Brevet FR3031389A1 — publié le 20160708

PROCEDE DE MESURE DE DEBIT DYNAMIQUE D'UNE MACHINE HYDRAULIQUE, UTILISANT TROIS CAPTEURS DE PRESSION ET UN VOLUME FERME EQUIVALENT A CELUI DE LA MACHINE La présente invention concerne un procédé de mesure de débit dynamique d'une machine hydraulique, ainsi qu'un système de mesure de débit mettant en oeuvre un tel procédé. Pour mesurer des pressions hydrauliques dynamiques dans un circuit comprenant une machine hydraulique, afin notamment de calculer le débit en sortie de cette machine, et d'étudier la relation entre les variations de pression et le niveau sonore émis par la machine, il est connu de disposer dans le circuit des capteurs de pression qui génèrent des signaux dépendant de cette pression. En particulier dans le cas d'un véhicule hybride comportant un circuit hydraulique comprenant une machine hydraulique à plusieurs pistons, qui génère des variations de pression avec une fréquence assez élevée, il peut être important d'obtenir avec précision les courbes dynamiques de variation de pression. On peut ainsi réaliser des mises au point sur la machine hydraulique et tester les résultats, afin de travailler sur la réduction des émissions sonores. Un procédé connu de mesure du débit dynamique d'une machine hydraulique, appelée par certains laboratoires de mesure hydraulique méthode « des trois capteurs », comporte la pose de trois capteurs sur le circuit de sortie à différentes distances de cette machine, pour effectuer des mesures dynamiques des pressions en ces trois points. On déduit de ces mesures dynamiques de pression par un calcul numérique la vitesse du fluide, puis en prenant en compte les caractéristiques du conduit, une estimation du débit en ces points. Toutefois un problème qui se pose est que ces estimations sont faites en des points éloignés de la machine hydraulique, bien souvent pour des raisons pratiques à une distance d'au moins 100mm, ce qui fait que l'on ne connaît pas précisément le débit dynamique juste en sortie de la machine. Un autre problème qui se pose avec ce procédé est que les capteurs de pression dynamique sont étalonnés généralement à partir d'une pression statique délivrée par des bancs générant cette pression, sans réelle corrélation avec une pression dynamique. On introduit alors un certain niveau d'erreur dans la mesure de la pression dynamique. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un procédé de mesure de débit dynamique à un point de débit d'une machine hydraulique générant une pulsation de pression, reliée à un circuit basse pression et à un circuit haute pression, chaque circuit étant équipé de trois capteurs de pression dynamique disposés à différentes distances de cette machine hydraulique, donnant en fonction d'une fréquence de pulsation des informations de pression dynamique permettant de calculer des estimations de débit au niveau de ces capteurs, ce procédé étant remarquable en ce qu'il comporte les étapes suivantes pour des conditions de pression du fluide données : - dans une première phase on remplace la machine hydraulique par un volume fermé équipé d'un capteur de pression du volume fermé, relié alternativement aux deux circuits par une électrovanne pilotée à la fréquence correspondant à la pulsation de la machine étudiée, son volume représentant le volume de fluide dans la machine au point de débit que l'on veut connaitre ; - on réalise des mesures dynamiques des trois capteurs de chaque circuit, on en déduit en fonction du temps au niveau de chaque capteur la vitesse estimée du fluide, puis le débit estimé en fonction des caractéristiques du circuit, pour obtenir le module de compressibilité du fluide dans les conditions de fonctionnement ; - en parallèle on mesure la variation de pression dans le volume fermé, qui donne avec le module de compressibilité le débit dynamique réel en sortie de ce volume ; - puis par comparaison entre ce débit réel et le débit estimé au niveau de chaque capteur de pression on étalonne ces capteurs, qui donnent ensuite dans une deuxième phase en répétant ces mesures avec la machine hydraulique en fonctionnement dans des conditions similaires, les valeurs précises de pression et de débit au point de débit dans cette machine. Un avantage de ce procédé de mesure de débit est qu'avec des moyens simples et économiques permettant l'étalonnage des capteurs de pression, on obtient ensuite expérimentalement la pression dynamique ainsi que le débit aux sorties de la machine hydraulique pour un circuit donné, avec un niveau de précision élevé. Le procédé de mesure de débit selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le fluide est mis dans les deux phases du procédé à la température des conditions de fonctionnement du circuit hydraulique. En particulier le procédé peut comporter une étape supplémentaire de calcul de la transformée de Fourier des débits temporels trouvés, pour obtenir les débits fréquentiels. L'invention a aussi pour objet un système de mesure de débit dynamique en sortie d'une machine hydraulique générant une pulsation de pression, comprenant une première sortie reliée à un circuit basse pression et une deuxième sortie reliée à un circuit haute pression, ce système étant remarquable en ce qu'il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de mesure présentant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comprenant au moins trois capteurs de pression dynamique sur chaque circuit basse pression et haute pression, ainsi qu'une électrovanne pilotable en fréquence, pouvant relier alternativement chacun de ces circuits à un volume fermé équipé d'un capteur de pression du volume fermé. En particulier le système peut comporter un accumulateur de pression sur chaque circuit hydraulique. