Brevet FR2982799A1 — publié le 20130524

PROCEDE D'ESTIMATION DE L'ENVIRONNEMENT THERMIQUE D'UN COMPOSANT DISPOSE SOUS LE CAPOT MOTEUR D'UN VEHICULE AUTOMOBILE pool La présente invention concerne un procédé d'estimation de l'environnement thermique d'un composant disposé sous le capot moteur d'un véhicule automobile et un procédé d'évaluation de la température d'un tel composant. L'invention se rapporte également à un véhicule automobile permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé. [0002] La connaissance de la température de composants sous le capot moteur d'un véhicule automobile est nécessaire notamment pour le bon fonctionnement du véhicule automobile et la détection de dysfonctionnements du moteur et des organes adjacents. Il est possible, par exemple, d'exploiter les valeurs évaluées de température des différents composants pour agir sur le fonctionnement de certains auxiliaires de refroidissement, notamment du type ventilateur ou volets pilotés. Cette exploitation des valeurs évaluées de température est parfois désignée par l'expression « stratégies d'activation ». [0003] Les valeurs de température utilisées pour mettre en oeuvre les stratégies d'activation sont usuellement délivrées par des capteurs physiques. Pour ce faire, des capteurs physiques sont disposés sur chaque composant dont la variation de température peut avoir un impact sur le fonctionnement du véhicule automobile. Cela implique l'utilisation d'un grand nombre de capteurs de températures. Ceci ne pose pas seulement un problème de fiabilité de ces différents capteurs de température, mais également un problème de coût. [0004] Une alternative à l'utilisation systématique de capteurs de températures consiste à estimer la température des composants souhaités à partir de capteurs ayant une autre fonction principale et étant déjà placés dans le véhicule. La principale difficulté avec cette alternative est d'obtenir une estimation fiable et suffisamment précise d'un maximum de composants dont la variation de température peut avoir un impact sur le bon fonctionnement du moteur et, plus généralement, du véhicule automobile. [0005] Par ailleurs, JP A 2010127230 décrit un dispositif d'estimation de la température d'un solénoïde d'une valve de contrôle d'un moteur notamment à partir de la vitesse de l'air circulant vers le solénoïde, de la température du compartiment moteur et du moteur et de la température du liquide de refroidissement. L'inconvénient majeur de ce dispositif est de ne permettre l'estimation de la température que d'un seul composant sous le capot moteur. En outre les grandeurs physiques utilisées pour l'estimation de la température du solénoïde ne permettent pas d'obtenir une précision satisfaisante. [0006] II existe donc un besoin pour un procédé d'estimation de la température de composants disposés sous le capot moteur d'un véhicule automobile ne présentant pas les inconvénients susnommés. Plus généralement, il existe un besoin pour un procédé d'estimation de l'environnement thermique d'un tel composant. [0007] A cette fin, l'invention propose un procédé d'estimation de l'environnement thermique d'un composant, notamment d'une boîte de vitesses, disposé sous le capot moteur d'un véhicule automobile muni d'une façade de refroidissement comportant un radiateur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : (i) évaluer une température de l'air en aval de la façade de refroidissement ; et (ii) déterminer une température ambiante autour du composant à partir de la température de l'air en aval de la façade de refroidissement évaluée à l'étape (i). mos] Selon une variante, le procédé comprend en outre les étapes consistant à : (iii) évaluer une vitesse de l'air traversant le radiateur ; et (iv) déterminer le coefficient de convection de la chaleur au niveau du composant à partir de la vitesse de l'air traversant le radiateur évaluée à l'étape (iii). [0009] Selon une variante, la façade de refroidissement comportant un condenseur et un liquide de refroidissement circulant dans le radiateur, le procédé comprend, en outre, les étapes suivantes, avant l'étape (i) : (a) évaluer un débit de liquide de refroidissement circulant dans