Brevet FR2684182A1 — publié le 19930528

DISPOSITIF DE MESURE DES PERFORMANCES D'UN VEHICULE ET DE SON MOTEUR DESCRIPTION Le dispositif objet de la présente invention est destiné à mesurer la puissance du moteur d'un véhicule pendant son déplacement sur route ou sur piste, à une vitesse donnée du moteur, pour une ouverture donnée de l'admission, dans les conditions même de son utilisation et à servir à mesure le temps mis pour parcourir une distance donnée depuis l'arrêt ainsi que le temps mis pour passer d'une vitesse à une autre. Il peut aussi mesure la puissance absorbée à vitesse constante. A ce jour les dispositifs mesurant la puissance des moteurs sont soit des bancs de mesure pour moteurs soit des bancs à rouleaux actionnés par la voiture. Dans les deux cas ce sont des installations fixes, importantes et coûteuses : en outre le moteur ne fonctionne pas dans les conditions réelles d'utilisation. Ces installations conviennent peu pour l'usage auquel est destiné la présente invention. De plus elles ne peuvent mesurer la puissance absorbée par l'avancement du véhicule, due aux pertes mécaniques, aux forces aérodynamiques, aux frottements, à la résistance à l'avancement des pneumatiques. Toutes ces données conjuguées sont très utiles à ceux qui procèdent à la mise au point de moteurs et de véhicules, ou à leur entretien. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients. Son volume est faible - de la taille d'une "calculette" - il est portable, autonome, ne nécessite aucun branchement et peut mesurer aussi bien la puissance du moteur dans les conditions réelles de fonctionnement sur le véhicule, que la puissance absorbée par le véhicule pour avancer à une vitesse donnée. ll peut en outre mesurer les temps mis par le véhicule pour parcourir des distances standard depuis l'arrêt (400m ou 1000m) et les temps mis pour passer d'une vitesse à une autre. Son prix est modeste et, très souple d'emploi, permet une analyse rapide des paramètres intervenant dans le fonctionnement du moteur et du véhicule. Son fonctionnement repose sur l'exploitation de la relation fondamentale de la dynamique à savoir que la somme des forces appliquées à une masse m en mouvement est égale à la dérivée de la quantité de mouvement: l: (F)= d (nv) dt expression qui se réduit à z (8= m = m a avec a = dv dt (a : accélération prise par la masse mrsous l'effet des forces F) Par ailleurs on utilise le fait que la puissance est égale au produit de la force par la vitesse: P=(F) e On comprend donc que la mesure ou le calcul de l'accélération et de la vitesse du véhicule associés à la connaissance des masses et des inerties des organes en mouvement permet d'effectuer le calcul de la puissance du moteur ainsi que le calcul de la puissance absorbée par le véhicule pour avancer à une vitesse donnée constante. Un exemple simplifiée permet d'illustrer le principe du calcul des mesures. La fig re I montre une masse m animée d'une vites e v et soumise à de forces et qui lui communiquent une accélération t. F est la force motrice, f une force retardatrice. Le mouvement est supposé rectiligne et la trajectoire horizontale de telle sorte que le poids n'intervienne pas. On se propose de calculer la puissance du moteur générant la force F. Nous avonsF-f=mai soit F=f+mai La masse m ayant atteint la vitesse on supprime la force F. (Fi . 2). Le véhicule (masse m) est freiné par la force f avec une accélération négative a2 : - f = m a2 soit - f = ma2 et F = mai - ma2 = m (ai - a2) a2 Par suite : P = mv (al - a2) = puissance du moteur De même la puissance absorbée par la résistance à l'avancement est: Pr = mv (a2) Le dessin fourni en annexe, donné à titre d'exemple, permet de mieux comprendre le fonctionnement du dispositif. La figure 3 représente le véhicule (1) roulant sur une chaussée horizontale, m représente la masse du véhicule et de ses passagers et la masse équivalente aux moments d'inertie des organes tournants du véhicule tels que les roues, la transmission, les organes du moteur. L'action du moteur est équivalente à une forcetagissant sur la masse m;treprésente la force équivalente à toutes les actions freinant le mouvement du véhicule, telles que la résistance de l'air, la résistance à l'avancement induite par les pneumatiques, les frottements de la transmission. Un accéléromètre (2) mesure l'accélération (algébrique) à tout instant, de la masse m, dont la trajectoire est rectiligne et horizontale. La figure 4 montre les différents éléments de la chaîne de calcul des puissances. L'accéléromètre (2) est suivi d'un convertisseur analogique numérique (3) dont les données sont saisies par un microcontroleur (4). Un bloc mémorise (5) et un clavier (7) sont connectés au microcontroleur (4). Un bloc d'affichage (6) suit le microcontroleur. Supposons à titre d'exemple que nous ayons à mesurer la puissance du moteur d'un véhicule à une vitesse de rotation correspondant à une vitesse du véhicule de 80 km/h sur le 4è rapport de la boîte de vitesse et ce à pleine ouverture de l'admission. Le dispositif est fixé sur le véhicule en un point quelconque et son axe coïncide avec l'axe du véhicule. L'opérateur tape sur le clavier les caractéristiques du véhicule (la masse équivalente) et sa propre masse, ce qui informe le calculateur sur la masse équivalente totale m, puis la vitesse 80 km/h. Ensuite l'opérateur, étant aux commandes du véhicule lance celui-ci suivant une trajectoire horizontale et rectiligne et sur le 4è rapport dépasse