Brevet FR2875600A1 — publié le 20060324

La présente invention concerne un dispositif de mesure, permettant de mesurer le couple et la puissance d'un véhicule terrestre en fonction de son régime moteur, ce type de moteur pouvant être thermique ou électrique. Les procédés de mesure de couple et de puissance du moteur d'un véhicule 5 terrestre à ce jour, nécessitent la mise en place d'un dispositif de mesure appelé couramment: banc à rouleaux . Le banc à rouleaux est un dispositif de taille assez conséquente puisqu'il reçoit sur ses rouleaux le véhicule à tester. L'armature doit être fixée au sol avec certaines parties dans le sol, ce qui nécessite des travaux de bâtiment lors de la mise en place et rend l'installation permanente. La conception et les travaux nécessaires à son installation font du banc à rouleaux un système coûteux, ne le mettant à la portée que des garages spécialisés. Ce dispositif permanent oblige le déplacement des véhicules à tester vers le banc à rouleaux. L'accès à cette technologie n'est pas pratique, d'une part si le véhicule n'est pas en mesure d'emprunter la voie publique, d'autre part si le banc à rouleaux n'est pas à proximité, certaines régions ne sont munies que d'un seul banc à rouleau. Par ailleurs, trouver un dispositif de ce genre pour tester un véhicule à 4 roues motrices est encore plus difficile, la plupart des bancs à rouleaux ne pouvant accueillir qu'un seul train de roues. Ces bancs sont très utiles pour la mise au point des véhicules, dans une optique sportive, mais également pour vérifier les performances d'un moteur en cas de doute. En raison de son coût initial, chaque passage au banc est facturé très cher, par conséquent l'accès à un banc à rouleaux n'est pas à la portée de tous. Des systèmes alternatifs au banc à rouleaux existent avec l'inconvénient de 25 manquer de compatibilité entre les gammes de véhicules, ce qui nécessite des connexions spécifiques à une marque ou à une technologie donnée. Le dispositif selon l'invention permet de remédier aux inconvénients du banc à rouleaux et systèmes similaires en proposant un moyen de mesure universel et techniquement accessible au plus grand nombre. II s'adresse non seulement aux voitures, mais également aux camions, motos, kartings, qu'ils soient équipés d'un ou plusieurs jeux de roues motrices. Le dispositif selon l'invention nécessite une prise de mesure qui consiste à effectuer une accélération du véhicule à tester sur une portion de route plate avec un minimum de facteurs pouvant entraîner une différence entre deux mesures, par exemple une route glissante, une chaussée déformée, des rafales de vent. Un banc à rouleau permet seulement de mesurer l'accélération d'un ou plusieurs rouleaux de masses et de tailles connues. L'inertie des rouleaux étant connue, le couple du véhicule se déduit assez facilement, en jouant sur quelques coefficients correctifs. Le dispositif décrit ici, utilise un outil de calcul qui exploite l'accélération du véhicule sur la route pour achever les mêmes calculs. Les paramètres pris en compte sont plus nombreux, et la précision du résultat final dépendra de la bonne connaissance de ces derniers. Un véhicule, lorsqu'il se déplace, doit contrecarrer différents éléments qui s'opposent à son avancement: ^ La résistance au roulement par frottement sur le sol. ^ Les forces aérodynamiques. ^ La pente. ^ L'inertie de composants qui sont en rotation et reliés au moteur, en particulier les roues, les disques de frein, la transmission, le volant moteur. La résistance au roulement dépend du poids du véhicule, de la pression et de la 15 température des pneus, ainsi que de la vitesse. La traînée aérodynamique croît selon le carré de la vitesse du véhicule et dépend de la masse volumique de l'air, du SCx (Cx * surface frontale) et de la vitesse. Le dispositif utilisera donc un paramètre crucial et cela continuellement lors de l'accélération: le régime moteur. Ce régime moteur sera échantillonné tout au long de l'accélération du véhicule et permettra de calculer l'accélération et la vitesse via la démultiplication de boite et la taille de pneus du véhicule testé. Le calcul du couple et de la puissance en fonction du régime moteur fait intervenir des formules mécaniques standards prenant en compte tous ces paramètres. Formules mécaniques standards (pour information) : (M+Mr)ax= (Te * Ntf * rjtf)/r - Rx - Da M: masse du véhicule. Mr: masse équivalente des composants tournants. ax: accélération du véhicule. Te: couple moteur. Ntf: ratios combinés du rapport de boite utilisé pour la mesure et du couple conique. rjtf: efficacité combinée de la transmission et de la boite. r: rayon de(s) la(es) roue(s) motrice(s). Rx: Force de résistance au roulement. Da: Force d'opposition aérodynamique. Da = 0.5 * p *V2 * Cx *A P: densité de l'air (dépend de la température et de la pression de l'air). V: vitesse du véhicule. Cx: coefficient de traînée aérodynamique. A: Surface frontale du véhicule. Rx= Fr* M Fr: coefficient de résistance au rôulement. P = (Te * RPM)/7028 P: Puissance moteur en Chevaux. RPM: Régime de rotation du moteur en tr/min. Te: exprimé en N.m. Le dispositif va permettre de donner la puissance et le couple en fonction du régime d'un moteur thermique par simple connexion électrique sur la prise allume cigare ou sur les bornes de tension d'alimentation électrique du véhicule. C'est la fréquence des impulsions issues de l'alternateur qui sera extraite du circuit d'alimentation électrique du véhicule, et convertie en régime moteur. Le régime moteur sera la valeur de base pour le calcul de puissance et de couple acquis lors de la prise de mesure. Le régime moteur sera déterminé par un circuit électronique. En sortie de ce dernier est communiquée la valeur régime qui permet d'obtenir le régime en fonction du temps. Le régime en fonction du