Brevet FR2514136A1 — publié le 19830408

La présente'invention a trait à un dispositif de me- sure de force d'un véhicule destiné à déterminer la force réellement délivrée par un véhicule indépendamment du rayon des roues motrices du véhicule, Les dynamomètres pour véhicules sont fréquemment utilisés comme appareils de simulation quand on essaie des véhicules sur place pour des motifs tels que la délivrance de certificat dite "EPA" concernant les émissions de gaz d'échappement et la consommation, Dans de telles applications, des dynamomètres pour véhicules simulent les forces d'iner- tie et de charge auxquelles un véhicule serait normalement soumis au cours de l'emploi réel du véhicule, Des dynamomè- tres pour véhicules, lorsqu'ils sont utilisés comme simula- teurs, comprennent typiquement un dispositif mécanique, tel qu'un volant, pour simuler l'inertie du véhicule, une unité d'absorpti Qn de puissance (PAU) pour simuler les forces de charge routière, et une commande de dispositif pour comman- der la sortie de puissance de l'unité d'absorption de puis- sance, L'inertie d'un véhicule est fonction du poids du véhicule et représente la force qui doit être surmontée pour que le véhicule accélère ou décélère, Par ailleurs, les forces de charge routière sont les forces qui doivent être surmontées pour maintenir la vitesse du véhicule et in- cluent des facteurs tels que le couple résistant, le frotte- 2. ment de roulement et la résistance aérodynamique. La formule class ique pour calculer la force déli- vrée par un véhicule est F A + Bv + CV + I dv/dt ( 1) o F, v et dv/dt sont respectivement la force de traction *du véhicule, la vitesse et l'accélération, Les constantes A, B, C et I (inertie) sont des inconnues dont les valeurs doivent être déterminées pour le véhicule particulier à essayer Pour qu'une solution puisse être trouvée, quatre 1 O jeux de données comprenant les valeurs de la force de traction, de la vitesse et de l'accélération sont requis. De manière conventionnelle,ces constantes sont déterminées en connectant des détecteurs de couple et de vitesse de rotation aux roues motrices du véhicule pour délivrer des signaux proportionnels au couple et à la vitesse angulai- re des roues respectives On prend au moins quatre jeux de lectures à différentes vitesses, La vitesse linéaire et la force qui décrivent le mouveioment du véhicule lui-même, sont alors calculées automatiquement pour chaque jeu de données à partir des signaux de couple, des signaux dé vitesse an- gulaire et des rayons des roues à l'aide des expressions suivantes; F = T 1/r 1 + T 2/r 2 ( 2) et V = 1/2 (Cr 1 + 2 r 2)) o: F force de traction linéaire du véhicule, V = vitesse du véhicule, ri, r 2 = les rayons des roues 1 et 2, Tl, T 2 le couple mesuré aux roues 1 et 2, et l Q 2 les vitesses angulaires des roues 1 et 2. La force de propulsion totale du véhicule est donnée par la somme des deux forces tangentielles des roues tandis que la vitesse du véihicule est représentée au mieux par la moyenne des deux Vitesses de surface des roues, Les quatre jeux de données pour F et V sont alors utilisés pour résou- dre l'équation donnée en ( 1) ci-dessus pour A, B Rf C et I, Cependant,la précision des mesures pour la force de travail et la vitesse, telle que données par cette mé- 3. thode, est directement proportionnelle à la stabilité des rayons des roues et à la capacité de détermination des dimen- sions exactes des rayons La dimension exacte du rayon d'une roue d'automobile en charge peut être difficile à dé- terminer, et peut varier significativement en fonction de la charge, de la température du pneu, de la pression de gonflage du pneu, de l'usure du pneu, de la vitesse et de l'accélération du véhicule, et de la surface de la route. En conséquence, la précision des mesures données aux cons- tantes A, B, C et I, et donc la capacité consécutive du dynamomètre à simuler précisément l'inertie et les forces de charge routière,est compromise de façon significative. En conséquence, l'objet premier de la présente in- vention est de prévoir un dispositif de mesure de la force d'un véhicule qui permette la mesure de la force du véhicu- le indépendamment du rayon de roue, En particulier, la pré- sente invention prévoit l'usage d'une cinquième roue pour déterminer précisément la vitesse du véhicule tandis qu'on l'essaie sur la route, Lors de l'essai sur un dynamomètre, l'usage d'une cinquième roue est facultatif puisqu'un si- gnal de vitesse précis est déjà fourni par le détecteur de vitesse du dynamomètre En raison de l'utilisation d'une cinquième roue, les détecteurs de vitesse de rotation montés sur les r Ques du véhicule ne sont plus utilisés pour four- nir la vitesse linéaire du véhicule En revanche, les dé- tecteurs de vitesse de rotation sont prévus