la vitesse de 80 km/h à pleine admission. Le calculateur (4) programmé pour cela effectue depuis l'arrêt l'intégration de l'accélération et connaît donc à tout instant la vitesse du véhicule. Lorsque cette vitesse atteint la valeur de consigne 80 km/h le calculateur met en mémoire la valeur al de l'accélération correspondante. on a alors: :F-f=mai La vitesse étant supérieure à 80 km/h l'opérateur met le véhicule au point mort. La vitesse décroît et au passage par 80 km/h le calculateur (m) mémorise l'accélération correspondante a2 (a2 on a alors -f= m'a2 m' représente la masse équivalente m à laquelle on a soustrait la masse équivalente à l'équipage mobile du moteur, comme du calculateur (cette donnée est "rentrée" par l'opérateur sur le clavier) Le calculateur effectue alors le calcul: P(w) = v (mai - m'a2) et affiche le résultat. Le calculateur effectue en outre le calcul de la puissance absorbée par le véhicule à 80 km/h: Pa(w) = v. m'a2 et l'affiche si on le lui demande sur le clavier. Un perfectionnement consiste à programmer le calculateur pour qu'il effectue automatiquement tous ces calculs sur un rapport donné tous les 10 km/h par exemple. Les puissances correspondantes sont alors mémorisées et affichées sur simple commande du clavier. Bien entendu on ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant l'accéléromètre (2) par un compteur de vitesse. Le calculateur effectuerait alors à chaque instant la dérivation de la vitesse ce qui conduit à la connaissance des accélérations al et a2 de l'exemple. L'ensemble du processus du calcul des puissances restant inchangé. Le calculateur (n) est en outre programmé pour effectuer en permanence l'intégration de la vitesse du véhicule ce qui conduit à connaître depuis l'arrêt, la distance parcourue par le véhicule. Le microcontroleur possède une base de temps intégrée ce qui lui permet de mesurer le temps mis pour parcourir une distance fixée par l'opérateur ou préprogrammée. en général cette distance est soit 400 m soit 1000 m. Lorsque le véhicule (1) a parcouru plus de 1000 m le calculateur (4) peut fournir sur l'afficheur (6) le temps mis pour parcourir 400m ou 1000 m. Le calculateur est en outre programmé pour effectuer le calcul du couple moteur suivant l'expression: Cm (N.m)= P (W) 2 o n (trs 4) Sur demande de l'opérateur par le clavier (7) cette donnée peut être affichée sur (6) Enfin une variante de ce dispositif consiste à installer le calculateur (4) ailleurs que sur le véhicule, les informations en provenance des capteurs étant transmises par télémétrie au calculateur qui effectue alors les calculs déjà cités plus haut. Ce dispositif trouvera une application partout où se fait sentir la nécessité de mesurer les performances d'un moteur et du véhicule qu'il anime. C'est le cas des "préparateurs" de véhicules destinés à la compétition et au sport automobile. Chaque modification apportée sur le moteur ou le véhicule se traduit par des variations de performances qu'il est aisé de mesurer avec ce dispositif. On peut ainsi optimiser le fonctionnement du véhicule d'une manière méthodique. Le dispositif servira aussi aux réparateurs pour le contrôle technique, la détection d'anomalies dans le moteur en comparant ses performances avec celles fournies par le constructeur, l'évaluation de l'état d'un véhicule d'occasion. REVENDICATIONS 1 - Dispositif destiné à mesurer les performances d'un véhicule et de son moteur (puissance, couple) durant son déplacement sur une chaussée, caractérisé en ce qu'il se fixe sur le véhicule (1) et qu'il comporte un accéléromètre et/ou un capteur de vitesse (2) mesurant à tout instant l'accélération et/ou la vitesse du véhicule (1), et un calculateur (4) avec son horloge (8) recevant ces données sous forme analogique ou numérique qui effectue: a) Sur ces données des opérations de dérivation et d'intégration afin de disposer à tout instant de l'accélération, de la vitesse du véhicule (1) et de la distance parcourue par ce véhicule depuis l'arrêt. b) Le calcul de la puissance du moteur, de la puissance absorbée par le véhicule pour avancer à une vitesse donnée, du temps mis pour parcourir une distance donnée depuis l'arrêt, du temps mis pour passer d'une vitesse à une autre, tous ces calculs reposant sur l'exploitation de la relation fondamentale de la dynamique et de l'expression de la puissance, le dispositif comportant en outre des mémoires, des afficheurs, un clavier. 2 2 - Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un seul capteur d'accélération, la vitesse du véhicule et la distance qu'il parcourt depuis l'arrêt étant obtenues par intégration dans le calculateur (4). 3 - Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un seul capteur de vitesse, I'accélération étant obtenue par dérivation de la vitesse dans le calculateur (4) la distance parcourue par intégration de la vitesse dans le calculateur (4). 4 4 - Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le calculateur est un calculateur numérique programmable du type à microprocesseur intégrant des convertisseurs analogiques numériques, destinés à numériser les données des capteurs (2). 5 - Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est autonome en énergie électrique et qu'il ne comporte aucune liaison électrique avec les organes du véhicule. 6 6 - Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le calculateur lorsqu'il ne se trouve pas sur un véhicule (1) reçoit les informations des capteurs (2) par télémétrie.