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un circuit hydraulique équipé d'un volume fermé, afin de réaliser la première phase du procédé selon l'invention comprenant l'étalonnage des capteurs de pression; et - la figure 2 est un schéma de ce circuit hydraulique équipé de la machine hydraulique, afin de réaliser la deuxième phase de ce procédé donnant les valeurs précises de débit. La figure 1 présente un circuit hydraulique comprenant un circuit basse pression 2 et un circuit haute pression 12 prévus pour être reliés aux sorties d'une machine hydraulique pouvant être un moteur, une pompe, ou une machine fonctionnant suivant ces deux modes, qui est remplacée dans la première phase du procédé par une électrovanne 8 à trois voies. On veut mesurer avec précision les pressions et les débits en sortie de cette machine, dans certaines conditions réelles comprenant notamment une haute et une basse pressions définies, une température et un type de fluide, Le circuit basse pression 2 comporte un conduit 4 relié d'un côté à un accumulateur basse pression 6 maintenant une basse pression de base, et de l'autre à une première voie de l'électrovanne 8 à deux positions, qui peut être pilotée en fréquence f. Le conduit 4 du circuit basse pression 2 comporte trois capteurs de pression dynamique 10 disposés à des distances différentes de l'électrovanne 8, donnant successivement en partant du plus éloigné de cette électrovanne, les pressions P1, P2 et P3. Le circuit haute pression 12 comporte un conduit 14 relié d'un côté à un accumulateur haute pression 16 maintenant une haute pression de base, et de l'autre à la deuxième voie de l'électrovanne 8. La troisième voie de l'électrovanne 8 est reliée à un volume fermé recevant le fluide 22, équipé d'un capteur de pression dynamique de ce volume fermé 24. L'électrovanne 8 peut mettre alternativement la troisième voie en contact avec la première ou la seconde voie, par une commande électrique pilotée avec une fréquence définie f. Le volume fermé 22 présente un volume V correspondant au volume global de fluide dans la machine hydraulique que l'on veut étudier au point de débit que l'on veut connaître. Pour connaître le débit dans un cylindre on prend en tenant compte du réglage prédéfini de la course, le volume d'un seul cylindre comprenant le volume mort en haut du piston. Pour connaître le débit global en sortie de la machine on prend le volume déplacé par chaque piston suivant le réglage prédéfini de la course, multiplié par le nombre de pistons, ainsi que les volumes morts en haut des pistons et dans les conduits internes. Pour la première phase du procédé, après avoir mis les circuits hydrauliques 4, 14 dans les conditions spécifiques correspondant au fonctionnement particulier de la machine hydraulique que l'on veut étudier, comprenant notamment le fluide adapté, les basse et haute pressions et la température définies, on pilote l'électrovanne 8 à la fréquence f correspondant à la pulsation donnée par la machine hydraulique, qui est sa vitesse de rotation multipliée par le nombre de pistons. On applique ensuite sur chaque circuit 2, 12 la méthode de mesure dite « des trois capteurs », qui enregistre simultanément en fonction du temps pendant une durée de l'ordre de quelques secondes, les mesures Pi, P2, P3, P4, P5, P6 des trois capteurs 10, 20 de chaque circuit. Cette méthode déduit de ces mesures ensuite pour chaque circuit en fonction de la position de chaque capteur 10, 20, la vitesse du fluide au niveau de ces capteurs en fonction du temps pendant la durée des mesures. On en déduit ensuite suivant les caractéristiques du conduit de chaque circuit 4, 14, notamment la section de passage, le débit au niveau de chacun de ces capteurs 10, 20. On obtient enfin à partir de ces valeurs pour chaque circuit 2, 12, le 5 module de compressibilité du fluide concerné dans les conditions particulières de mesure comprenant notamment la pression. En parallèle de ces mesures présentées ci-dessus, dans la même durée de temps on enregistre les informations P du capteur de pression du volume fermé 24, pour les comparer aux résultats donnés par la méthode 10 « des trois capteurs ». On notera que dans le volume fermé 22, la variation de pression dP est égale au rapport de la variation de volume sur le volume dV/V, multiplié par le module de compressibilité B : dP = (dV / V) x B; 15 or le débit Q à l'entrée du volume fermé 22 est égal à la variation de volume dans le temps : Q (t) = dV / dt ; on peut donc exprimer dans le temps le débit Q (f) en fonction de la variation de pression et du module de compressibilité par la formule : 20 Q (f, t) = (dP / dt) x (V / B). On obtient alors quand l'électrovanne 8 est ouverte sur le circuit haute pression 12, le débit exact de ce circuit Qhp(f) dans le volume fermé 22, et quand elle est ouverte sur le circuit basse pression 2, le débit exact de ce circuit Qbp (f) dans le volume fermé. 