Brevet FR3133648A1 — publié le 20230922

Titre : Procédé de génération d’architectures fonctionnelles de circuit de refroidissement Procédé de génération d’architectures fonctionnelles de circuit de refroidissement à partir d’une liste de composants primaires, comprenant : .génération d’un ensemble de squelettes hydrauliques : - définition d’au moins une condition d’exclusion d’un squelette hydraulique permettant d’identifier des squelettes hydrauliques à exclure de l’ensemble des solutions ; - génération d’un ensemble de squelettes hydrauliques par la construction d’un arbre représentant l’ensemble de squelette hydraulique à partir d’un nombre de connexions à réaliser, l’arbre comprenant des sommets représentant des points de connexion hydrauliques et des arrêtes représentant des branches de fluide entre deux points de connexion hydraulique ; - exclusion des squelettes hydrauliques identifiés comme squelettes hydrauliques à exclure, .génération de l’ensemble d’architectures fonctionnelles de circuits de refroidissement, la génération de l’ensemble d’architectures fonctionnelles de circuits de refroidissement comprenant les sous-étapes suivantes : - pour chaque squelette hydraulique de l’ensemble de squelettes hydrauliques, génération d’un ensemble d’architectures fonctionnelles par placement des composants primaires sur des branches de fluide du squelette hydraulique. Procédé de génération d’architectures fonctionnelles de circuit de refroidissement DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine du design génératif, et plus précisément du développement d’architectures de circuits de refroidissement d’un groupe motopropulseur d’un véhicule automobile. ETAT DE L’ART Afin de permettre la réduction des émissions de polluants des véhicules (notamment le CO 2 et les particules fines), il est nécessaire d’optimiser au mieux les circuits de refroidissement de moteur. En effet, le système de refroidissement a pour but de réguler et limiter la température d’un fluide de refroidissement dans le but d’optimiser la consommation d’énergie et d’assurer la fiabilité des composants. Le système de refroidissement capture des calories par le biais d’un fluide caloporteur, et les transporte à un radiateur afin de les évacuer et/ou plusieurs composant nécessitant des calories (par exemple le système de chauffage de l’habitacle ou pour le réchauffement de batterie). Par ailleurs, le développement des motorisations hybrides a fait drastiquement augmenter les besoins en termes de refroidissement de composants, les composants à refroidir étant de plus en plus nombreux, et leur sensibilité aux différentes températures plus élevées. La définition d’une architecture fonctionnelle de circuit de refroidissement est donc une étape cruciale du développement d’un nouveau groupe motopropulseur. Par architecture fonctionnelle de circuit de refroidissement, on entend un schéma global avec différentes branches dans lesquelles circule un fluide de refroidissement, et sur lequel sont placés des composants du circuit de refroidissement tels que des radiateurs, des pompes, des vannes, des composants à refroidir etc. Les méthodes actuelles reposent principalement sur l’optimisation et le dimensionnement hydraulique d’architectures déjà connues. Il a toutefois été remarqué que des changements d’architecture (voir par exemple Torregrosa, A. J., Broatch, A., Olmeda, P., & Romero, C. (2008). Assessment of the influence of different cooling system configurations on engine warm-up, emissions and fuel consumption. International Journal of Automotive Technology, 9(4), 447-458. ) permettaient de réduire grandement le temps nécessaire à la montée en température d’un moteur à combustion interne, et donc de réduire la consommation et les émissions dudit moteur. Il apparait donc qu’il serait avantageux d’explorer l’utilisation de nouvelles architectures fonctionnelles de circuit de refroidissement afin de répondre aux besoins d’efficacité énergétique et de fiabilité des groupes motopropulseurs. Par ailleurs, les outils disponibles dédié à l’optimisation hydraulique, c’est-à-dire au calcul du dimensionnement de l’ensemble des composant d’un circuit hydraulique ne permettent pas le traitement efficace d’un grand nombre d’architectures fonctionnelles. En effet, les architectures fonctionnelles étant jusqu’à présent développée individuellement leur modélisation en un problème d’optimisation à résoudre par un algorithme d’optimisation (en anglais « solver ») est faire manuellement par les concepteurs du circuit hydraulique, et n’est donc pas adapté au traitement d’un grand nombre d’architectures fonctionnelles. Le Demandeur s’est cependant aperçu qu’il n’existait pas à ce jour de méthode permettant une étude exhaustive de toutes les architectures fonctionnelles de circuit de refroidissement possibles à partir d’une spécification de besoins en termes de refroidissement des différents composant d’un groupe motopropulseur. PRESENTATION DE L’INVENTION Un objectif de l’invention est donc de permettre une