le radiateur ; (b) évaluer un flux thermique dissipé par le condenseur ; (c) déterminer une efficacité de l'échange thermique du radiateur à partir du débit de liquide de refroidissement circulant dans le radiateur et de la vitesse de l'air traversant le radiateur ; (d) déterminer un flux thermique dissipé par le radiateur à partir du débit de liquide de refroidissement circulant dans le radiateur et du flux thermique dissipé par le condenseur ; la température de l'air en aval de la façade de refroidissement étant évaluée à l'étape (i) à partir du flux thermique dissipé par le radiateur. [001 0] Selon une variante, le flux thermique dissipé par le condenseur est évalué à l'étape (b) à partir d'un état de fonctionnement d'une climatisation du véhicule automobile. [0011] Selon une variante, le débit du liquide de refroidissement traversant le radiateur est déterminé à l'étape (a) à partir d'un état d'ouverture du radiateur et/ou du régime du moteur. [0012] Selon une variante, l'état d'ouverture du radiateur est déterminé par comparaison d'une température du liquide de refroidissement avec une valeur de température seuil, par exemple la température d'ouverture d'un thermostat du circuit de refroidissement comprenant le radiateur. [0013] Selon une variante, l'état d'ouverture du radiateur est déterminé lorsque la température du liquide de refroidissement est supérieure à la valeur de température seuil, l'état de fermeture du radiateur étant déterminé lorsque la température du liquide de refroidissement est inférieure à la valeur de température seuil. [0014] Selon une variante, la façade de refroidissement comportant un ventilateur et éventuellement des volets pilotés, la vitesse de l'air traversant le radiateur est évaluée à l'étape (i) à partir d'une cartographie fonction de la vitesse du véhicule automobile et de la vitesse du ventilateur, ladite cartographie prenant des valeurs différentes selon que les volets pilotés sont ouverts ou fermés. [0015] Selon une variante, un coefficient d'échange thermique du composant avec son environnement est évalué à partir d'une cartographie de la vitesse de l'air traversant le radiateur évaluée à l'étape (i) et d'une température de référence, la température ambiante autour du composant étant déterminée à l'étape (iii) à partir du coefficient d'échange thermique du composant avec son environnement. [0016] Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé d'estimation de la température d'un composant disposé sous le capot moteur d'un véhicule 5 automobile muni d'une façade de refroidissement comportant un radiateur, notamment d'une boîte de vitesses, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - mettre en oeuvre un procédé d'estimation de l'environnement thermique du composant tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons pour 10 déterminer une température ambiante autour du composant et un coefficient de convection de la chaleur au niveau du composant, - déduire de la température ambiante autour du composant et du coefficient de convection de la chaleur au niveau du composant, une température du composant. 15 [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure 1, une façade de refroidissement d'un véhicule automobile comportant un ventilateur ; 20 - figure 2, un ordinogramme de l'estimation de l'environnement thermique d'un composant disposé sous le capot moteur d'un véhicule automobile ; - figure 3 à 6, des exemples de cartographies qui peuvent être mises en oeuvre dans le cadre du procédé selon l'invention. [oois] Un véhicule automobile comprend un moteur thermique disposé sous le 25 capot moteur de la carrosserie. Le capot moteur est la partie de la carrosserie qui peut être ouverte pour permettre l'accès au moteur. Ce capot est généralement placé à l'avant du véhicule automobile. Le véhicule automobile peut alors être muni d'une façade de refroidissement. La zone sous le capot moteur disposée en aval (par rapport au sens de l'air) de la façade de refroidissement est la zone sous capot 30 moteur. Cette zone sous capot moteur est munie de nombreux composants distincts. L'objet de la présente invention est de permettre de déterminer la 2 982 799 température