Définition et mise en oeuvre de lois de commande à modèle interne pour un moteur thermique à injection directe d'essence

par Frédéric Grousson

Thèse de doctorat en Automatique

Sous la direction de Jean Faucher et de Maurice Fadel.

Soutenue en 2000

à Toulouse, INPT .

mots clés

• Systèmes multivariables
• Régulation de ralenti
• Linéarisation
• Commande prédictive
• Systèmes non linéaires
• Moteurs à explosion
• Automobiles -- Moteurs -- Injection du carburant
• Prototypage rapide

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire traite de l'amélioration du contrôle-moteur, pour un moteur thermique à injection directe, par utilisation de commandes à modèle interne. Cette étude est réalisée dans le but d'optimiser le fonctionnement du moteur et de diminuer ses émissions polluantes, notamment durant les phases transitoires. L'orientation vers des commandes à modèle interne s'explique par la nécessité d'une commande d'une part robuste pour faire face à la disparité des paramètres moteur, et d'autre part, facile à calibrer afin de diminuer le temps de mise au point. La première partie donne un aperçu du fonctionnement du moteur thermique et présente les éléments de modélisation en vue de la commande. La deuxième partie aborde la mise en place des algorithmes de régulation. Tout d'abord, la commande d'admission des gaz dans le cylindre utilise la théorie des couplages linéarisants associés à la commande prédictive. Ensuite, la commande en couple des ordres du conducteur est réalisée par une inversion statique utilisant la matrice jacobienne. Enfin, une commande prédictive simplifiée permet de résoudre les problèmes de régulation de ralenti et d'asservissement du régime moteur. Une dernière partie est consacrée aux tests "temps réel" et au prototypage rapide. La plupart des résultats de simulation sont ensuite validés par des essais expérimentaux sur un véhicule prototype.

Titre traduit

Definition and implementation of internal model control laws for a direct injection engine

Résumé

This study has been achieved in order to improve the direct injection engine control, by using internal model control strategies. Its aim is to optimise the engine performance and to decrease the polluting emissions through a better dynamic control. The use of internal model controls brings robustness in order to face the engine parameter disparity and allows great improvements in the control calibration thanks to a shorter tuning time. The first part gives the outlines of thermic engine operating and focuses on modelization with the final control in view. The second part tackles the implementation of regulation algorithms. Firstly,the air path control uses the state feedback linearization mixed with the predictive control. Secondly, the torque control of the driver's requests is performed with a static inversion using the Jacobian matrix. Finally, a simplified predictive control makes it possible to solve idle speed regulation problems. The last part is devoted to real time and fast prototyping tests. The main simulation results have been validated through experimental tests on a direct injection car.