Brevet FR2932882A1 — publié le 20091225

Procédé de simulation du jaugeage d'un réservoir à liquide La présente invention se rapporte à un procédé de simulation du jaugeage d'un réservoir à liquide, en particulier d'un réservoir de carburant liquide d'un véhicule, de préférence moyennant un dispositif de traitement de données contenant un modèle virtuel du réservoir comportant un volume interne, une paroi délimitant ledit volume interne, et un point d'extraction de liquide dans ce volume interne. Par réservoir à liquide on entend désigner tout réservoir pour une matière liquide de nature quelconque. L'invention s'adresse de préférence à ceux que l'on monte sur des véhicules motorisés tels que des véhicules automobiles, tels que les réservoirs à carburant ou à additif anti-pollution (urée par exemple, qui sert à réduire les NOx dans les gaz d'échappement). Elle s'adresse plus particulièrement aux réservoirs à carburant liquide. De tels réservoirs peuvent être fabriqués par toute technique connue avant d'être équipé de la jauge de liquide. Ils peuvent par exemple être obtenus par emboutissage et/ou soudure de tôles d'acier, par extrusion-soufflage de paraisons en matière plastique de divers types, par coulée ou injection de diverses matières dans un moule ou par toute autre technique apte à la fabrication d'objets creux fermés capables de contenir des liquides. L'invention convient particulièrement pour la simulation de réservoirs en matière plastique, plus particulièrement ceux obtenus par la technique d'extrusion-soufflage. Par jauge on entend désigner toute jauge de volume de liquide basée sur l'observation du niveau de la surface libre du liquide contenu dans un réservoir telle qu'une jauge à flotteur, une jauge basée sur la mesure de la variation d'une propriété électrique de la jauge plongée dans le liquide ou une jauge qui combine un système à flotteur et un dispositif électrique qui lui est couplé ou tout autre type de jauge. La jauge conforme à l'invention peut se présenter sous différentes formes telles qu'une jauge rectiligne, circulaire ou de forme quelconque. Par véhicule on entend désigner tout engin mobile pouvant se déplacer dans une direction quelconque variant au cours du déplacement selon une pente qui peut elle-même varier aussi au fil du déplacement et plus particulièrement ceux qui peuvent se déplacer sur une surface horizontale ou inclinée. 2932882 -2 Par dispositif de traitement de données, on entend désigner tout dispositif programmable permettant de traiter un ensemble de données, en particulier sous forme de fichiers de données informatiques, suivant un ensemble d'instructions logiques, ou logiciel. En particulier, on entend désigner de cette façon tout 5 ordinateur électronique programmable. Par support informatique, on entend désigner tout dispositif de rétention de données lisible par un tel dispositif de traitement de données, comme, par exemple, un dispositif de mémoire optique, tel qu'un CD-Rom, DVD, ou autres, un dispositif de mémoire magnétique, tel qu'un disque dur, bande magnétique, 10 disquette, ou autres, ou un dispositif de mémoire électronique, tel qu'une puce de mémoire, flash ou autres. Par modèle virtuel, on entend désigner toute description détaillée sous forme de fichiers de données informatiques, en particulier des fichiers de données informatiques aptes à être traités par des logiciels de conception assistée 15 par ordinateur (CAO). Dans la production de réservoirs à liquide un des obstacles les plus importants est celui d'assurer la précision du jaugeage. Ce problème est particulièrement aigu dans le domaine des réservoirs de carburant liquide pour véhicules, puisque les contraintes de conception et notamment d'espace pour ces 20 réservoirs imposent souvent des formes très complexes et présentent des problèmes particuliers de jaugeage. En outre, en usage, des tels réservoirs sont souvent soumis à des inclinaisons et/ou accélérations causant des inclinaisons des surfaces liquides et, par ce biais, des erreurs de jaugeage pouvant être considérables si l'emplacement, la forme, et l'orientation de la jauge à liquide ne 25 sont pas optimaux. Pendant longtemps, les paramètres d'emplacement, forme, et orientation des jauges ont été déterminés en essayant plusieurs configurations différentes jusqu'à trouver une configuration remplissant un cahier de charges prédéterminé. Ceci est toutefois une méthode relativement inefficace, exigeant des moyens 30 considérables et soumise à erreur. Afin de faciliter la configuration des jauges, un procédé itératif de simulation de jaugeage a été donc proposé dans le brevet européen EP 0 595 389, permettant de concevoir des jauges plus précises, en particulier avec des moyens de CAO. Toutefois, ce procédé de l'état de la technique comporte aussi des inconvénients. En particulier, la nature itérative du procédé exige un temps de calcul considérable. - 3 L'objet de la présente invention est donc celui de fournir un procédé de simulation de jaugeage permettant générer une jauge peu sensible à l'inclinaison de la surface du liquide dans le réservoir, et cela de manière plus rapide. L'idée à la base de la présente invention dérive du fait que, pour chaque niveau de remplissage, le barycentre de la surface libre (c.