Brevet FR2674634A1 — publié le 19921002

SYSTEME DE MESURE NUMERIQUE DE LA PUISSANCE DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un système de mesure de puissance des moteurs à combustion interne accouplé à un banc d'essai à régime transitoire. Le principe de ce banc d'essai est de coupler un moteur à un volant d'inertie, d'accélérer ce moteur et de mesurer l'accélération de celui-ci et ainsi en déduire la puissance en fonction de la vitesse de rotation. La mesure de la puissance d'un moteur à combustion interne sur un banc d'essai transitoire est traditionnellement réalisée par des systèmes totalement analogiques ne permettant pas l'exploitation des résultats pour la suite et étant incapables de fournir une précision suffisante. Le principe de cette invention est de traiter les informations d'une manière numérique depuis le capteur jusqu'à la courbe tracée à l'écran. Pour ceci, un système à microprocesseur est nécessaire. Le principal avantage de cette technique est bien sûr de n'avoir aucune perte de précision tout au long de la chaîne de mesure. L'autre avantage est de pouvoir conserver cette information sous forme numérique et, grâce à un logiciel adapté, de pouvoir traiter ces informations pour tracer des courbes, faire des comparaisons et traiter statistiquement ces mesures. Le système de mesure se compose de plusieurs éléments: 1 - Le capteur de vitesse de rotation est un capteur de type "encodeur incrémental" qui fournit des impulsions électriques tous les 1/1000e de tour : ce genre de capteur est tout-à4ait standard; il est vendu par les fabricants d'appareils de métrologie. La fréquence des impulsions est alors directement proportionnelle à la vitesse de rotation du capteur. Ce capteur de vitesse de rotation est accouplé à la masse en rotation entraînée par le moteur à combustion interne. Le capteur mesure la vitesse de rotation de la masse. En multipliant cette vitesse par le rapport de démultiplication de la boîte à vitesse et, de la transmission en sortie de boîte, on en déduit la vitesse de rotation du moteur. 2- Le signal numérique sortant du capteur de rotation (train d'impulsions ayant une fréquence proportionnelle à la vitesse) est transmis à une carte de comptage pilotée par l'ordinateur. La transmission peut se faire suivant deux principes: Le plus simple étant un câble électrique qui transmet ces impulsions à la carte de comptage. Le plus fiable étant de convertir ces impulsions électriques en impulsions lumineuses qui sont transmises par fibre optique à la carte de comptage qui les reconvertit en impulsions électriques. Ce second système de transmission a pour avantage d'éviter toutes les interférences qui peuvent modifier le signal et y ajouter des impulsions (en outre le système d'allumage du moteur est source d'importants parasites qui peuvent interférer avec l'information électrique du signal digital). Le schéma électrique du convertisseur signaux électriques -signaux optiques est représenté en figure 1. N'importe quelle fibre optique ayant une capacité de transfert d'informations d'au moins 1 Mbyte/s convient. 3- La carte de comptage (schéma électrique figure 2) assure dans un premier temps la conversion du signal digital optique en signal électrique. Celle carte pilotée par l'ordinateur dispose de deux compteurs en parallèle comptant chacun à leur tour les impulsions arrivant du capteur de vitesse de rotation. Le temps de comptage de chaque compteur est réglé par l'ordinateur et se situe entre 10 et 100 millisecondes. La détermination de ce temps se fait en fonction de la durée totale de la mesure et du nombre de points que l'on désire obtenir pour celle-ci : (à chacun de ces intervalles de temps on obtient un nouveau point). par exemple si on désire 200 points et que la mesure dure 10 secondes,l'intervalle de temps sera t = 10/200 = 0,05 s = 50 ms. Un petit intervalle de temps donnera beaucoup de points de mesure mais une plus grande imprécision sur la valeur calculée de la puissance, un grand intervalle de temps donnera une grande précision sur la puissance mais peu de points. Ce choix doit donc être un compromis entre la précision et le nombre de points. Si ce temps de comptage est de 50 ms, chaque compteur compte le nombre d'impulsions reçues durant ces 50 ms alors que l'autre compteur est arrêté et contient le nombre d'impulsions comptées durant les 50 ms précédentes. Ce compteur A contient donc une valeur constante pendant ces 50 ms et peut être lu par l'ordinateur alors que la valeur du compteur B (qui continue de compter) augmente à chaque fois qu'une nouvelle impulsion arrive. Toutes les 50 ms il y aura une permutation des compteurs : celui qui comptait va s'arrêter et contiendra le nombre d'impulsions reçues pendant ces 50 ms alors que l'autre se remettra à zéro et commencera aussitôt à compter les impulsions. L'ordinateur aura alors 50 ms pour lire le compteur arrêté, pour calculer la vitesse, la puissance et pour afficher ces dernières. Ce calcul est confié au logiciel associé à la carte). La précision de ce système de mesure est donc due uniquement à la précision du capteur de vitesse de rotation, c'est-à-dire 1/1000e de tour, ce qui, pour une durée d'acquisition de 50 ms correspond à àune imprécision sur le calcul de la puissance d'environ 0.1 % . On obtient à l'écran une courbe d'une extrême précision qu'aucun système analogique ne peut égaler. De plus, ces valeurs sont stockées numériquement dans l'ordinateur et ne perdent en aucun cas leur précision, ce qui ne peut être possible avec un système analogique traditionnel. Le logiciel associé à une carte d'acquisition permet de tracer des courbes de puissance en temps réel: Après chaque intervalle d'acquisition (50 ms par exemple), l'ordinateur va lire le nombre d'impulsions que l'un des deux compteurs a précédemment compté (pendant que l'autre compte) puis calcule la vitesse de rotation Wt instantanée à l'instant t. Avec N: nombre d'impulsions n: nombre d'impulsions par tour de l'encodeur T: durée de l'intervalle d'acquisition (50 ms par exemple) puis stocke en mémoire cette valeur de vitesse, et connaissant la vitesse W(t.T) à l'instant t-T calcule la puissance J : moment d'inertie de la masse couplée au moteur. pour afficher à l'écran le point (Pt, Wt) La succession des points pour chaque instant trace la courbe de puissance. La valeur du couple ,peut ,elle aussi ,être calculée Une seule mesure suffit pour avoir en temps réel deux courbes: la puissance et le couple en fonction de la vitesse de rotation du moteur. Ce logiciel, outre l'acquisition des données, permet de les traiter pour faire par exemple des statistiques (moyenne de plusieurs courbes, puissance maximum...). Agrandissement de certaines zones de l'écran pour avoir une meilleure précision de lecture.ll permet aussi de conserver ces informations en les sauvegardant sur disque dur pour pouvoir par la suite les traiter, les comparer. REVENDICATIONS 1. Système de mesure de puissance des moteurs à combustion interne accouplé à un banc d'essai à à régime transitoire traitant les informations d'une manière numérique depuis le capteur jusqu'à la courbe tracée à l'écran grâce à un système à microprocesseur. 2. Système selon la revendication 1 caractérisé par un capteur de vitesse de rotation fournissant des impulsions électriques tous les 1/1000émue de tour fournies à une carte électronique de comptage en temps réel selon la figure 2. 3. Système selon la revendication 2 caractérisé par une transformation des signaux électriques provenant du capteur de vitesse de rotation en impulsions optiques selon la figure 1. 4. Système selon les revendications précédentes caractérisé par un traitement de l'information par un logiciel de mesure calculant la puissance en temps réel et traçant les courbes à l'écran.