour le débit massique.

Dans un dispositif décrit dans la demande de bre-

vet allemand publiée DE 39 34 498 Al et servant à régler l'envoi de carburant pour un moteur à combustion interne, la quantité d'air aspirée effectivement dans les cylindres, en particulier pendant des phases de fonctionnement avec une accélération rapide, est estimée par le fait qu'une unité de régulation produit un signal de correction de la quantité d'air aspirée, en fonction de la variation du signal de sortie d'un capteur de la position du papillon d'étranglement et corrige le signal de sortie d'un capteur

de la quantité d'air, et ce d'une quantité d'air d'aspira-

tion de correction. Un appareil de commande, indiqué dans la demande

de brevet allemand publiée DE 44 22 184 Al, pour des véhi-

cules automobiles, possède une unité de calcul pour calcu-

ler la masse d'air, qui pénètre dans un cylindre d'un

moteur à combustion interne, sur la base de relations ana-

lytiques, dans lesquelles la pression dans la tubulure d'aspiration et/ou le débit massique d'air du papillon des gaz représentent des paramètres de fonctionnement calculés

et des paramètres de fonctionnement supplémentaires mesu-

rés. L'algorithme est agencé de telle sorte qu'il se cor-

rige lui-même en fonction de la différence entre la valeur

calculée et la valeur mesurée du paramètre de fonctionne-

ment. L'invention a pour but technique de préparer un dispositif de détermination de la charge du moteur du type

décrit plus haut, qui permette, moyennant une dépense com-

parativement faible, une détermination fiable de la charge

du moteur également dans le fonctionnement non station-

naire. Le problème est résolu conformément à l'invention moyennant l'utilisation d'un dispositif de détermination de la charge du moteur à l'aide d'un filtre Kalman, auquel sont envoyées la vitesse de rotation du moteur en tant que grandeur d'entrée et au moins l'une des trois grandeurs: pression dans la tubulure d'aspiration, débit massique d'air au niveau du papillon des gaz et angle du papillon des gaz en tant que grandeurs de mesure mesurées par des capteurs respectifs, et qui détermine, à partir de là, des valeurs estimées pour les grandeurs: pression dans la tubulure d'aspiration et débit massique d'air au niveau du papillon des gaz, à l'aide desquelles est déterminée la masse d'air, qui pénètre pendant chaque cycle de travail

dans un cylindre respectif du moteur.

Ce dispositif utilise, pour la détermination de la charge du moteur, un filtre Kalman auquel sont envoyées, comme grandeurs d'entrée, au moins la vitesse de rotation du moteur et, en tant que grandeurs de mesure mesurées par

les capteurs respectifs, une ou plusieurs des trois gran-

deurs que sont la pression dans la tubulure d'aspiration,

le débit massique d'air au niveau du papillon d'étrangle-

ment et l'angle du papillon d'étranglement. A partir de là

le filtre Kalman reçoit, sur la base d'une équation appro-

priée de modèle et de l'algorithme connu en soi du filtre Kalman, des valeurs estimées pour les grandeurs que sont la pression dans la tubulure d'aspiration et le débit massique d'air au niveau du papillon des gaz, la grandeur indiquée en dernier lieu étant obtenue de façon appropriée d'une

manière indirecte à partir de valeurs estimées de la sec-

tion transversale efficace d'écoulement au niveau du papil-

lon des gaz. Il s'avère qu'avec un filtre Kalman agencé de cette manière, on peut déterminer des valeurs fiables de charge du moteur également dans le cas du fonctionnement non stationnaire, et ce même dans le cas de la défaillance d'un ou de deux des trois capteurs servant à mesurer la pression dans la tubulure d'aspiration, le débit massique d'air au niveau du papillon des gaz et l'angle du papillon des gaz. Alors que dans le cas de systèmes usuels, par exemple une défaillance du capteur de l'angle du papillon des gaz conduirait à une défaillance de commande du moteur, le dispositif selon l'invention permet également dans ce cas de réaliser encore une détermination dynamique fiable de la charge du moteur sur la base d'un capteur encore intact de la pression dans le tube d'aspiration ou d'un capteur encore intact du débit massique d'air au niveau du

papillon des gaz.