de ces différents composants et, notamment, de la boîte de vitesses du véhicule automobile. [0019] Un exemple de façade de refroidissement d'un véhicule automobile est représentée sur la figure 1. Cette façade de refroidissement comporte un support 5 10 comprenant deux cloisons latérales 11, respectivement gauche et droite, une traverse supérieure 12 et une traverse inferieure 13. Les cloisons latérales 11 et les traverses 12 et 13 déterminent un logement 14 pour un module d'échange de chaleur. Le module d'échange de chaleur comprend, tout d'abord, un condenseur 15 faisant partie d'un circuit de climatisation du véhicule automobile, un radiateur 16 de refroidissement du moteur de ce véhicule, un échangeur air-air 17 et un groupe moto-ventilateur, ou ventilateur, désigné dans son ensemble par la référence 20 et permettant de forcer la circulation de l'air à traverser le condenseur 15 et le radiateur 16. [0020] Ce ventilateur 20 se compose de deux éléments, un cadre support 21 et une hélice 30. Comme montré sur la figure 1, le cadre 21, de forme rectangulaire, comprend deux grands côtés et deux petits côtés déterminant un périmètre correspondant sensiblement au périmètre du radiateur 16. Ce cadre 21 comporte un orifice 22 de positionnement de l'hélice 30. A cet effet, le cadre 21 comprend dans l'axe de l'orifice 22, une partie centrale 24 reliée au bord de cet orifice 22 par des entretoise de rigidification 23 s'étendant radialement. La partie centrale 24 est destinée à support libre en rotation l'hélice 30 qui comporte, pour cela un moyeu 31. L'hélice 30 comporte également des pales 32 s'étendant radialement par rapport audit moyeu 31. Cette hélice 30 montée libre en rotation sur la partie centrale 24 de l'orifice 22 du cadre 21, est entraînée en rotation au moyen d'un moteur électrique, non représenté. Des volets pilotés peuvent être associés au ventilateur pour réguler et/ou diriger le flux d'air dans l'espace sous capot moteur. [0021] Comme indiqué ci-avant l'objectif de l'invention est de proposer un procédé d'évaluation de la température d'un composant d'un véhicule automobile disposé sous le capot moteur du véhicule automobile, en aval de la façade de refroidissement. Un exemple de ce procédé est illustré par l'ordinogramme de la figure 2 et est décrit ci-après plus en détails. [0022] Comme indiqué sur cette figure, il est tout d'abord établi un modèle aérothermique de la façade de refroidissement. Il est à noter que ce modèle est commun à tous les composants de l'espace sous capot moteur. Pour établir ce modèle, on évalue, selon cet exemple, un couple comprenant : - une température d'air en aval de la façade, T°air_aval_façade, - une vitesse de l'air circulant dans le radiateur de la façade de refroidissement, Vair. [0023] Selon un exemple, il est proposé de procéder comme suit pour évaluer ces deux grandeurs. [0024] On évalue tout d'abord l'état d'ouverture du radiateur. Notamment, si un thermostat piloté est présent pour commander l'alimentation en eau (ou tout autre liquide de refroidissement connu) du radiateur, on peut déterminer l'ouverture du radiateur en fonction de la température de l'eau dans le circuit de refroidissement du moteur. Si la température de cette eau, T°eau est supérieure à la température de consigne d'ouverture du thermostat piloté, T°consigne_ThP, alors on détermine que le radiateur est ouvert, Etat_ouverture_radia = 1. Dans le cas contraire, on détermine que le radiateur est fermé, Etat_ouverture_radia = O. En l'absence de thermostat piloté, un thermostat est généralement mis en oeuvre pour bloquer la circulation d'eau dans le radiateur tant que le moteur n'a pas atteint sa température normale de fonctionnement. Dans ce cas, si la température de l'eau dans le circuit de refroidissement est supérieure à la température d'ouverture du thermostat, alors on détermine que le radiateur est ouvert, Etat_ouverture_radiateur = 1. Dans le cas contraire, on détermine que le radiateur est fermé, Etat_ouverture_radia = O. [0025] A partir de cet état du radiateur, on évalue un débit d'eau Qeau circulant dans le radiateur, par exemple à l'aide de l'équation (1) ci-dessous : Qeau = Qeau _1 00Orpm x