à.d. son centre de gravité) de liquide dans le réservoir est normalement le point le moins sensible aux inclinaisons de la surface libre de liquide. La présente invention atteint donc l'objet susnommé par un procédé de simulation de jaugeage d'un corps creux destiné à contenir un liquide et comportant les étapes suivantes: - pour plusieurs volumes de remplissage partiel différents dudit corps creux, calcul du barycentre de la surface libre de liquide correspondante, - génération d'une courbe de jaugeage passant sensiblement par chacun desdits barycentres. De cette manière on réussit à générer, de manière simple et rapide, une courbe de jaugeage approchant la courbe de jaugeage optimale. Avec des corps creux (réservoirs) de forme complexe, le barycentre de la surface libre du liquide peut se déplacer sensiblement selon l'inclinaison de cette surface libre. Afin de mieux approcher la courbe de jaugeage optimale, il est donc normalement préférable de répéter l'opération de calcul du barycentre pour un volume de remplissage partiel donné, avec différentes inclinaisons du réservoir (tant en termes d' amplitude que de direction) et de faire une moyenne des barycentres. En d'autres termes : il est préférable, pour chaque niveau de remplissage du réservoir, de calculer la moyenne des barycentres obtenus en faisant varier l'angle d'inclinaison et l'angle d'orientation de celle-ci. Dans cette variante de l'invention, on entend désigner par: - �angle d'inclinaison� ou de pente, l'angle 0 que fait un plan de référence du réservoir avec l'horizontale; dans un système de coordonnées orthogonales, on peut définir 2 axes orthogonaux X et Y compris dans le plan de référence (par exemple: l'axe X allant de l'avant vers l'arrière du véhicule et l'axe Y allant de la gauche vers la droite du véhicule) et un axe Z orthogonal à ce plan; l'angle 0 est alors l'angle dont a basculé l'axe Z dans la position inclinée (en pente) du réservoir; et - �angle d'orientation� ou de direction, l'angle a selon laquelle l'inclinaison est appliquée; dans le système de coordonnées orthogonales défini ci-dessus, il s'agit en fait de l'angle que fait la perpendiculaire à l'axe autour duquel le 2932882 -4 plan de référence a basculé, avec l'axe X (ou l'angle que fait l'axe autour duquel le plan de référence a basculé, avec l'axe Y). La figure 11 en annexe au présent mémoire illustre schématiquement ces définitions. 5 Dans le domaine des véhicules, et en particulier des véhicules automobiles, on trouve souvent des réservoirs à carburant liquide en forme de selle (�saddle tanks�) ou de �U� (selle renversée), normalement destinés à être placés au dessus d'un tunnel de transmission, et comportant deux poches inférieures avec chacune un point d'extraction de liquide. Ces réservoirs présentent, de par leur 10 forme, des problèmes particuliers pour la simulation du jaugeage. De préférence, dans le procédé simulation de jaugeage d'un tel réservoir en forme de selle (inversée), la courbe de jaugeage peut être en forme d'Y inversé se bifurquant à un point prédéterminé de transfert de liquide entre les deux poches inférieures. De préférence, ladite courbe de jaugeage peut alors comporter aussi deux points 15 de transition situés chacun à mi-chemin entre ledit point de transfert de liquide et le barycentre le plus haut calculé pour chaque poche. Ceci est expliqué plus en détails dans les figures 8 à 10 annexées au présent mémoire et dans le texte qui s'y rapporte. Dans une variante préférée de l'invention, le corps creux (réservoir) 20 comprend un module d'extraction destiné à prélever du liquide via un point d'extraction. Dans cette variante, afin de pouvoir jauger le réservoir sensiblement jusqu'à sa vidange complète, la courbe de jaugeage commence de préférence par au moins un point de départ proche du ou coïncidant avec ledit point d'extraction de liquide, cette dernière variante étant préférée. Pour éviter une transition 25 brusque de la courbe de jaugeage entre ce point de départ et les premiers desdits