Dans une variante de réalisation de l'invention, on utilise, comme grandeurs d'état dans le filtre Kalman, la pression dans la tubulure d'aspiration, la section transversale effective d'écoulement au niveau du papillon des gaz, la dérivée ainsi que le débit massique au niveau du papillon des gaz et, en tant que grandeurs de mesure, la pression mesurée dans la tubulure d'aspiration, l'angle mesuré du papillon des gaz et le débit massique d'air

mesuré au niveau du papillon des gaz, la section transver-

sale effective d'écoulement au niveau du papillon des gaz étant traitée en tant que grandeur parasite corrélée dans

le temps.

Il s'avère qu'avec cette forme de réalisation du filtre Kalman, on peut obtenir des valeurs très précises et fiables de la charge du moteur, en particulier également dans le cas de variations rapides de la charge dans un

fonctionnement non stationnaire.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prise en référence aux dessins annexés, sur les-

quels: - la figure 1 es. une représentation schématique,

sous la forme d'un schéma-bloc, d'un dispositif pour déter-

miner, d'une manière corrigée de façon dynamique, la charge d'un moteur à combustion interne moyennant l'utilisation d'un filtre Kalman;

- la figure 2 montre une représentation schémati-

que d'un cylindre d'un moteur à combustion interne, compor-

tant une zone associée d'aspiration pour illustrer le sys-

tème de capteurs utilisé par le dispositif de la figure 1; - la figure 3 représente des diagrammes pour les

grandeurs que sont la pression dans la tubulure d'aspira-

tion, la section transversale effective d'écoulement et le débit massique d'air au niveau du papillon des gaz, en

fonction de la vitesse de rotation de l'arbre du vilebre-

S quin, pour une variation positive brusque de la charge du

moteur, pour la comparaison de valeurs estimées et mesu-

rées, dans l'hypothèse de capteurs corrects;

- la figure 4 montre une représentation corres-

pondant à la figure 3, mais dans l'hypothèse o un capteur de la pression de la tubulure d'aspiration est défectueux;

- la figure 5 montre une représentation corres-

pondant à la figure 3, moyennant l'hypothèse o un capteur de l'angle du papillon des gaz est défectueux;

- la figure 6 montre une représentation corres-

pondant à la figure 3, moyennant l'hypothèse o un appareil

de mesure du débit massique d'air à film chaud est défec-

tueux; et

- la figure 7 montre une représentation corres-

pondant à la figure 3, moyennant l'hypothèse o un appareil de mesure de débitmètre d'air à film chaud est défectueux

et o un capteur de l'angle du papillon des gaz est défec-

tueux. Comme cela est représenté sur la figure 1, le dispositif servant à déterminer de façon dynamique la charge du moteur contient, comme élément central, un filtre

Kalman 1, auquel est envoyé, comme grandeur d'entrée garan-

tie, la vitesse de rotation n du moteur, qui est déterminée par un capteur correspondant 2 de la vitesse de rotation du moteur. Sinon, l'information sur la vitesse de rotation du moteur peut être également obtenue indirectement et être envoyée au filtre Kalman 1, selon l'un des modes usuels. Le

filtre Kalman 1 est intégré d'une manière pouvant être exé-

cutée par le spécialiste, dans un appareil de commande du moteur, ce sur quoi il n'est pas nécessaire de revenir ici

de façon plus détaillée. Comme grandeurs de mesure on uti-

lise, pour le filtre Kalman, la pression Ps d'aspiration dans la tubulure d'aspiration, le débLit massique d'air mD au niveau du papillon des gaz et l'angle a du papillon des

gaz. Le filtre Kalman 1 reçoit les informations correspon-

dantes du signal de mesure de la part d'un capteur 3 de la pression dans la tubulure d'aspiration, d'un appareil 4 de mesure de la masse d'air à film chaud, disposé en amont du papillon des gaz, et un potentiomètre 5 du papillon des gaz, qui détecte l'angle du papillon des gaz. Sur la figure 2, ces grandeurs de mesure sont représentées dans la gamme considérée d'aspiration ainsi que le système de capteurs pour un cylindre 7 du moteur à combustion interne, dont la charge est déterminée par le

dispositif de la figure 1. L'angle de réglage a d'un papil-

lon des gaz 9 situé dans la tubulure d'aspiration 8 est

mesuré par le potentiomètre mentionné du papillon des gaz.