25 Ensuite pour obtenir les deux débits temporels en fonction de la fréquence, il suffit de réaliser de manière connue une transformée de Fourier (FFT) de ces débits temporels trouvés, qui donnera les débits fréquentiels. A la fin de cette première phase on obtient pour chaque circuit 2, 12 la fonction de transfert entre les mesures des capteurs de pression de chaque 30 circuit 10, 20, et la valeur réelle du débit juste en sortie du volume fermé 22, ce qui réalise un étalonnage dynamique précis de ces capteurs. La figure 2 présente la deuxième phase du procédé dans laquelle on a remplacé l'électrovanne 8 et le volume fermé 22 par la machine hydraulique 30 prévue dans le circuit. Dans le cas où la cylindrée de la machine hydraulique 30 est réglable, on dispose ce réglage de manière à obtenir la cylindrée globale équivalente au volume fermé 22. On fait tourner ensuite la machine pour obtenir une pulsation de pression équivalente à la fréquence f de mesure de la première phase, donnant une vitesse de rotation dépendant du nombre de pistons, et on refait des mesures similaires de pression pendant une petite durée de temps, sur les deux séries de capteur basse 10 et haute pression 20. En reprenant pour chaque circuit 2, 12 la fonction de transfert établie ci-dessus à la fin de la première phase, on recalcule précisément le débit réel aux sorties de la machine hydraulique 30 pour les conditions de fonctionnement prédéfinies. On peut ensuite répéter les deux mêmes phases du procédé pour obtenir des débits dans d'autres conditions de fonctionnement, comprenant par exemple d'autres valeurs de pression ou des vitesses de rotation différentes de la machine hydraulique. On notera que ce procédé de mesure de débit dynamique est valable pour tous types de fluides dans un circuit, comprenant notamment de l'huile, de l'eau ou un gaz. Le procédé de mesure du débit peut s'appliquer pour différents types de circuit reliés aux sorties de la machine hydraulique, comprenant par exemple plusieurs accumulateurs, différents embranchements de conduits, ou des éléments de traitement du fluide comme un échangeur thermique ou un filtre. Le nombre de capteurs et leurs positions ne sont pas limités, on peut en disposer plus que trois sur chaque circuit pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Ce procédé de mesure des débits prenant en compte des dynamiques importantes, permet de faire des mises au point sur différents types de machines hydrauliques, en particulier des pompes ou des moteurs prévus pour un véhicule hybride, afin de réduire leurs niveaux sonores. REVENDICATIONS1. Procédé de mesure de débit dynamique à un point de débit d'une machine hydraulique (30) générant une pulsation de pression, reliée à un circuit basse pression (2) et à un circuit haute pression (12), chaque circuit étant équipé de trois capteurs de pression dynamique (10, 20) disposés à différentes distances de cette machine hydraulique, donnant en fonction d'une fréquence de pulsation (f) des informations de pression dynamique (P1, P2, P3, P4, P5, P6) permettant de calculer des estimations de débit (Qbp(f), Qhp(f)) au niveau de ces capteurs, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes pour des conditions de pression du fluide données : - dans une première phase on remplace la machine hydraulique (30) par un volume fermé (22) équipé d'un capteur de pression du volume fermé (24), relié alternativement aux deux circuits (2, 12) par une électrovanne pilotée à la fréquence (8) correspondant à la pulsation de la machine que l'on étudie, son volume (V) représentant le volume de fluide dans la machine au point de débit que l'on veut connaitre ; - on réalise des mesures dynamiques des trois capteurs (10, 20) de chaque circuit, on en déduit en fonction du temps au niveau de chaque capteur la vitesse estimée du fluide, puis le débit (Qbp(f), Qhp(f)) estimé en fonction des caractéristiques du circuit, pour obtenir le module de compressibilité du fluide dans les conditions de fonctionnement ; - en parallèle on mesure la variation de pression (P) dans le volume fermé (22), qui donne avec le module de compressibilité le débit dynamique réel (Q(f)) en sortie de ce volume ; - puis par comparaison entre ce débit réel et le débit estimé au niveau de chaque capteur de pression (10, 20) on étalonne ces capteurs, qui donnent ensuite dans une deuxième phase en répétant ces mesures avec la machine hydraulique (30) en fonctionnement dans des conditions similaires, les valeurs précises de pression et de débit (Q(f)) au point de débit dans cette machine. 2. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide est mis dans les deux phases du procédé à la température des conditions de fonctionnement du circuit hydraulique. 3. Procédé de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire de calcul de la transformée de Fourier des débits temporels trouvés (Qbp(f), Qhp(f)), pour obtenir les débits fréquentiels. 4 - Système de mesure de débit dynamique en sortie d'une machine hydraulique (30) générant une pulsation de pression, comprenant une première sortie reliée à un circuit basse pression (2) et une deuxième sortie reliée à un circuit haute pression (12), ce système étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins trois capteurs de pression dynamique (10, 20) sur chaque circuit basse pression (2) et haute pression (4), ainsi qu'une électrovanne pilotable en fréquence (8), pouvant relier alternativement chacun de ces circuits à un volume fermé (22) équipé d'un capteur de pression du volume fermé (24). 5. Système de mesure de débit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un accumulateur de pression (6, 16) sur chaque circuit hydraulique (2, 12).