principalement pour conditionner les signaux de couple lors de la conver- sion en force linéaire, Plus particulièrement, les détecteurs de couple et les détecteurs de vitesse de rotation couulés aux roues motrices du véhicule sont utilisés pour déterminer la puis- sance délivrée par le véhicule selon l'expression suivante: P M Ti 11 + T 2 2 ( 4) Il ressort de l'expression ci-dessug que ia valeur de la puissance (P) ainsi ohtenue est indépendante desàdimensions des rayons de roues, Une diminution du rayon de roue aura pour conséquence une augmentation de la force linéaire et une diminution proportionnelle de la vitesse du véhicule 4. et n'aura ainsi aucun effet sur la puissance délivrée par le véhicule La puissance (P) étant une valeur instantanée, de même que les valeurs du couple et de la vitesse angulai- re à partir desquels elle est calculée, il est important que les signaux de couple et de vitesse angulaire soient synchronisés précisément pour éviter une erreur potentiel- le pendant les transitions de -vitesse Les exigences de synchronisation sont bien sûr, moins strictes pour les mesu- res faites pendnt les conditions de régime stable Comme on le verra à la lecture de la description suivante d'une réalisation préférée, le système d'acquisition de données suivant la présente invention répond automatiquement aux exigences de synchronisation, Une fois que la valeur correcte de la puissance délivrée (P) est connue et qu'une valeur correcte de la vitesse (V) du véhicule est obtenue, soit à partir de la cinquième roue soit à partir-du signal du détecteur de vi- tesse à la sortie du dynamomètre, la valeur correcte de la force linéaire (F) du véhicule peut être obtenue comme suit: F = P/V ( 5) En conséquence,en combin Ant les deux expressions données en ( 4) et en ( 5), la valeur correcte de la force linéaire du véhicule peut être obtenue comme suit Tll T +,T 2 2 T 1 et T 2 étant exprimés en mnètres Newtons Al eta 2 en 1/secon- de, et V en mètres/seconde, F sera donné en Newtons On peut bien sur obtenir une lecture en livres en divisant les Newtons par le facteur de conversion 4,448 Ainsi, on appré- ciera qu'en utilisant la mesure de vitesse du véhicule ob- tenue à partir d'une cinquième roue pour déterminer la for- ce délivrée par le Vêhicule, le imprécisions associées à l'usage des dimensions de rayons, de roues sont évitées, D'autres objets et avantagea de la présente inven- tion ressortiront de la lecture de la description détaillée d'une réalisation préférée, qui fait référence au jeu de dessins suivant dans lequel: 5. La figure 1 est un schéma so QUS forme de blocs d'un dispositif de mesure de force d'un véhicule selon la présente invention; La figure 2 est un schéma sous forme de blocs d'un calculateur numérique utilisé dans un des modes de réalisation préférés de la présente invention; La figure 3 est un schéma fonctionnel sous forme de blocs du logiciel pour le calculateur numérique de la figure 2; et La figure 4 est un schéma électrique sous forme de blocs d'un autre mode de réalisation de la présente invention. En relation avec la figure 1, on a représenté un schéma de dispositif sous forme de blocs d'une applica- tion typique du présent dispositif de mesure de force d'un véhicule L'application particulière représentée en figu- re 1 correspond à un montage d'essai pour mesurer la for- ce délivrée par un véhicule en fonctionnement sur une rou- te, Les détecteurs de couple et de vitesse de rotation 12 sont connectés à chacune des roues motrices 13 du véhicule Dans le mode de réalisation préféré décrit ici, on uti- lise un détecteur de couple et de vitesse de rotation com- biné fabriqué par la firme dite "Lebow", n 11246-133-8 K Les détecteurs de couple comprennent des transducteurs du type à jauge de contrainte aptes à délivrer un signal analogique pro- portionnel à la force de torsion appliquée au transducteur par la roue motrice du véhicule Les détecteurs de vites- se de rotation comprennent des dispositifs à effet Hall ap- tes à produire un signal dont la fréquence est proportion- nelle à la vitesse de rotation de la roue. Une cinquième roue 14 conventionnelle à laquelle est connecté un tachymètre 16 à courant continu est fixée au pare-choc arrière du véhicule 10 de façon à fournir une lecture précise de la V tesse du véhicule, Dans le mo- de de réalisation préféré, la cinquième roue et le tachy- mètre à courant continu sont fabriqués par la firme dite "Nucleus",sous la désignation NC-7, Le tachymètre à courant continu par- 6. ticulier utilisé délivre un signal de sortie analogique direct proportionnel b la vitesse de rotation de la cin- quième roue, Les signaux de couple (T) et de vitesse angulai- re (a) générés par les détecteurs de couple et de vitesse de rotation 12, ainsi que le signal de vitesse (V) de la, cinquième roue issu du détecteur de vitesse 16, sont four- nis par l'intermédiaire d'un circuit 18 de conditionnement de signal à un calculateur numérique 20, Le micro-calcula- teur choisi dans le mode de réalisation préféré est fabri- qué par la firme dite "Northstar" bien que d'autres micro- calculateurs tels que le calculateur dit "XYCOM System n 3935 A", ou équivalent, qui sont spécialement conçus pour des environnements hostiles puissent être aussi utilisés. Comme on l'a représenté s ur le schéma de calculateur sous forme de blocs représenté en figure 2, le dispositif de microcalculateur comprend de préférence un affichage du type dit "CET" et un terminal à clavier 22, une interfa- ce d'entrée/sortie 24, un microprocesseur dit "Z 80 A 26 ", une unité arithmétique et logique 28 susceptible d'assurer les traitements mathématiques supplémentaires, un-module d'acquisition de données 30 à grande vitesse et une mémoi- re à cassette 32, Une mémoire morte programmable 34 d'une capacité de 32 K est prévue pour emmagasiner le logiciel nécessaire à la détermination de la force délivrée par le véhicule selon la présente invention Chacun des éléments identifiés en figure 2 est disponible commercialement chez différents-cqnstructeurs, Dans le mode de réalisation pré- féré, on a choisi les modules suivants; module d'acquisi- tion de données analogiques 30 dit Pual AIM-12; module dit "CPU Z 80 A" 26 Northstar; module 36 de sortie analogique; Dual AOM-12; interface d'entrée/sortie 24 dit Cromenco TU-ART; module RAM 32 K 38 et m Qdule mathématique matériel à virgule flottante 28: Northstari et tableau "PROM" 32 K dit Cromenco 32 K BS. Le module 30 d'acquisition de données analogi- ques sert à enclencher ou "lire" les signaux de couple (T 1 et T 2)-, de vitesse angulaire (al et a 2) et de vitesse 7. (V) à partir des différents détecteurs pour incrémenter le microcalculateur 26, Le couple et la vitesse étant des valeurs instantanées, il est important que le module 30 d'acquisition de données analogiques ait un temps de ré- ponse suffisamment court pour satisfaire les exigences de synchronisation du dispositif Dans le mode de réalisa- tion préféré représenté en figure 2, le module 30 d'acquisi- tion de données analogiques a un temps de réponse d'appro- ximativement 30 rsecondes, En consequence, les cinq signaux analogiques d'entrée peuvent être lus séquentiellement par le module approximativement en 150 secondes Tous les si- gnaux de détecteur analogiques étant filtrés initialement dans le circuit 18 de conditionnement de signaux (figure 1) par des filtres ayant une fréquence de coupure d'appro- ximativement 2 Hz, le temps d'acquisition du module 30 apparatt effectivement instantané par rapport au taux ma- ximal de fluctuation possible dans les valeurs des signaux de détecteur On remarquera aussi que les filtres des cir cuits de conditionnement de signal 18 sont de préférence tous identiques de façon à assurer une uniformité de re- tard pour chacun des signaux de détecteur, Le module 36 à sortie analogique sert à délivrer des signaux de sortie analogiques correspondant à la vites- se et à la force délivrées par le véhicule en vue d'enre- gistrement ou pour affichage sur un appareil analogique. L'équipement 40 du conducteur comprend essentiellement un commutateur qui est actionné manuellement par le conduc- teur du véhicule pour initialiser et terminer la procédure d'essai, Un schéma fonctionnel sous forme de blocs du logi- ciel requis pour ce mode de réalisation est représenté en figure 3, Comme on l'a représenté sur le schéma, les si- gnaux respectifs de couple (T) et de vitesse de rotation - de la route (c) issus de chacune des deux roues motrices du véhicule sont itig Int multiplies ensemble pour don- ner la puissance délivrée par chaque roue, Les deux pro- duits sont ensuite additionnés pour fournir la puissance délivrée totale (P) du véhicule qui, comme cela est indi- 8. qué sur le schéma, est égale à T 1 Q + T 2 a 2 La somme résul- tante est ensuite divisée par la valeur de la vitesse de véhicule (V) telle que mesurée par le détecteur de vitesse de la cinquième roue pour fournir la force linéaire déli- vrée par le véhicule. En liaison avec la figure 4, on a représenté un schéma électrique sous forme de blocs d'une exécution analogique de la présente invention, Les signaux de couple et de vitesse de rotation issus des'détecteurs 12 de cou- ple et de vitesse de rotation fixés à chaque roue motrice du véhicule sont fournis à un circuit 18 a de conditionne- ment de signal de jauge de contrainte et à un circuit 18 b de conditionnement de signal de fréquence, respectivement. Les circuits de conditionnement utilisés dans la réalisa- tion préférée sont fabriqués par la firmne dite "Daytronic",N 3140 et 3170, Le