Brevet FR3089294A1 — publié le 20200605

Description Titre de l'invention : DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE D'UN BANC D'ESSAI POUR SIMULER LE FLUX D'AIR EN FAÇADE D'UN VEHICULE [0001] Le domaine de l'invention concerne un dispositif de régulation thermique de banc d'essai destiné à la simulation de cycle de conduite pour un groupe motopropulseur hybride. [0002] Dans l'industrie automobile, lors de la conception des véhicules à motorisation thermique ou motorisation hybride des tests sont menés pour évaluer la consommation de carburant, les émissions de gaz polluant et la production de CO2. Dans ce but, les autorités de contrôle ont élaboré des procédures d'essais normalisées, WLTP en Europe pour « Worldwide Harmonized Light Vehicules Test Procedures » en anglais et procédure FTP aux Etats-Unis pour « Federal Test Procedure ». Ces procédures définissent notamment des cycles de conduite permettant de simuler les performances des véhicules. [0003] La modification et les exigences des nouvelles normes d'homologation en matière de pollution implique une augmentation du nombre d'essais à réaliser. En effet, ces essais ont pour objectif d'évaluer les performances en matière d'émission de gaz polluant mais aussi servent à calibrer les fonctions de dépollution d'un groupe motopropulseur. [0004] Les cycles de conduite sont conçus de façon à représenter une utilisation du véhicule en zone urbaine, extra-urbaine, sur route et sur autoroute et définissent des courbes d'accélération et de vitesses et leurs durées spécifiquement à chaque utilisation pour des catégories de véhicules données. [0005] Pour opérer les cycles de conduites et les mesures de performance, les constructeurs automobiles utilisent des bancs d'essai. On tonnait les documents FR2908886A1 et US20080022752A1 décrivant des bancs d'essai d'analyse de gaz d'échappement. Pour mettre en oeuvre les cycles de conduite, une solution consiste à sangler un véhicule sur un banc à rouleaux qui simule le couple résistant en fonction de la vitesse tandis qu'un opérateur conduit la voiture en accélération et freinage pour suivre un gabarit de vitesse. Par ailleurs, les conditions de répétabilité d'un cycle à l'autre ne garantissent pas des résultats pouvant être comparés, en particulier lorsque les gains de performance à mesurer sont de faibles amplitudes et donc difficilement détectables si les cycles de conduites ne sont pas eux même parfaitement identiques. [0006] Pour les procédures de test de consommation et d'émission de gaz d'échappement. et en particulier pour les phases de calibration des fonctions de dépollution d'un groupe motopropulseur une autre solution consiste à simuler un cycle de conduite sur un banc 2 d'essai reproduisant l'architecture fonctionnelle d'un groupe motopropulscur et son comportement. [0007] Les performances d'un moteur thermique en matière de dépollution sont particu- lièrement sensibles à la température de fonctionnement du moteur thermique. Il est donc nécessaire de réguler la température d'un moteur sur banc d'essai au plus proche des conditions de roulage réelles lors de tests de calibration. On connait le document US5,515,712À décrivant un banc d'essai de moteur thermique comportant des moyens de refroidissement du moteur exploitant la boucle de circulation du fluide du moteur. [0008] Généralement, le refroidissement d'un moteur thermique sur banc d'essai est réalisé par un système industriel d'eau froide recyclée comportant un échangeur de type eau/ eau. Le système de refroidissement est constitué d'une première boucle d'eau parcourant la surface du moteur et d'une deuxième boucle d'eau froide industrielle circulant en contact de la première boucle pour prélever de la chaleur émise par le moteur. Cependant, le volume d'eau de la première boucle d'eau moteur, ainsi que le refroidissement via l'échangeur eau/eau ne permet pas d'avoir une dynamique de montée en température d'eau moteur cohérente de celle observée sur un véhicule en condition de roulage véhicule. Cette différence modifie significativement les résultats des tests, notamment les mesures de gaz polluant obtenus lors d'essais en transitoire thermique, par exemple un cycle de dépollution débute lorsque le moteur est froid et se termine à chaud. Les données obtenues en essais ne présentent donc pas une fiabilité suffisante. [0009] Un objectif de l'invention est de palier les problèmes précités et en particulier vise à proposer une solution de régulation thermique d'un moteur permettant de simuler les conditions thermiques au plus proche des conditions réelles, en particulier les flux d'air en façade du véhicule. [0010] Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de régulation thermique d'un banc d'essai destiné à la simulation d'un cycle de conduite pour un groupe moto-propulseur, le dispositif de régulation thermique comportant un circuit de circulation d'un fluide de régulation thermique, un moyen d'échange thermique avec le fluide de régulation thermique, un moyen de pilotage du débit dudit fluide de régulation thermique, et est remarquable en ce qu'il comporte des moyens de contrôle apte à piloter le débit en fonction d'un paramètre dudit cycle de conduite. [0011] Plus précisément, le paramètre dudit cycle de conduite est configuré de manière à être représentatif de l'action du flux d'air agissant en façade du véhicule lors du roulage du cycle de conduite. [0012] Selon une variante, le paramètre est fonction