barycentres calculés, le procédé peut de préférence comporter aussi une étape de lissage de la courbe de jaugeage sur un tronçon initial comprenant le point de départ et celui des barycentres qui en est le plus proche. Ce lissage peut par exemple se faire en appliquant une courbe suivant une fonction 1/x. 30 Normalement, les réservoirs de carburant pour véhicules automobiles comportent un module pompe/jauge, avec un périmètre habituellement ouvert vers le haut de manière à servir de réserve de combustible, dans lequel une pompe d'extraction de carburant connectée audit point d'extraction de liquide est située, et à l'extérieur duquel la jauge de combustible est mobile. Le réservoir 35 dont le jaugeage est simulé suivant le procédé de l'invention peut comporter un tel module dont le point d'extraction de liquide peut se trouver à l'intérieur de ce 2932882 -5 périmètre et donc, normalement ne pas être directement accessible par la jauge. Avantageusement dans ce cas, ledit premier point de la courbe de jaugeage peut être le point du périmètre dudit module de jaugeage le plus proche du point d'extraction de liquide. 5 Souvent, la jauge prend la forme d'un bras flotteur fixé de manière basculante sur un module tel que décrit ci-dessus autour d'un axe traversant ledit module. La jauge va donc suivre un arc de cercle autour d'un axe de rotation passant par le module de jaugeage. Dans ce cas, il est normalement préférable que le procédé de simulation de l'invention comporte en outre une étape 10 d'approximation de ladite courbe de jaugeage par au moins un arc de cercle centré sur l'axe susmentionné (voir figure 1 en annexe). Normalement, et surtout dans les réservoirs de forme complexe, le volume de remplissage n'est pas linéaire par rapport au niveau jaugé. En outre, la plupart des jauges ne mesurent pas directement la hauteur de liquide mais plutôt un 15 angle traduit en résistance (qui varie en fonction de la position du bras flotteur). De préférence, le procédé de simulation de l'invention peut donc comporter aussi une étape de calcul d'une courbe d'étalonnage de la jauge qui donne la valeur de la hauteur de liquide en fonction de la résistance (h = f(R), qui est caractéristique d'une jauge donnée), ainsi qu'une étape de calcul du volume de liquide associé à 20 une hauteur donnée (V = f(h), qui est elle caractéristique d'une géométrie de réservoir donnée). De préférence, dans le procédé selon l'invention, on procède à l'étalonnage de plusieurs jauges différentes et on sélectionne la jauge dont la courbe d'étalonnage est telle qu'elle provoque la plus faible erreur de jaugeage. On 25 s'arrange alors pour que le mouvement de la jauge épouse au mieux la courbe de moindre erreur. Par rapport à cette courbe d'étalonnage, une inclinaison de la surface libre du liquide provoquera normalement une erreur de jaugeage. Avantageusement, le procédé de simulation de l'invention peut comporter aussi une étape de calcul 30 d'au moins une erreur de jaugeage par rapport à ladite courbe d'étalonnage pour un plan de coupe incliné par rapport aux plans de coupe de la courbe d'étalonnage. Dans un réservoir réel, et en particulier dans un réservoir en matière synthétique, le vieillissement du matériau du réservoir et la déformation 35 conséquente du réservoir peuvent aussi être une source d'erreurs de jaugeage. Etant donné qu'il est possible de simuler la déformation du réservoir due au 2932882 -6 vieillissement du matériau, le procédé selon l'invention peut avantageusement comporter les étapes suivantes: - simulation d'une déformation du réservoir pour au moins une période de vieillissement, et 5 - calcul d'au moins une erreur de jaugeage par rapport à ladite courbe d'étalonnage pour cette période de vieillissement. La conception d'un réservoir avec jauge est souvent soumise à un cahier de charges comportant, pour la jauge, au moins une erreur de jaugeage maximale admise. De préférence, le procédé suivant l'invention peut donc comporter aussi 10 une étape de validation de la jauge qui consiste à vérifier si aucune erreur de jaugeage calculée ne dépasse une erreur de jaugeage maximale prédéterminée. La présente invention se rapporte aussi à un procédé de fabrication d'un réservoir à liquide, en particulier d'un réservoir de carburant liquide d'un véhicule, sur base d'un modèle virtuel du réservoir, caractérisé en ce que des 15 paramètres d'emplacement, de forme, et d'orientation de la jauge sont déterminés par le procédé de simulation de l'invention. La présente invention se rapporte aussi à un dispositif de traitement de données programmé pour effectuer ledit procédé de simulation, à un logiciel