étude systématique des architectures de refroidissement possible d’un groupe motopropulseur donné à partir d’une spécification des besoins en termes de refroidissement. Pour cela, selon un premier aspect, la présente invention propose un procédé de génération d’architectures fonctionnelles de circuit de refroidissement à partir d’une liste de composants primaires, le procédé comprenant les étapes suivantes : génération d’un ensemble de squelettes hydrauliques (E1) constitué de branches de fluide entre des points de connexion hydraulique, la génération de l’ensemble de squelettes hydrauliques comprenant les sous-étapes suivantes : définition d’au moins une condition d’exclusion (E1.1) d’un squelette hydraulique de l’ensemble de squelettes hydrauliques, la condition d’exclusion permettant d’identifier des squelettes hydrauliques à exclure de l’ensemble des solutions ; génération d’un ensemble de squelettes hydrauliques par la construction d’un arbre (E1.2) représentant l’ensemble de squelette hydraulique à partir d’un nombre de connexions à réaliser, l’arbre comprenant des sommets représentant des points de connexion hydrauliques et des arrêtes représentant des branches de fluide entre deux points de connexion hydraulique ;e exclusion (E1.3) de l’ensemble de squelettes hydraulique des squelettes hydrauliques identifiés comme squelettes hydrauliques à exclure par la au moins une condition d’exclusion, génération de l’ensemble d’architectures fonctionnelles de circuits de refroidissement (E2), la génération de l’ensemble d’architectures fonctionnelles de circuits de refroidissement comprenant les sous-étapes suivantes : pour chaque squelette hydraulique de l’ensemble de squelettes hydrauliques, génération d’un ensemble d’architectures fonctionnelles par placement des composants primaires (E2.1) sur des branches de fluide du squelette hydraulique. L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : la construction de l’arbre représentant l’ensemble de squelette hydraulique comprend : la sélection d’un premier point de connexion comme une racine de l’arbre ; la création d’un nombre de sommet de l’arbre égal au nombre de connexion à réaliser, chacun des sommets étant relié à la racine par une arrête représentant une branche de fluide entre le point de connexion hydraulique représenté par le sommet et le point de connexion hydraulique représenté par la racine de l’arbre ; pour chaque sommet, dit sommet père, créé à l’étape précédente, création d’un nombre de sommet fils de l’arbre égal au nombre de connexion à réaliser, chacun des sommets étant relié au sommet père par une arrête représentant une branche de fluide entre le point de connexion hydraulique représenté par le sommet fils et le point de connexion hydraulique représenté par le sommet père, la dernière étape étant répétée afin que l’arbre créé ait une profondeur égale au nombre de connexions à réaliser. un squelette hydraulique est représenté par un ensemble de couples constitués d’étiquettes correspondant aux branches de fluide, une première étiquette du couple étant associée à un premier point de connexion hydraulique, et une deuxième étiquette du couple étant associée à un deuxième point de connexion hydraulique. la au moins une condition d’exclusion d’un squelette hydraulique de l’ensemble de squelettes hydrauliques comprend : le nombre de branche de fluide est supérieur strictement au nombre de composant primaires et/ou, le squelette hydraulique est composé d’au moins deux parties non reliées par une branche et/ou, le squelette hydraulique comprend une boucle de fluide morte et/ou, le squelette hydraulique est un isomorphisme d’un autre squelette hydraulique de l’ensemble de squelette hydraulique. l’étape de génération d’un ensemble d’architectures fonctionnelles par placement des composants primaires sur des branches de fluide du squelette hydraulique comprend pour chaque squelette hydraulique, la construction d’un arbre représentant un sous-ensemble d’architecture fonctionnelles à partir du squelette hydraulique et de la liste de composants primaires. la construction de l’arbre représentant un sous-ensemble d’architecture fonctionnelle à partir du squelette hydraulique et de la liste de composants primaires comprend : la sélection d’un premier composant à placer sur le squelette hydraulique ; la création d’un nombre de sommet de l’arbre égal au nombre de branche de fluide du circuit hydraulique, chaque sommet représentant le placement du premier composant à placer sur une des branches de fluide du circuit hydraulique ; pour chaque sommet, dit sommet père, créé à l’étape précédente, création d’un nombre de sommet fils de l’arbre égal au nombre de branche de fluide du circuit hydraulique, chaque sommet fils représentant le placement d’un nouveau composant à placer sur une des branche de fluide du circuit hydraulique, la dernière étape étant répétée afin que l’arbre créé ait une profondeur égale au nombre de composants primaires à placer. une architecture fonctionnelle est représentée par une liste