Le débit massique d'air mD, qui est présent en amont du papillon des gaz, est détecté par l'appareil de mesure de

la masse d'air à film chaud 4, présent en cet endroit, tan-

dis que la pression PS est mesurée dans la tubulure d'aspi-

ration 8 par le capteur associé de la pression dans la tubulure d'aspiration. Comme mesure de la charge respective du moteur, on cherche à déterminer la masse d'air mz, qui pénètre dans la chambre de combustion du cylindre lors de chaque cycle de travail. Pour cette masse d'air, dans l'hypothèse plausible de changements isothermes d'état dans le tube d'aspiration 8, on a la relation: mz = mD + k.(PSe - PSa), mD représentant la masse d'air introduite lors de chaque cycle de travail par l'intermédiaire du papillon des gaz 9, PSe la pression dans la tubulure d'aspiration à la fin du

cycle de travail et PSa la pression dans le tube d'aspira-

tion au début du cycle de travail, tandis que k est un fac-

teur de proportionnalité qui dépend du volume de la tubu-

lure d'aspiration et de la température de la tubulure

d'aspiration. Les grandeurs intéressantes pour la détermi-

nation de la charge du moteur sont par conséquent le débit massique d'air mD du papillon des gaz et la pression pS

dans la tubulure d'aspiration.

Le filtre Kalman 1 est agencé de manière à esti-

mer ces deux grandeurs indiquées en dernier lieu. La struc-

ture générale connue en soi d'un filtre Kalman est indiquée simplement sur la figure 1, et pour plus de détails on se reportera à la littérature concernée. Le filtre Kalman

modélise des grandeurs d'état du processus, dont la varia-

tion dans le temps est représentée en tant que somme d'une fonction, qui dépend des grandeurs d'état et des grandeurs d'entrée, ici la vitesse de rotation n du moteur, et d'un

terme stochastique, qui prend en compte les influences per-

turbatrices. Des valeurs estimées de grandeurs de mesure, qui sont comparées aux valeurs associées, effectivement

mesurées, sont déterminées à partir des valeurs des gran-

deurs d'état. La différence fournie par la comparaison est pondérée, au moyen d'une matrice de pondération, par des

facteurs variables d'amplification de Kalman et est ren-

voyée pour l'obtention de valeurs améliorées des grandeurs d'état. Dans le présent exemple, on choisit un vecteur de grandeur d'état à quatre composantes, les composantes étant la pression PS dans la tubulure d'aspiration, la section transversale effective AD du papillon d'étranglement et sa dérivée dans le temps A'D ainsi que le débit massique d'air mD du papillon des gaz sous la forme du signal modélisé de l'appareil de mesure de masse d'air à film chaud. Comme grandeur individuelle d'entrée on utilise la vitesse de rotation n du moteur, tandis que le vecteur de mesure à trois composantes est constitué par les composantes formées par la pression mesurée PSH dans la tubulure d'aspiration, l'angle mesuré aDM du papillon des gaz et le signal de mesure respectif mDM de l'appareil de mesure de la masse d'air à film chaud. Comme équations dynamiques modèles,

dans lesquelles on prend en compte le comportement détermi-

niste et le comportement parasite et stochastique, on choi-

sit le système suivant d'équations pour les quatre compo-

santes (Xl,x2,x3,x4) =(ps AD, AD mD)T du vecteur d'état: x' 1 = kl.((Xl).X2-k2.(xl,n)+wp x'2=x3 x'3=-X3/T+WA x'4=k3.x4+ k4.(xl).X2+WH P représentant la fonction de passage, qui reproduit la relation entre le débit massique d'air (mD) au du papillon des gaz et la section transversale effective d'écoulement

AD au niveau du papillon des gaz en tenant compte du papil-

lon des gaz en tant que point d'étranglement idéal, en fonction de la pression dans la tubulure d'aspiration, de la pression intermédiaire et de la constante adiabatique, et q étant une fonction bilinéaire, qui décrit le débit

massique d'air aspiré par le moteur en fonction de la pres-

sion dans la tubulure d'aspiration et de la vitesse de

rotation du moteur. D'autre part, dans le système d'équa-

tions indiqué plus haut, les termes wp, wA et wH représen-

tent des bruits de mesure blancs respectifs, T est une

constante de temps de corrélation et ki à k4 sont des fac-

teurs appropriés de proportionnalité, qui sont affectés

d'une dimension.