Régime _moteur x 60x Etat ouverture radia (1) 1000 _ _ où : - Qeau représente le débit d'eau, Qeau_1000rpm, le débit d'eau lorsque le régime moteur est de 1000 tr/min, - Régime_moteur, la vitesse de rotation du moteur, et - Etat_ouverture_radia, l'état d'ouverture du radiateur 16. [0026] II est à noter que le débit d'eau lorsque le régime moteur est de 1000 tr/min est une constante calibrable. [0027] Ensuite, on évalue le flux thermique dissipé par le condenseur, par exemple au moyen de l'équation (2) ci-dessous : Flux _cond = puissance _condenseur x Etat _c lim (2) où : - Flux_cond représente le flux thermique dissipé par le condenseur, - Puissance_condenseur, la puissance thermique du condenseur en fonctionnement, qui est une constante calibrable, et - Etat_clim, représente l'état en fonctionnement (Etat_clim = 1) ou à l'arrêt (Etat_clim = 0) de la climatisation dans le véhicule automobile. [0028] On détermine ensuite la vitesse de l'air dans le radiateur. Cette détermination peut être réalisée au moyen d'une cartographie, en fonction de la vitesse de rotation du ventilateur et de la vitesse du véhicule automobile. Un exemple d'une telle cartographie est représenté en figure 3 où la vitesse du ventilateur, RCO_GMV, est indiquée en pourcentage de sa vitesse maximale et où la vitesse du véhicule automobile est indiquée en km/h. [0029] On évalue ensuite le flux thermique dissipé par le radiateur. Pour ce faire, on détermine tout d'abord l'efficacité de l'échange thermique entre le radiateur et l'air qui le traverse. Cette efficacité peut être cartographiée, notamment en fonction de la vitesse de l'air traversant le radiateur et du débit d'eau circulant dans le radiateur (ces deux grandeurs ayant été calculées précédemment). Un exemple d'une telle cartographie est représenté à la figure 4, où la quantité d'eau Qeau est donnée en l/h, tandis que la vitesse de l'air est donnée en m/s. [0030] A l'aide de cette efficacité d'échange thermique du radiateur, on peut déterminer le flux thermique dissipé par le radiateur, par exemple au moyen de l'équation (3) ci-dessous : ( Flux cond ) (3) Flux rad = Eff radia x Teau - (Text + ) rho x Srad x Vair x Cp où : - Flux_rad représente le flux thermique dissipé par le radiateur 16, - Eff_radia, l'éfficacité de l'échange thermique du radiateur 16, - Teau, la température de l'eau, - Text, la température de l'air extérieur du véhicule automobile, - Flux_cond, le flux de chaleur dissipé par le condenseur d'air, - rho, la masse volumique de l'air, - Srad, la surface d'échange thermique du radiateur 16, - Vair, la vitesse de l'air traversant le radiateur 16, et - Cp, la capacité thermique de l'air. [0031] La masse volumique de l'air, la surface d'échange thermique du radiateur et la capacité thermique de l'air sont des constantes calibrables, qui peuvent être préenregistrées. [0032] On évalue ensuite la température de l'air en aval de la façade de refroidissement, par exemple à l'aide de l'équation (4) ci-desous : ( Flux rad + Flux cond rho x Srad xVair x Cp ) où : - T°air_aval_façade représente la température de l'air en aval de façade de refroidissement, - Text, la température de l'air extérieur du véhicule automobile, 25 - Flux_rad représente le flux thermique dissipé par le radiateur 16, - Flux_cond le flux de chaleur dissipé par le condenseur d'air, - rho, la masse volumique de l'air, T'air aval façade = Text + (4) la - Srad, la surface d'échange thermique du radiateur 16, - Vair, la vitesse de l'air traversant le radiateur 16, et - Cp, la capacité thermique de l'air. [0033] La masse volumique de l'air, la surface d'échange thermique du radiateur et la capacité thermique de l'air sont des constantes calibrables, qui peuvent être pré- enregistrées dans une mémoire d'un véhicule automobile. [0034] On évalue ensuite la température ambiante d'un composant. Pour ce faire, on peut tout d'abord déterminer le coefficient d'échange thermique du composant avec son environnement par cartographie en fonction de la vitesse de l'air traversant le radiateur, précédemment calculée, et d'une température de référence. Cette température de référence peut être choisie par calibration. La température de