pour effectuer ledit procédé de simulation, et à un support informatique lisible 20 par un dispositif de traitement de données et comportant un logiciel permettant ledit dispositif de traitement de données d'effectuer ledit procédé de simulation. Des détails concernant l'invention sont décrits ci-après en faisant référence aux dessins. La figure 1 présente une vue en coupe transversale d'un réservoir de 25 liquide à simuler suivant un mode de réalisation du procédé de l'invention; la figure 2 présente une vue schématique en perspective d'un modèle virtuel du réservoir de la figure 1 et d'un plan de coupe; la figure 3 présente une vue schématique en perspective d'un modèle virtuel du réservoir de la figure 1 et de plusieurs plans de coupe; la figure 4 présente une vue schématique d'un modèle 30 virtuel du réservoir de la figure 1 et une courbe de jaugeage générée suivant un mode de réalisation du procédé de l'invention; la figure 5 présente une vue en coupe transversale schématique d'un module de jaugeage avec un point d'extraction de liquide à l'intérieur, et le point de départ d'une courbe de jaugeage générée suivant un autre mode de réalisation du procédé de l'invention; 35 la figure 6 présente une courbe d'étalonnage générée suivant un mode de réalisation de l'invention; la figure 7 présente une vue schématique des effets 2932882 -7 d'un vieillissement du réservoir de la figure 1; la figure 8 présente une vue schématique en perspective d'un modèle virtuel d'un réservoir de liquide en forme de selle dont le jaugeage est à simuler suivant un autre mode de réalisation du procédé de l'invention; la figure 9 présente une vue schématique d'une coupe 5 dans le réservoir de la figure 8 et une courbe de jaugeage théorique issue de la simulation; enfin, la figure 10 illustre la courbe de jaugeage �pratique� issue du modèle. Un exemple typique de réservoir 1 de carburant liquide d'un véhicule automobile est représenté schématiquement dans la figure 1. Ce réservoir 1 10 comporte une paroi 2 délimitant un volume interne 3 et, dans ce volume interne 3, un point 4 d'extraction de liquide, et un module pompe/jauge 5 comportant un périmètre 6 en contact avec ladite paroi 2, une pompe d'extraction de liquide (non représentée, mais située dans ledit périmètre 6) et une jauge 7 à bras flotteur basculant sur un axe 8. 15 Lors de la conception d'un tel réservoir 1, il est habituel d'utiliser des dispositifs de traitement de données programmés avec des logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO). Avec de tels moyens et sur base de différentes contraintes techniques liées, par exemple, à la géométrie et à l'espace disponible, à la résistance mécanique, ou au procédé de fabrication du réservoir 20 1, un concepteur peut créer un modèle virtuel, sous forme de fichiers informatiques décrivant le réservoir 1, pouvant être représenté de forme graphique, par exemple sur un écran ou bien sur papier, et pouvant également servir à préparer et/ou diriger des outils de production. Le procédé de simulation suivant un mode préféré de réalisation de 25 l'invention est effectué dans un ordinateur programmé avec un logiciel en langage C++ pour les calculs et un logiciel en langage Java pour la représentation graphique, sur base de fichiers informatiques contenant un tel modèle virtuel du réservoir 1, réalisé avec des moyens conventionnels de CAO. Dans la figure 2, on peut voir de manière schématique un tel modèle virtuel du 30 réservoir 1 rempli partiellement de liquide de sorte à présenter une surface libre 10 qui s'inscrit dans un plan de coupe 9. Dans une première étape, le barycentre 12 de la surface libre 10 est calculé, correspondant à la position moyenne de l'ensemble des points de la surface 10. Ce barycentre 12 est en fait proche du point pour lequel, pour un même volume 35 de liquide dans le réservoir 1, une inclinaison de la surface libre de liquide résultera en une variation minimale du niveau de jauge. 