circuit 18 h de conditionnement de signal de fré- quence est apte à convertir le signal de fréquence issu du détecteur 12 de vitesse de rotation en un signal analogi- que correspondant, dont l'amplitude est proportionnelle à la fréquenca du signal de -vitesse de rotation de la roue. Comme on l'a remarqué en liaison avec la description du pre- mier mode de réalisation, les circuits de conditionnement 18 a et 18 b comprennent aussi des filtres identiques ayant des fréquences de coupure d'approximativement 2 Hz afin d'assurer un retard uniforme dans chacune des lignes de signal de détecteur, Les signaux respectifs de couple et de vitesse (TI,c 1 et T 2,a 2) issus de chacune des deux roues sont fournis aux entrées d'une paire de multiplicateurs analogiques 42 et 44,qui sont fabriqués dans le mode de réa- lisatioqn préféré par la finrme dite "Burr-Brown",N 4302,A ladifféren- ce du mode de réalisation numérique décrit ci-dessus qui fonctionne en série,le m Qde de réalisation analogique con-. tient des multiplicateurs analogiques séparés 42 et 44 qui peuvent, bien sûr, fonctionner simultanément, satisfaisant ainsi les exigences de synchronisation du système En d'au- tres termes, comne dans le premier mode de réalisation, les signaux de couple et de vitesse issus des détecteurs sont effectivement échantillonnés simultanément par les multipli- 9. cateurs analogiques 42 et 44,Les sorties des multiplicateurs analogiques 42 et 44 sont xe liée S ensemble et connectées à l'entrée inverseuse d'un amplificateur de sommation 46 dont la sortie est connectée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur tampon 48, La sortie de l'amplificateur tampon inverseur 48 est connectée à l'entrée "Y" d'un divi- seur analogique 50,qui dans le mode de réalisation préféré est aussi fabriqué par Burr-z Brown, n 4302, L'entrée "X" du diviseur analogique 50 est connectée de façon à recevoir le signal de vitesse du véhicule (V) du tachymètre à courant continu 16 couplé à la cinquième roue, Un diviseur analogi- que 50 est apte à diviser l'amplitude du signal fourni à son entrée "Y" par l'amplitude du signal délivré à son entrée "X" Ainsi, on appréciera que le signal analogique produit à la sortie "Z" du diviseur analogique 50 correspond à la force délivrée par le véhicule, La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art, 10. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure de force d'un véhicule destiné à mesurer la force délivrée par un véhicule pendant que celui-ci fonctionne sur une route, caractérisé,en ce qu'il comprend; des moyens de détection de couple connectés à chacune des roues motrices du véhicule pour délivrer un si- gnal de couple lié au couple de rotation appliqué aux roues; des moyens de détection de vitesse connectés à chacune des roues motrices du véhicule pour délivrer un si- gnal de vitesse angulaire lié à la vitesse de rotation des roues; une cinquième roue connectée au véhicule de façon que celle-ci tourne à la vitesse du véhicule; un moyen de tachymètre associé & la cinquième roue pour délivrer un signal de vitesse lié à la vitesse du véhicule et un moyen de circuit pour déterminer la force délivrée par le véhicule par addition des produits des signaux de couple et de vitesse angulaire issus de chacune des roues motrices et division du résultat par le signal de vitesse, 2 Dispositif de mesure de force d'un véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de circuit comprend un moyen pour échantillonner les va- leurs des signaux de couple, de vitesse angulaire et de vitesse sensiblement simultanément, 3 Dispo Qsitif de mesure de force d'un véhicule pour mesurer la force délivrée par un véhicule en essayant le véhicule sur place sur un dyna Momètre comportant une paire de rouleaux venant en engagement avec les roues motri- ces du véhicule et un tachymètre Associé aux rouleaux pour délivrer un signal de vitesse lié à la vélocité de surface des rouleaux, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen de détection de couple connecté à cha- cune des roues motrices du véhicule pour délivrer un signal de couple lié au couple de rotationappliqué aux voues; un moyen de détection de vitesse connecté à cha- 11. cune des roues motrices du véhicule pour délivrer un si- gnal de vitesse angulaire lié à la vitesse angulaire des roues; et un moyen de circuit pour déterminer la force délivrée par le véhicule par sommation des produits des si- gnaux de couple et de vitesse angulaire issus de chacune des roues mottices et division du résultat par le signal de vitesse. 4 Dispositif de mesure de force d'un véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de circuit comprend un moyen pour échantillonner les va- leurs des signaux de couple, de vitesse angulaire et de vi- tesse sensiblement simultanément,