de la vitesse du véhicule définie par le cycle de conduite. [0013] Selon une variante, le moyen d'échange thermique est un dispositif de projection du 3 fluide apte à projeter le fluide hors du circuit de circulation. [0014] Selon une variante, le dispositif de régulation thermique comporte un moyen de collecte du fluide et un conduit de retour du fluide depuis le moyen de collecte vers le circuit de circulation. [0015] Selon une variante, le moyen de collecte est un caisson étanche dans lequel est logé le dispositif de projection et comporte une première ouverture pour le passage du circuit de circulation vers le dispositif de projection et une deuxième ouverture donnant accès au conduit de retour. [0016] L'invention prévoit un banc d'essai destiné à la simulation d'un cycle de conduite pour un groupe motopropulseur de véhicule automobile, le banc d'essai comportant un équipement susceptible de monter en température et un échangeur thermique destiné au refroidissement dudit équipement. Le banc d'essai comporte en outre le dispositif de régulation thermique selon l'un quelconque des modes de réalisation précédent agencé et piloté pour réguler la température de l'échangeur thermique en fonction dudit paramètre du cycle de conduite. [0017] Selon une variante du banc d'essai où le dispositif de régulation comporte un dispositif de projection du fluide, le dispositif de projection est apte à projeter le fluide sur la surface de l'échangeur thermique. [0018] Selon une variante du banc d'essai, l'équipement est un moteur thermique et l'échangeur est un radiateur. [0019] L'invention concerne également un procédé de pilotage d'un banc d'essai pour un groupe motopropulseur de véhicule automobile conformément à l'un quelconque des modes de réalisation précédent. Le procédé comporte les étapes successives suivantes : [0020] - la détermination d'un paramètre du cycle de conduite représentatif de l'action du flux d'air agissant en façade du véhicule lors du roulage du cycle de conduite, [0021] - le pilotage du débit du fluide de régulation thermique en fonction dudit paramètre du cycle de conduite. [0022] L'invention assure une meilleure représentativité des conditions thermiques d'un véhicule et permet d'obtenir des résultats fiables en condition de transitoire thermique pour les essais de calibration du moteur thermique, notamment pour les fonctions de dépollution. [0023] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : [0024] [fig.1] représente un exemple de cycle de conduite réalisé lors d'essais en dépollution d'un groupe motopropulseur. [0025] [fig.2] représente un banc d'essai comporte un dispositif de régulation thermique du moteur selon l'invention. [0026] Le banc d'essai selon l'invention vise à simuler les performances d'un groupe moto- propulseur de véhicule, par exemple en consommation de carburant, émission de gaz polluants, de gaz CO2 ou bien encore en test d'autonomie en roulage électrique. Afin de reproduire fidèlement les conditions thermiques et de flux d'air s'exerçant sur le véhicule lors du roulage, le banc d'essai est équipé d'un dispositif de régulation thermique. [0027] Par ailleurs, le banc d'essai comporte des moyens de simulation de cycles de conduite et des moyens d'actionnement du groupe motopropulscur pour opérer ces cycles de conduites. Les cycles de conduite peuvent être des cycles de conduites normalisés selon les spécifications dictées par les autorités, par exemple dans les procédures européennes WLTP ou les procédures nord-américaines FTP. On n'écarte pas non plus la possibilité de simuler grâce au banc d'essai des cycles de conduite non normalisés issus de mesures effectuées en situation de roulage réelles. [0028] Dans une variante, un cycle de conduite est défini par un paramètre de vitesse de véhicule et par une durée d'application de ce paramètre de vitesse. Un cycle de conduite comporte des phases d'accélération visant à simuler l'utilisation réelle d'un véhicule. Par exemple, la procédure définissant les cycles WLTP définit des cycles de conduite spécifiques pour des catégories de véhicule selon leur puissance de motorisation. [0029] En figure 1, le graphique représente schématiquement un exemple de cycle de conduite CC1 destiné à être simulé par le banc d'essai. En abscisse on a représenté la durée du cycle DU en seconde et en ordonnée on a représenté la vitesse du véhicule à simuler, ici en km/h [0030] En figure 2, on a représenté un mode de réalisation préférentiel du banc d'essai comportant le dispositif de régulation thermique. Le banc d'essai comporte un moteur thermique 10 susceptible de monter en température et de subir des transitoires de température résultant du déplacement du véhicule pouvant influencer les performances en émission de gaz polluants. [0031] Identiquement à un groupe motopropulseur, le moteur thermique 10 est équipé d'un échangeur thermique 11 de type radiateur ayant une première surface d'échange thermique avec une boucle 14 de circulation d'un fluide de refroidissement circulant entre l'échangeur thermique 11 et le corps du moteur thermique 10. [0032] L'échangeur thermique 11 présente les caractéristiques de refroidissement similaires à celles d'un radiateur de refroidissement de véhicule automobile. Dans ce mode de réalisation, l'échangeur thermique 11 est un échangeur fluide/air, de type radiateur. Par conséquent, le radiateur comporte une deuxième surface destinée à recevoir un flux d'air exercé par le déplacement