référence, qui peut être choisie en fonction du composant, peut notamment être un température de l'huile moteur ou une température des gaz d'échappement. Un exemple de cartographie est illustrée en figure 5, où la température de référence Tref est donnée en °C et la vitesse de l'air en m/s. La température de référence peut notamment être la température d'un fluide traversant le composant. [0035] On en déduit une température ambiante du composant Tamb, par exemple à l'aide de l'équation (5) ci-dessous : Tamb = (Q . Cp x T°air _aval _façade - T_ref (5) k ) Coef _échange -1 où : - Tamb représente la température ambiante du composant, Q, la fraction de débit d'air aval façade qui est dirigée vers le composant sous capot, - Cp, la capacité thermique de l'air, - T°air_aval_façade, la température d'air en aval de la façade de refroidissement, - k : le coefficient d'échange convectif entre le composant sous capot et l'environnement, - T_ref, la température de référence, et 2 982 799 10 - Coef_échange, le coefficient d'échange thermique du composant son capot avec son environnement. Ce coefficient est égal à Q.Cp/k. [0036] On évalue finalement le coefficient de convection, Hconv, par exemple par cartographie, en fonction de la vitesse de l'air, précédemment calculée. Un exemple 5 de telle cartographie est illustrée en Figure 6, où la vitesse de l'air est donnée en m/s. [0037] A titre d'exemple, lorsque le composant est une boite de vitesse, la température de l'air en aval de la façade de refroidissement 42 peut être comprise entre -40 et 120°C, la vitesse de l'air traversant le radiateur 16 peut être comprise 10 entre 0 et 10 m/s, la température ambiante autour du composant peut être comprise entre -40 et 120°C, et le coefficient de convection de la chaleur à la paroi du composant peut être compris entre 5 et 140W/m2.K. [0038] A partir de la détermination de l'environnement thermique d'un composant, il est possible de déterminer la température du composant, notamment au moyen 15 d'une cartographie. Cette cartographie, outre la température ambiante du composant et son coefficient de convection, peut être fonction d'au moins l'un parmi une température fournie par un capteur T°capteur, le régime moteur, le couple moteur, le rapport de boîte de vitesses. [0039] Le procédé d'estimation de l'environnement thermique d'un composant et 20 d'estimation de la température du composant tels qu'ils viennent d'être décrits permet d'obtenir une grande précision sur la température du composant avec peu de capteurs. Ceux-ci peuvent être remplacés par des cartographies enregistrées sur une ou plusieurs mémoires du véhicule automobile. Ce procédé permet ainsi un pilotage des auxiliaires de refroidissement, notamment du groupe moto-ventilateur, 25 juste au niveau nécessaire, avec optimisation de la consommation électrique et minimisation des nuisances acoustiques occasionnées par les déclenchements fréquents du groupe moto-ventilateur. En outre, le nombre de capteurs nécessaires pour déterminer la température des différents composants peut être réduite, ce qui permet une réduction de coût. La fiabilité de l'évaluation est également assurée du fait du plus faible nombre de capteurs mis en oeuvre. [0040] II est à noter également que le procédé décrit peut être mis en oeuvre aussi bien lorsque le moteur est en marche (Etat moteur = 1) que lorsque le moteur est à l'arrêt (Etat moteur = 0). [0041] Bien évidemment, l'exemple décrit ci-dessus n'est pas limitatif et de nombreuses variantes sont envisageables. Notamment, l'ordre des différentes étapes peut être différent. Certaines étapes peuvent également être réalisées en parallèle. REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation de l'environnement thermique d'un composant, notamment d'une boîte de vitesses, disposé sous le capot moteur d'un véhicule automobile muni d'une façade de refroidissement comportant un radiateur (16), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : (i) évaluer une température de l'air en aval de la façade de refroidissement (T°air_aval_façade) ; et (ii) déterminer une température ambiante autour du composant (T°amb) à partir de la température de l'air en aval de la façade de refroidissement (T°air_aval_façade) évaluée à l'étape (i). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à : (iii) évaluer une vitesse de l'air traversant le radiateur (Vair) ; et (iv) déterminer le coefficient de convection de la chaleur au niveau du composant (Hconv) à partir de la vitesse de l'air traversant le radiateur (Vair) évaluée à l'étape (iii). 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que, la façade de refroidissement comportant un condenseur (15) et un liquide de refroidissement circulant dans le radiateur (16), le procédé comprend, en outre, les étapes suivantes, avant l'étape (i) : (a) évaluer un débit de liquide de refroidissement (Qeau) circulant dans le radiateur (16) ; (b) évaluer un flux thermique dissipé par le condenseur (Flux_cond) ; (c) déterminer une efficacité de l'échange thermique du radiateur (Eff_radia) à partir du débit de liquide de refroidissement (Qeau) circulant dans le radiateur (16) et de la vitesse de l'air traversant le radiateur (Vair) ; (d) déterminer un flux thermique dissipé par le radiateur (Flux_radia) à partir du débit de liquide de refroidissement circulant dans le radiateur (Qeau) et du flux thermique dissipé par le condenseur (Flux_cond) ; la température de l'air en aval de la façade de refroidissement (T°air_aval_façade) étant évaluée à l'étape (i) à partir du flux thermique dissipé par le radiateur (Flux_radia). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le flux thermique dissipé par le condenseur (Flux_cond) est évalué à l'étape (b) à partir d'un état de fonctionnement d'une climatisation du véhicule automobile (Etat_clim). 5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le débit du liquide de refroidissement traversant le radiateur (Qeau) est déterminé à l'étape (a) à partir d'un état d'ouverture du radiateur (Etat_ouverture_radia) et/ou du régime du moteur. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'état d'ouverture du radiateur (Etat_ouverture_radia) est déterminé par comparaison d'une température du liquide de refroidissement avec une valeur de température seuil, par exemple la température d'ouverture d'un thermostat du circuit de refroidissement comprenant le radiateur. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'état d'ouverture du radiateur (16) est déterminé lorsque la température du liquide de refroidissement est supérieure à la valeur de température seuil, l'état de fermeture du radiateur (16) étant déterminé lorsque la température du liquide de refroidissement est inférieure à la valeur de température seuil. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, la façade de refroidissement comportant un ventilateur (20) et éventuellement des volets pilotés, la vitesse de l'air traversant le radiateur (Vair) est évaluée à l'étape (i) à partir d'une cartographie fonction de la vitesse du véhicule automobile et de la vitesse du ventilateur (20), ladite cartographie prenant des valeurs différentes selon que les volets pilotés sont ouverts ou fermés. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un coefficient d'échange thermique du composant avec son environnement (Coef_échange) est évalué à partir d'une cartographie de la vitesse de l'air traversant le radiateur (Vair) évaluée à l'étape (i) et d'une température de référence (T_ref), la température ambiante autour du composant (Tamb) étant déterminée à l'étape (iii) à partir du coefficient d'échange thermique du composant avec son environnement (Coef_échange). 10. Procédé d'estimation de la température d'un composant disposé sous le capot moteur d'un véhicule automobile (40) muni d'une façade de refroidissementcomportant un radiateur (16), notamment d'une boîte de vitesses, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - mettre en oeuvre un procédé d'estimation de l'environnement thermique du composant selon l'une quelconque des revendications précédentes pour déterminer une température ambiante autour du composant et un coefficient de convection de la chaleur au niveau du composant, - déduire de la température ambiante autour du composant et du coefficient de convection de la chaleur au niveau du composant, une température du composant.10