A partir d'équations fournissant la section transversale effective AD d'écoulement du papillon des gaz,

on voit que cette grandeur est traitée en tant qu'une gran-

deur de bruit corrélée, ce qui représente une hypothèse

plausible. Ce traitement de la section transversale effec-

tive d'écoulement AD s'avère avantageux. Sinon, il faudrait envisager de traiter cette grandeur en tant que grandeur d'entrée garantie, en fonction de la vitesse de rotation n du moteur, ce qui ne fournit en général plus la possibilité

d'estimer cette information dans le filtre Kalman 1 éven-

tuellement à partir d'autres grandeurs de mesure.

Les relations entre les valeurs obtenues des grandeurs d'état et les grandeurs de mesure estimées, qui en résultent, sont représentées d'une manière synchrone avec le vilebrequin, au niveau des positions angulaires respectives Pi du vilebrequin, au moyen du système d'équations suivants: Pss(<i)= xl(Pi).[l+Ap.cos(wp+pA)]+vp(Pi) DS(i)=a4 x2(i)+a3x2 0,75( i)+a2x20,5()+a.x20,25 (i) +aO+va (Pi) mDS(Qi)=x4(i)-[1+Am.-CoS(wD-COS(wD.i+Oa)] + VD(9i) Ap est l'amplitude, rapportée à la valeur moyenne, des pulsations de pression dans la tubulure d'aspiration, possédant la fréquence up, tandis que, de façon analogue, Am désigne l'amplitude, rapportée à la valeur moyenne, des oscillations de la masse d'air au niveau du papillon des gaz, avec la fréquence wD. Le bruit de mesure est pris en compte avec les termes additionnels respectifs vp, va et vD. p et ça désignent les déphasages respectifs des pulsations de pression ou des oscillations

de la masse d'air. Les constantes a1 à a4 sont des coeffi-

cients de développement. Par conséquent, en dehors du bruit de mesure, on prend également en compte les perturbations déterministes pulsatoires, qui agissent sur le signal de pression et le signal de la masse d'air. Les amplitudes, fréquences et déphasages de ces perturbations peuvent être

déterminés par exemple par des analyses de séries tempo-

relles de mesures au banc d'essai.

Le filtre Kalman 1 agencé comme cela a été décrit fournit par conséquent des valeurs estimées directes de la pression PS dans la tubulure d'aspiration et de la section

transversale effective d'écoulement AD au niveau du papil-

lon des gaz, à partir de laquelle on obtient de façon indi-

recte une valeur estimée du débit massique d'air mD au

niveau du papillon des gaz. A partir de ces grandeurs esti-

mées, un étage aval de calcul 6 détermine alors la valeur, qui est recherchée pour la détermination de la charge du moteur, de la masse d'air mZ, qui pénètre pendant le cycle de travail dans la chambre de combustion d'un cylindre

individuel, conformément à la relation indiquée plus haut.

Sur les figures 3 à 7, on a représenté des résul-

tats pour le dispositif agencé comme cela a été décrit plus haut pour la détermination de la charge du moteur, qui

illustrent la qualité de la détermination de charge, corré-

lée de façon dynamique, sur la base d'une variation brusque supposée de la charge dans le cas d'une vitesse de rotation du moteur de 1500 tr/mn. On a représenté respectivement trois diagrammes, sur lesquels on a représenté la pression PS dans la tubulure d'aspiration, la section transversale effective d'écoulement AD au niveau du papillon des gaz et le débit massique d'air mD au niveau du papillon des gaz respectivement en fonction du nombre des rotations AKu du vilebrequin. les courbes caractéristiques PSS, ADS, mDS,

qui sont repérées par l'index supplémentaire "S", représen-

tent, dans ces diagrammes, la valeur estimée obtenue res-

pectivement au moyen du filtre Kalman, tandis que les courbes caractéristiques PSM' ADM, mDM, repérées par l'indice supplémentaire "M", représentent des valeurs de mesure effectivement mesurées par le système de capteur considéré. En ce qui concerne la section transversale d'écoulement AD au niveau du papillon des gaz, il s'agit du signal du capteur de l'angle du papillon des gaz, les deux grandeurs étant liées selon une relation nette réversible, qui peut être obtenue par exemple de façon empirique et

être représentée par un polynôme du quatrième ordre.