2932882 -8 Afin d'approcher encore plus ce point de variation minimale, surtout pour les réservoirs de forme très irrégulière, dans lesquels le barycentre de la surface libre de liquide peut varier sensiblement avec l'inclinaison de cette surface, il est préférable de répéter cette étape avec plusieurs inclinaisons différentes : voir par 5 exemple à la figure 3. Il est alors possible de calculer la position moyenne de l'ensemble des barycentres. En répétant l'opération avec différents niveaux de remplissage correspondants à différentes surfaces libres 10, on peut calculer un ensemble de barycentres 12 comme illustré dans la figure 4. Dans une étape suivante, une 10 courbe de jaugeage 13 est alors générée qui passe sensiblement par chacun des barycentres 12. La courbe de jaugeage 13 commence par un point de départ 14, lequel, dans le mode de réalisation illustré dans la figure 4, coïncide avec le point 4 d'extraction de liquide. Toutefois, si le point 4 d'extraction de liquide se trouve à 15 l'intérieur du module 5, et donc hors de portée de la jauge 7, il est possible de choisir, comme point de départ 14 de la courbe de jaugeage 13, le point du périmètre 6 le plus proche dudit point 4 d'extraction de liquide, tel qu'il est illustré dans la figure 5. Ledit point de départ 14 peut se trouver sensiblement déplacé latéralement 20 par rapport aux barycentres 12, comme illustré dans la figure 4. Afin d'éviter que la courbe de jaugeage 13 ne présente donc pas une transition trop brusque entre ledit point de départ 14, il est possible de soumettre cette courbe de jaugeage 13 à une étape de lissage. Dans ce mode de réalisation préféré, le lissage est effectué en faisant 25 converger la courbe de jaugeage 13 à partir d'un point donné (par exemple, le centre de gravité du réservoir 1), vers le point de départ 14. Pour cela, la position des points de la courbe de jaugeage 13 correspondant aux n-1 barycentres les plus proches du point de départ est déplacé sur chacun deux axes de coordonnées perpendiculaires et correspondant à, par exemple, un 30 plan de référence horizontal, suivant une formule telle que celle-ci: Xcorr[i]= X0+4(n/(1+n)-i/(1+i))(X[i]-X0)3/4 si X[i]>X0 ; et Xcorr[i]= X0+4(n/(1+n)-i/(1+i))(X[i]-X0)3/4 si X[i] REVENDICATIONS1 - Procédé de simulation de jaugeage d'un corps creux destiné à contenir un liquide et comportant les étapes suivantes: - pour plusieurs volumes de remplissage partiel différents dudit corps creux, calcul du barycentre de la surface libre de liquide correspondante, - génération d'une courbe de jaugeage passant sensiblement par chacun desdits barycentres. 2 ù Procédé selon la revendication précédente, selon lequel pour chaque volume de remplissage partiel, l'opération de calcul du barycentre est répétée avec différentes inclinaisons du réservoir (tant en termes d' amplitude que de direction) et selon lequel on calcule une moyenne des barycentres ainsi obtenus. 3 ù Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps creux comprend un module d'extraction de liquide comprenant un point d'extraction et dans lequel la courbe de jaugeage inclut un point de départ proche du ou coïncidant avec ce point d'extraction. 4 ù Procédé selon la revendication précédente, comprenant une étape de lissage de la courbe de jaugeage sur un tronçon initial comprenant le point de départ et celui des barycentres qui en est le plus proche. 5 ù Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps creux comprend une jauge ayant la forme d'un bras flotteur fixé de manière basculante sur un module pompe/jauge autour d'un axe traversant ledit module, ledit procédé comportant une étape d'approximation de la courbe de jaugeage par au moins un arc de cercle centré sur cet axe. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes : - calcul d'une courbe d'étalonnage de la jauge, - simulation d'une déformation du réservoir pour au moins une période de vieillissement, et-13- - calcul d'au moins une erreur de jaugeage par rapport à la courbe d'étalonnage pour cette période de vieillissement. 7 û Procédé selon la revendication précédente, comprenant une étape de validation de la jauge consistant à vérifier si aucune erreur de jaugeage calculée ne dépasse une erreur de jaugeage maximale prédéterminée. 8 - Procédé de fabrication d'un réservoir à liquide comprenant une jauge, en particulier d'un réservoir de carburant liquide d'un véhicule, sur base d'un modèle virtuel du réservoir, caractérisé en ce que des paramètres d'emplacement, de forme, et d'orientation de la jauge sont déterminés par un procédé de simulation selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9 û Procédé selon la revendication précédente, utilisant un logiciel dont les données d'entrées comprennent des caractéristiques du réservoir (géométrie, par exemple décomposée sous forme de maillage) et de la jauge (géométrie et emplacement dans le réservoir). 10 û Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes d'un procédé selon la revendication précédente lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 11 û Dispositif de traitement de données programmé pour effectuer un procédé de simulation suivant une quelconque des revendications 1 à 7. 12 û Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes d'un procédé de simulation suivant une quelconque des revendications 1 à 7.