de couples constitués d’une valeur numérique et d’une liste de composants primaires, chaque couple étant associé à une branche du squelette hydraulique, la valeur numérique d’un couple décrivant le nombre de composants primaires présents sur la branche associée. une étape d’exclusion des architectures fonctionnelles identifiées comme étant un isomorphisme d’une autre architecture fonctionnelle de l’ensemble des architectures fonctionnelles. la liste de composants primaire est associé à une information sur les couples composants primaires identifiés comme ne pouvant pas être placés sur une même branche, le procédé comprenant en outre une étape d’exclusion des architectures fonctionnelles dans lesquelles des couples de composants primaires, identifiés comme ne pouvant pas être placés sur une même branche, sont placés sur une même branche de l’architecture fonctionnelle, de l’ensemble des architectures fonctionnelles. le procédé comprenant en outre une étape de dimensionnement hydraulique des architectures fonctionnelles générées, le dimensionnement hydraulique comprenant le calcul d’une répartition optimal du débit de fluide hydraulique dans les branches du circuit hydraulique définit par une architecture fonctionnelle, et/ou le calcul de valeurs optimales de perméabilité des branches de fluide hydraulique, et/ou le calcul du diamètre optimal des conduites du circuit hydraulique définit par une architecture fonctionnelle, les calculs étant réalisés pour des points de fonctionnement, un point de fonctionnement comprenant un régime moteur, un couple moteur, et une température du fluide de refroidissement. l’étape de dimensionnement hydraulique des architectures fonctionnelles générées comprend, pour chaque branche de chaque architecture fonctionnelle générée des étapes de : génération d’un ensemble d’équations d’état associés à la branche de l’architecture fonctionnelle, les fonctions d’état définissant des contraintes d’un problème d’optimisation ; pour chaque branche, optimisation par un algorithme d’optimisation du problème d’optimisation défini par l’ensemble des contraintes générées à l’étape précédente, ainsi que par une fonction objectif dépendante de la puissance hydraulique totale du circuit. l’étape de dimensionnement hydraulique des architectures fonctionnelles générées comprend, pour chaque architecture fonctionnelle générée des étapes de : génération d’un ensemble d’équations d’état associés à l’architecture fonctionnelle, les fonctions d’état définissant des contraintes d’un problème d’optimisation ; optimisation par un algorithme d’optimisation du problème d’optimisation défini par l’ensemble des contraintes générées à l’étape précédente, ainsi que par une fonction objectif dépendante de la puissance hydraulique totale du circuit. l’ensemble d’équations d’état associées à l’architecture fonctionnelles générée comprend : pour chaque maille du circuit hydraulique défini par l’architecture hydraulique, une équation définissant que la somme des pertes de charge dans ladite maille est nulle, les pertes de charge d’un composant étant définies par la perméabilité du composant associée à un débit ; pour chaque nœud du circuit hydraulique défini par l’architecture hydraulique, une équation définissant que la somme des débits entrants et sortants de ce nœud est nulle, ces équations d’état étant utilisées dans une première optimisation pour chaque branche de chaque circuit hydraulique défini par une architecture hydraulique,. l’ensemble d’équations d’état associées à l’architecture fonctionnelles générée comprend : pour chaque point de fonctionnement, le débit dans chaque composant d’une branche doit être supérieur ou égal à un débit prédéfini pour le composant au dit point de fonctionnement ; pour chaque point de fonctionnement, une perméabilité maximale associée à chaque composant ; pour chaque point de fonctionnement, une perméabilité minimale associée à chaque composant ces équations d’état étant utilisées dans une deuxième optimisation pour chaque circuit hydraulique défini par une architecture hydraulique, l’algorithme d’optimisation utilisé pour résoudre le problème d’optimisation est l’algorithme DIRECT. Selon un deuxième et troisième aspect, l’invention propose un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un procédé selon le premier aspect de génération d’architecture fonctionnelle de circuit de refroidissement, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur ; et un moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel est enregistré un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un procédé selon le premier aspect de génération d’architecture fonctionnelle de circuit de refroidissement, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre d’un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux dessins annexé dans lesquels : la représente les étapes d’un mode de réalisation préféré du procédé selon l’invention ; la est un schéma d’une architecture pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Procédé de