La figure 3 représente le cas o tous les cap-

teurs fonctionnent correctement. Les valeurs de mesure PSM, ADM, mDM, qui sont fournies par les capteurs, représentent

les pulsations dynamiques caractéristiques. Il est mani-

feste que ces pulsations, qui perturbent la détermination précise de la charge du moteur, sont éliminées dans les valeurs estimées PSS, ADS, mDS reçues par le filtre Kalman

1. Simultanément, ces valeurs estimées PSS, ADS, mDS prove-

nant du filtre Kalman possèdent un comportement correct dans le temps du point de vue dynamique, et ce notamment également pendant la phase d'alternance de charge, comme cela est visible sur la figure 3 par le fait que les courbes caractéristiques considérées des valeurs estimées suivent sans aucun retard, également pendant cette phase de

fonctionnement, la courbe caractéristique associée respec-

tive de la valeur de mesure. Au contraire, les courbes

caractéristiques PSG, mDG, reproduites à titre de comparai-

son dans les diagrammes supérieur et inférieur, de valeurs de mesure moyennes obtenues de façon usuelle au moyen d'un filtrage passe-bas présentent, pendant la phase de la variation brusque de charge, un retardement erroné. Pendant les phases stationnaires de fonctionnement, les valeurs estimées respectives sont situées de façon correcte au

niveau de la valeur moyenne des valeurs de mesure pulsa-

toires des capteurs.

Sur les figures 4 à 7, on voit que, même dans le cas d'une défaillance d'un ou de plusieurs capteurs, avec

lesquels les grandeurs de mesure sont détectées, le dispo-

sitif de la figure 1 permet d'obtenir des valeurs estimées tout à fait utilisables et par conséquent en définitive encore en permanence une détermination satisfaisante de la

charge du moteur. La figure 4 représente le cas d'un cap-

teur défectueux de la pression dans la tubulure d'aspira-

tion. Par conséquent, en tant que signal de sortie PSM de ce capteur on suppose l'existence d'un signal constant

affecté de bruit, comme cela est représenté dans le dia-

gramme le plus élevé. Pour la comparaison, on a représenté ici en supplément une courbe caractéristique PSK, qui représente le signal qui serait délivré par la pression dans la tubulure d'aspiration, en fonctionnement. Sur les diagrammes de la figure 4 on peut constater queles valeurs estimées PSS, ADS, mDS fournies par le filtre sont encore

toujours suffisamment précises en dépit du signal défec-

tueux du capteur défectueux de la pression dans la tubulure d'aspiration, même dans le cas de la variation brusque de charge représentée, comme le montre la comparaison avec les signaux des capteurs qui fonctionnent. En particulier, en dépit du signal défectueux du capteur de pression, on obtient une valeur estimée correcte pour la pression dans

la tubulure d'aspiration.

La figure 5 représente un cas, qui est analogue à

celui de la figure 4 et dans lequel, à la place d'un cap-

teur défectueux de la pression dans la tubulure d'aspira-

tion, on suppose l'existence d'un capteur défectueux de

l'angle du papillon des gaz avec un niveau de signal para-

sité constant correspondant ADM pour la section transver-

sale effective d'écoulement au niveau du papillon des gaz.

Ici également on obtient cependant des valeurs estimées PSS, ADS, mDS suffisamment précises au moyen du filtre Kalman 1, auquel cas à nouveau à des fins de comparaison le signal ADK, que l'on obtiendrait dans le cas d'un capteur de l'angle du papillon des gaz fonctionnant correctement,

est reproduit dans le diagramme central.