temps permettra de calculer l'accélération et la vitesse du véhicule puisque le moteur est couplé à une boîte de vitesses directement relié aux roues motrices. Les valeurs du régime en fonction du temps seront incluses dans une série de 25 calculs mécaniques. Ces calculs peuvent être effectués par un ordinateur portable ou ordinateur de poche. Le calcul effectué utilisera non seulement les données du régime en fonction du temps mais aussi les données citées ci-dessous: ^ Poids du véhicule au moment du test, représenté par M dans les formules mathématiques et intervenant dans le calcul du couple. ^ Caractéristiques aérodynamiques du véhicule testé : le Coefficient SCx, ou Cx et surface frontale. Ce coefficient est représenté dans les formules mathématiques par Cx et aura une incidence directe dans l'évaluation des forces d'opposition aérodynamiques. ^ Dimensions des roues motrices ou Diamètre réel: permet de connaître la distance parcourue, la vitesse du véhicule, ainsi que son accélération par rapport au régime moteur et aux rapports de la boîte de vitesses. ^ Pression des pneus: rentre en compte dans les calculs de frottements au sol. ^ Caractéristiques de la boîte à vitesses, rapports de boîte et couple conique: grâce à ces valeurs il est possible de connaître la vitesse de rotation des roues motrices à partir du régime moteur. ^ Perte en % dans les transmissions: cette valeur est communiquée par les constructeurs. ^ Température de l'air ambiant au moment du test: les variations de température ont une influence directe sur la densité de l'air utilisé par les moteurs thermiques ainsi que sur les pertes par traînées aérodynamiques, et par conséquent sur le couple du moteur. ^ Pression atmosphérique sur les lieux du test: les variations de pression ont une influence directe sur la densité de l'air utilisé par les moteurs thermiques ainsi que sur les pertes par traînées aérodynamiques, et donc sur le couple du moteur. ^ Humidité présente dans l'air au moment du test: les variations d'humidité ont une influence directe sur la densité de l'air utilisé par les moteurs thermiques ainsi que sur les pertes par traînées aérodynamiques, et ainsi sur le couple du moteur. ^ Nombre de cylindres du moteur du véhicule testé. L'aboutissement de ce calcul permettra de connaître la puissance et le couple en fonction du régime moteur recueilli lors de la mesure. Le circuit électronique incorporé dans le dispositif, aura pour rôle de déterminer le régime moteur, à partir d'une connexion électrique sur un allume cigare ou aux bornes 25 d'un fil d'alimentation et de masse du véhicule testé. L'alimentation du circuit électronique est fournie par la tension d'alimentation du véhicule qui permet à la fois une mise sous tension et une source de signaux, nécessaires à l'évaluation du régime moteur. Ces signaux, interprétés par le circuit électronique, permettront de déterminer le 30 régime moteur qui sera communiqué à l'outil de calcul. Le circuit électronique inclut les fonctions suivantes: ^ La régulation de l'alimentation pour la mise sous tension du circuit. ^ L'extraction des fréquences présentes sur le réseau d'alimentation, nécessaires pour déterminer le régime moteur, en particulier celles issues de l'alternateur. L'alternateur, de part sa conception, fournit une fréquence qui varie en fonction de sa vitesse de rotation et une autre qui est directement en relation avec la position des cylindres. Bien que la tension de l'alternateur soit régulée, il est possible de détecter sur la tension d'alimentation à la fois la fréquence des alternances de l'alternateur ainsi que les variations de tension aux moments des explosions de chaque cylindre. Ces deux fréquences sont superposées, et d'autres signaux, tels que la bobine d'allumage, les ventilateurs, peuvent être détectés sur le réseau d'alimentation; l'utilisation d'un DSP (Digital Sound Processor) sera donc nécessaire pour effectuer le filtrage, l'analyse et le traitement des signaux souhaités. ^ Une interface permettant une communication bidirectionnelle pour: recevoir les commandes de fonctions du circuit électronique: remise à zéro, initialisation, choix du nombre de cylindres. - émettre l'information régime moteur. ^ Des capteurs de température, hygrométrie et pression atmosphérique permettant de connaître les caractéristiques atmosphériques qui rentrent en compte dans le calcul du couple et de la puissance. Revendications 1) Dispositif pour mesurer le couple et la puissance d'un véhicule terrestre motorisé, à partir de son régime moteur caractérisé en ce que le régime moteur est recueilli par extraction des fréquences présentes sur le réseau d'alimentation électrique du véhicule par un circuit électronique, le régime moteur faisant l'objet d'un traitement par un outil de calcul afin de produire les résultats. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boîtier électronique effectue un nombre de mesures comme la température de l'air, la pression atmosphérique, l'humidité présent dans l'air et que les autres données sont introduites par un opérateur: poids du véhicule, caractéristiques aérodynamiques, dimensions des roues motrices, pression des pneus, rapports de boîte de vitesses, perte dans les transmissions, altitude et le nombre de cylindres du moteur afin de donner les caractéristiques intrinsèques du véhicule. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la connexion à l'alimentation du véhicule se fait à partir de l'allume cigare. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'outil de calcul est un ordinateur portable ou de poche PDA 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'outil de calcul et d'affichage est intégré au circuit électronique. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit électronique peut mesurer la température et la pression atmosphérique.