génération d’architectures fonctionnelles de circuit de refroidissement à partir d’une liste de composants primaires, le procédé comprenant les étapes suivantes : .génération d’un ensemble de squelettes hydrauliques (E1) constitué de branches de fluide entre des points de connexion hydraulique, la génération de l’ensemble de squelettes hydrauliques comprenant les sous-étapes suivantes : - définition d’au moins une condition d’exclusion (E1.1) d’un squelette hydraulique de l’ensemble de squelettes hydrauliques, la condition d’exclusion permettant d’identifier des squelettes hydrauliques à exclure de l’ensemble des solutions ; - génération d’un ensemble de squelettes hydrauliques par la construction d’un arbre (E1.2) représentant l’ensemble de squelette hydraulique à partir d’un nombre de connexions à réaliser, l’arbre comprenant des sommets représentant des points de connexion hydrauliques et des arrêtes représentant des branches de fluide entre deux points de connexion hydraulique ; - exclusion (E1.3) de l’ensemble de squelettes hydraulique des squelettes hydrauliques identifiés comme squelettes hydrauliques à exclure par la au moins une condition d’exclusion, .génération de l’ensemble d’architectures fonctionnelles de circuits de refroidissement (E2), la génération de l’ensemble d’architectures fonctionnelles de circuits de refroidissement comprenant les sous-étapes suivantes : - pour chaque squelette hydraulique de l’ensemble de squelettes hydrauliques, génération d’un ensemble d’architectures fonctionnelles par placement des composants primaires (E2.1) sur des branches de fluide du squelette hydraulique. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la construction de l’arbre représentant l’ensemble de squelette hydraulique comprend : .la sélection d’un premier point de connexion comme une racine de l’arbre ; .la création d’un nombre de sommet de l’arbre égal au nombre de connexion à réaliser, chacun des sommets étant relié à la racine par une arrête représentant une branche de fluide entre le point de connexion hydraulique représenté par le sommet et le point de connexion hydraulique représenté par la racine de l’arbre ; .pour chaque sommet, dit sommet père, créé à l’étape précédente, création d’un nombre de sommet fils de l’arbre égal au nombre de connexion à réaliser, chacun des sommets étant relié au sommet père par une arrête représentant une branche de fluide entre le point de connexion hydraulique représenté par le sommet fils et le point de connexion hydraulique représenté par le sommet père, la dernière étape étant répétée afin que l’arbre créé ait une profondeur égale au nombre de connexions à réaliser. Procédé selon la revendication 2, dans lequel un squelette hydraulique est représenté par un ensemble de couples constitués d’étiquettes correspondant aux branches de fluide, une première étiquette du couple étant associée à un premier point de connexion hydraulique, et une deuxième étiquette du couple étant associée à un deuxième point de connexion hydraulique. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel, la au moins une condition d’exclusion d’un squelette hydraulique de l’ensemble de squelettes hydrauliques comprend : .le nombre de branche de fluide est supérieur strictement au nombre de composant primaires et/ou, .le squelette hydraulique est composé d’au moins deux parties non reliées par une branche et/ou, .le squelette hydraulique comprend une boucle de fluide morte et/ou, .le squelette hydraulique est un isomorphisme d’un autre squelette hydraulique de l’ensemble de squelette hydraulique. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel, l’étape de génération d’un ensemble d’architectures fonctionnelles par placement des composants primaires sur des branches de fluide du squelette hydraulique comprend pour chaque squelette hydraulique, la construction d’un arbre représentant un sous-ensemble d’architecture fonctionnelles à partir du squelette hydraulique et de la liste de composants primaires. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la construction de l’arbre représentant un sous-ensemble d’architecture fonctionnelle à partir du squelette hydraulique et de la liste de composants primaires comprend : .la sélection d’un premier composant à placer sur le squelette hydraulique ; .la création d’un nombre de sommet de l’arbre égal au nombre de branche de fluide du circuit hydraulique, chaque sommet représentant le placement du premier composant à placer sur une des branches de fluide du circuit hydraulique ; . pour chaque sommet, dit sommet père, créé à l’étape précédente, création d’un nombre de sommet fils de l’arbre égal au nombre de branche de fluide du circuit hydraulique, chaque sommet fils représentant le placement d’un nouveau composant à placer sur une des branche de fluide du circuit hydraulique, la dernière étape étant répétée afin que l’arbre créé ait une profondeur égale au nombre de composants primaires à placer. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, une architecture fonctionnelle est représentée par une liste de couples constitués d’une valeur numérique et d’une liste de composants primaires, chaque couple étant associé à une branche du squelette hydraulique, la valeur numérique d’un couple décrivant le nombre de composants primaires présents sur la branche associée. Procédé selon l’une des revendications 5 à 7, comprenant en outre une étape d’exclusion des architectures fonctionnelles identifiées comme étant un isomorphisme d’une autre architecture fonctionnelle de l’ensemble des architectures fonctionnelles. Procédé selon l’une des revendications 5 à 8, dans lequel la liste de composants primaire est associé à une information sur les couples composants primaires identifiés comme ne pouvant pas être placés sur une même branche, le procédé comprenant en outre une étape d’exclusion des architectures fonctionnelles dans lesquelles des couples de composants primaires, identifiés comme ne pouvant pas être placés sur une même branche, sont placés sur une même branche de l’architecture fonctionnelle, de l’ensemble des architectures fonctionnelles. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant en outre une étape de dimensionnement hydraulique des architectures fonctionnelles générées, le dimensionnement hydraulique comprenant le calcul d’une répartition optimal du débit de fluide hydraulique dans les branches du circuit hydraulique définit par une architecture fonctionnelle, et/ou le calcul de valeurs optimales de perméabilité des branches de fluide hydraulique, et/ou le calcul du diamètre optimal des conduites du circuit hydraulique définit par une architecture fonctionnelle, les calculs étant réalisés pour des points de fonctionnement, un point de fonctionnement comprenant un régime moteur, un couple moteur, et une température du fluide de refroidissement. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l’étape de dimensionnement hydraulique des architectures fonctionnelles générées comprend, pour chaque branche de chaque architecture fonctionnelle générée des étapes de : - génération d’un ensemble d’équations d’état associés à la branche de l’architecture fonctionnelle, les fonctions d’état définissant des contraintes d’un problème d’optimisation ; - pour chaque branche, optimisation par un algorithme d’optimisation du problème d’optimisation défini par l’ensemble des contraintes générées à l’étape précédente, ainsi que par une fonction objectif dépendante de la puissance hydraulique totale du circuit. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l’étape de dimensionnement hydraulique des architectures fonctionnelles générées comprend, pour chaque architecture fonctionnelle générée des étapes de : - génération d’un ensemble d’équations d’état associés à l’architecture fonctionnelle, les fonctions d’état définissant des contraintes d’un problème d’optimisation ; - optimisation par un algorithme d’optimisation du problème d’optimisation défini par l’ensemble des contraintes générées à l’étape précédente, ainsi que par une fonction objectif dépendante de la puissance hydraulique totale du circuit. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l’ensemble d’équations d’état associées à l’architecture fonctionnelles générée comprend : - pour chaque maille du circuit hydraulique défini par l’architecture hydraulique, une équation définissant que la somme des pertes de charge dans ladite maille est nulle, les pertes de charge d’un composant étant définies par la perméabilité du composant associée à un débit ; - pour chaque nœud du circuit hydraulique défini par l’architecture hydraulique, une équation définissant que la somme des débits entrants et sortants de ce nœud est nulle, ces équations d’état étant utilisées dans une première optimisation pour chaque branche de chaque circuit hydraulique défini par une architecture hydraulique,. Procédé selon la revendication 12, dans lequel l’ensemble d’équations d’état associées à l’architecture fonctionnelles générée comprend : - pour chaque point de fonctionnement, le débit dans chaque composant d’une branche doit être supérieur ou égal à un débit prédéfini pour le composant au dit point de fonctionnement ; - pour chaque point de fonctionnement, une perméabilité maximale associée à chaque composant ; - pour chaque point de fonctionnement, une perméabilité minimale associée à chaque composant ces équations d’état étant utilisées dans une deuxième optimisation pour chaque circuit hydraulique défini par une architecture hydraulique, Procédé selon l’une des revendications 12 à 14, dans lequel l’algorithme d’optimisation utilisé pour résoudre le problème d’optimisation est l’algorithme DIRECT. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 15 de génération d’architecture fonctionnelle de circuit de refroidissement, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel est enregistré un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 15 de génération d’architecture fonctionnelle de circuit de refroidissement, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.