La figure 6 représente le cas d'un appareil

défectueux de mesure de la masse d'air à film chaud compor-

tant un niveau de signal parasité constant correspondant mDM. En outre les valeurs estimées PSS, ADS, mDS fournies par le filtre Kalman 1 reproduisent très bien les valeurs de mesure PSM, ADM des capteurs pour la pression dans la

tubulure d'aspiration et la section transversale d'écoule-

ment au niveau du papillon des gaz, tout en évitant les pulsations de ces valeurs. De même le signal mDK, qui est à nouveau reproduit à des fins de comparaison, d'un appareil

de mesure de masse d'air à film chaud travaillant correcte-

ment est reproduit de façon satisfaisante au moyen de la

valeur estimée correspondante mDS, tout en évitant les pul-

sations parasites.

La figure 7 représente le cas o aussi bien l'appareil de mesure de la masse d'air à film chaud que le capteur de l'angle du papillon des gaz sont défectueux, ce qui est à nouveau représenté par des niveaux de signaux parasités constants correspondants mDM, ADM. Alors que, dans le cas des procédés usuels de détermination de la charge du moteur, une telle défaillance du capteur de l'angle du papillon des gaz conduirait à une défaillance de la commande du moteur et par conséquent à l'arrêt du moteur, sur la figure 7 on voit que le dispositif de la

figure 1 fournit, à l'aide du filtre Kalman 1, encore tou-

jours des valeurs estimées suffisamment précises PSS, ADS,

mDS pour la pression dans la tubulure d'aspiration, la sec-

tion transversale effective d'écoulement au niveau du papillon des gaz et le débit massique d'air au niveau du papillon des gaz, de sorte la détermination de la charge du moteur reste encore possible dans ce cas, dans lequel parmi les trois capteurs, seul encore le capteur de la pression

dans la tubulure d'aspiration est apte à fonctionner.

Avec le dispositif représenté, il est par consé-

quent possible, en utilisant l'algorithme d'estimation mis en oeuvre de façon appropriée dans un filtre Kalman, d'obtenir une détermination satisfaisante de la charge du moteur, corrigée de façon dynamique, non seulement pendant le fonctionnement stationnaire du moteur, mais également pendant les phases non stationnaires de fonctionnement avec une bonne précision, sans qu'il faille appliquer à cet

effet, d'une manière compliquée, diverses courbes caracté-

ristiques, la détermination même de la charge du moteur étant encore possible lorsqu'un ou deux des trois capteurs

sont défaillants.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour déterminer la charge d'un moteur à fonction interne, comportant - un canal d'entrée pour l'envoi d'une information (n) concernant la vitesse de rotation du moteur, ainsi que - un capteur pour mesurer la pression (ps) dans la tubulure d'aspiration et/ou un capteur (4) du débit massique d'air,

disposé en amont d'un papillon des gaz (9), et/ou un cap-

teur (5) de l'angle du papillon des gaz, caractérisé par - un filtre Kalman (1), auquel sont envoyées la vitesse de rotation (n) du moteur en tant que grandeur d'entrée et au moins l'une des trois grandeurs: pression (ps) dans la tubulure d'aspiration, débit massique d'air (mD) au niveau du papillon des gaz et angle (a) du papillon des gaz en tant

que grandeurs de mesure mesurées par des capteurs respec-

tifs, et qui détermine, à partir de là, des valeurs esti-

mées (PsS, mDs) pour les grandeurs: pression dans la tubu-

lure d'aspiration et débit massique d'air au niveau du papillon des gaz, à l'aide desquelles est déterminée la

masse d'air (mz), qui pénètre pendant chaque cycle de tra-

vail dans un cylindre respectif du moteur.

2. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en outre en ce qu'on utilise, comme grandeurs d'état

dans le filtre Kalman (1), la pression (pS) dans la tubu-

lure d'aspiration, la section transversale effective d'écoulement (AD) au niveau du papillon des gaz, la dérivée

(A'D) ainsi que le débit massique (mD) au niveau du papil-

lon des gaz et, en tant que grandeurs de mesure, la pres-

sion mesurée dans la tubulure d'aspiration, l'angle mesuré du papillon des gaz et le débit massique d'air mesuré au

niveau du papillon des gaz, la section transversale effec-

tive d'écoulement (AD) au niveau du papillon des gaz étant traitée en tant que grandeur parasite corrélée dans le

temps.