du véhicule pour capter la chaleur évacuée du moteur thermique par l'intermédiaire de la boucle de fluide de refroidissement. [0033] Afin de simuler fidèlement l'action du flux d'air sur le radiateur lors d'un cycle de conduite, le banc d'essai comporte un dispositif de régulation thermique 12 du radiateur 11 comportant un circuit de circulation 124 d'un fluide de régulation thermique, un moyen d'échange thermique 125 avec le fluide de régulation thermique, un moyen de pilotage 121 du débit dudit fluide de régulation thermique et des moyens de contrôle 131 apte à piloter le débit en fonction d'un paramètre Pl d'un cycle de conduite. [0034] Le fluide de régulation thermique est de l'eau froide industrielle ou tout autre type de fluide apte à être utilisé pour contrôler la température du radiateur dans les plages de température des conditions de roulage désirées pour simuler le cycle de conduite. Le circuit de circulation 124 reçoit l'eau industrielle d'un réservoir et débouche vers le moyen d'échange thermique 125 puis retourne vers le circuit de circulation 124. Le moyen de pilotage 121 est une vanne apte à piloter le débit de l'eau en fonction d'une consigne CS délivrée par un pupitre 13 du banc d'essai. [0035] La consigne CS est dépendante d'un paramètre PI de contrôle du débit défini par le cycle de conduite. Dans une variante, le paramètre Pl est variable en fonction de la valeur du paramètre de vitesse véhicule du cycle de conduite. Selon un mode de pilotage, la consigne CS augmente le débit du fluide lorsque la vitesse augmente et coupe le débit lorsque la vitesse du cycle est nulle. Dans une autre variante, le paramètre PI est variable ou constant tout au long du cycle de conduite et la valeur est définie par le cycle de conduite. Optionnellement, la valeur du paramètre P1 est configurable selon des variables de configuration représentatives des conditions météorologiques et géographiques définies par le cycle de conduite. Le paramètre PI est configuré par un module 131 du pupitre 13 et le module 131 élabore la consigne de débit CS. Le module 131 met en oeuvre un programme de pilotage de la consigne CS permettant de simuler le débit d'air en façade du véhicule. [0036] Le circuit de circulation 124 est un conduit comportant à son extrémité un dispositif de projection 125 de l'eau industrielle sur la surface du radiateur hors du circuit de circulation 124. Le dispositif de projection 125 comporte un ou plusieurs moyens de projection de type pissette à eau permettant l'échange thermique avec le radiateur. Le ou les jets d'eau permettent ainsi de contrôler la température du radiateur similairement à un tlux d'air agissant en façade du véhicule en fonction du débit commandé par la vanne 121. La température peut varier en refroidissement ou en chauffage selon la température de l'eau projetée et du débit piloté. [0037] Par conséquent, il peut être prévu que le banc d'essai comporte également des 6 moyens de régulation thermique du fluide de régulation, tels un réservoir de refroidissement et/ou des moyens de chauffage. [0038] Afin de permettre le retour de l'eau industrielle dans le réservoir du circuit de cir- culation 124, le banc de test comporte un moyen de collecte 120 de l'eau projetée et un conduit de retour 123 du fluide de régulation thermique depuis le moyen de collecte 120 vers le circuit de circulation 124. [0039] Le moyen de collecte est un caisson 120, de préférence un caisson étanche dans lequel est logé le dispositif de projection 125, et comporte une première ouverture 122 pour le passage du circuit de circulation 124 vers le dispositif de projection 125 et une deuxième ouverture 126 donnant accès au conduit de retour 123. Le radiateur 11 est logé également à l'intérieur du caisson 120. Le caisson comporte également des ouvertures permettant le passage de la boucle de refroidissement 14 du moteur. Le caisson présente l'avantage d'améliorer la collecte du fluide et la précision de la régulation en température. Par ailleurs, le caisson étanche forme une enveloppe mécanique fermée similaire à la caisse du véhicule où est logée le radiateur du moteur thermique. On améliore ainsi la simulation. [0040] Toutefois, on n'écarte pas la possibilité que le caisson 120 soit partiellement ouvert, positionné de préférence sous le radiateur pour collecter l'eau industrielle une fois projetée. Une autre variante peut être un circuit de collecte de l'eau de type surface plane sur laquelle s'écoule l'eau de manière à r amener jusqu'au réservoir du circuit de circulation 124. [0041] On a décrit un banc d'essai pour un moteur thermique. Néanmoins, le dispositif de régulation thermique peut être appliqué pour piloter la température de tout équipement du véhicule susceptible d'être exposé au flux d'air résultant du déplacement du véhicule, tel le système de batterie ou machine électrique. [0042] L'invention prévoit également un procédé de pilotage du banc de test comportant les étapes successives suivantes : [0043] - la détermination du paramètre PI du cycle de conduite représentatif de l'action du flux d'air agissant en façade du véhicule lors du roulage du cycle de conduite, [0044] - le pilotage du débit du fluide de régulation thermique en fonction dudit paramètre P1 du cycle de conduite. [0045] Le procédé est mis en oeuvre par un programme de contrôle du pupitre destiné à simuler le flux d'air en façade du véhicule. 7 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7]