FR2875600A1 - Torque and output measuring device for e.g. car, has computational tool calculating torque and output, based on engine speed provided by electronic circuit, while considering tested parameters of vehicle and meteorological conditions - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de mesure, permettant deThe present invention relates to a measuring device, making it possible to
mesurer le couple et la puissance d'un véhicule terrestre en fonction de son régime moteur, ce type de moteur pouvant être thermique ou électrique. measuring the torque and the power of a land vehicle according to its engine speed, this type of engine being able to be thermal or electric.
Les procédés de mesure de couple et de puissance du moteur d'un véhicule 5 terrestre à ce jour, nécessitent la mise en place d'un dispositif de mesure appelé couramment: banc à rouleaux . The methods of measuring the torque and power of the motor of a terrestrial vehicle to date require the installation of a measuring device commonly called a roller bench.
Le banc à rouleaux est un dispositif de taille assez conséquente puisqu'il reçoit sur ses rouleaux le véhicule à tester. L'armature doit être fixée au sol avec certaines parties dans le sol, ce qui nécessite des travaux de bâtiment lors de la mise en place et rend l'installation permanente. The roller dynamometer is a rather large device since it receives on its rollers the vehicle to be tested. The frame must be fixed to the ground with certain parts in the ground, which requires building work during installation and makes the installation permanent.
La conception et les travaux nécessaires à son installation font du banc à rouleaux un système coûteux, ne le mettant à la portée que des garages spécialisés. The design and the work necessary for its installation make the roller bench an expensive system, making it accessible only to specialized garages.
Ce dispositif permanent oblige le déplacement des véhicules à tester vers le banc à rouleaux. L'accès à cette technologie n'est pas pratique, d'une part si le véhicule n'est pas en mesure d'emprunter la voie publique, d'autre part si le banc à rouleaux n'est pas à proximité, certaines régions ne sont munies que d'un seul banc à rouleau. Par ailleurs, trouver un dispositif de ce genre pour tester un véhicule à 4 roues motrices est encore plus difficile, la plupart des bancs à rouleaux ne pouvant accueillir qu'un seul train de roues. This permanent device requires the displacement of test vehicles to the roller bench. Access to this technology is not practical, on the one hand if the vehicle is not able to use the public road, on the other hand if the dynamometer is not nearby, some areas have only one roller bench. In addition, finding a device of this kind to test a 4WD vehicle is even more difficult, most roller banks can accommodate only one set of wheels.
Ces bancs sont très utiles pour la mise au point des véhicules, dans une optique sportive, mais également pour vérifier les performances d'un moteur en cas de doute. These benches are very useful for the development of vehicles, for sports purposes, but also to check the performance of an engine in case of doubt.
En raison de son coût initial, chaque passage au banc est facturé très cher, par conséquent l'accès à un banc à rouleaux n'est pas à la portée de tous. Because of its initial cost, each bench run is very expensive, so access to a roller bench is not available to all.
Des systèmes alternatifs au banc à rouleaux existent avec l'inconvénient de 25 manquer de compatibilité entre les gammes de véhicules, ce qui nécessite des connexions spécifiques à une marque ou à une technologie donnée. Alternative roller bed systems exist with the disadvantage of lacking compatibility between the vehicle ranges, which requires specific connections to a given brand or technology.
Le dispositif selon l'invention permet de remédier aux inconvénients du banc à rouleaux et systèmes similaires en proposant un moyen de mesure universel et techniquement accessible au plus grand nombre. II s'adresse non seulement aux voitures, mais également aux camions, motos, kartings, qu'ils soient équipés d'un ou plusieurs jeux de roues motrices. The device according to the invention overcomes the disadvantages of the roller bed and similar systems by providing a universal measurement means and technically accessible to the greatest number. It is not only for cars, but also for trucks, motorcycles, karts, whether equipped with one or more sets of driving wheels.
Le dispositif selon l'invention nécessite une prise de mesure qui consiste à effectuer une accélération du véhicule à tester sur une portion de route plate avec un minimum de facteurs pouvant entraîner une différence entre deux mesures, par exemple une route glissante, une chaussée déformée, des rafales de vent. Un banc à rouleau permet seulement de mesurer l'accélération d'un ou plusieurs rouleaux de masses et de tailles connues. L'inertie des rouleaux étant connue, le couple du véhicule se déduit assez facilement, en jouant sur quelques coefficients correctifs. The device according to the invention requires a measurement which consists of accelerating the vehicle to be tested on a portion of flat road with a minimum of factors that can cause a difference between two measurements, for example a slippery road, a deformed roadway, gusts of wind. A roller bank only allows the acceleration of one or more rolls of known masses and sizes to be measured. The inertia of the rollers being known, the torque of the vehicle is deduced quite easily, playing on some corrective coefficients.
Le dispositif décrit ici, utilise un outil de calcul qui exploite l'accélération du véhicule sur la route pour achever les mêmes calculs. Les paramètres pris en compte sont plus nombreux, et la précision du résultat final dépendra de la bonne connaissance de ces derniers. The device described here uses a calculation tool that exploits the acceleration of the vehicle on the road to complete the same calculations. The parameters taken into account are more numerous, and the precision of the final result will depend on the good knowledge of the latter.
Un véhicule, lorsqu'il se déplace, doit contrecarrer différents éléments qui s'opposent à son avancement: ^ La résistance au roulement par frottement sur le sol. A vehicle, when moving, must counteract different elements that oppose its advancement: ^ The rolling resistance by friction on the ground.
^ Les forces aérodynamiques.^ Aerodynamic forces.
^ La pente.^ The slope.
^ L'inertie de composants qui sont en rotation et reliés au moteur, en particulier les roues, les disques de frein, la transmission, le volant moteur. ^ The inertia of components that are rotating and connected to the engine, especially the wheels, the brake discs, the transmission, the flywheel.
La résistance au roulement dépend du poids du véhicule, de la pression et de la 15 température des pneus, ainsi que de la vitesse. Rolling resistance depends on the weight of the vehicle, the pressure and the temperature of the tires, as well as the speed.
La traînée aérodynamique croît selon le carré de la vitesse du véhicule et dépend de la masse volumique de l'air, du SCx (Cx * surface frontale) et de la vitesse. Aerodynamic drag increases with the square of the vehicle speed and depends on air density, SCx (Cx * frontal area) and speed.
Le dispositif utilisera donc un paramètre crucial et cela continuellement lors de l'accélération: le régime moteur. Ce régime moteur sera échantillonné tout au long de l'accélération du véhicule et permettra de calculer l'accélération et la vitesse via la démultiplication de boite et la taille de pneus du véhicule testé. The device will therefore use a crucial parameter and this continuously during acceleration: the engine speed. This engine speed will be sampled throughout the acceleration of the vehicle and will calculate the acceleration and speed via the gear ratio and the tire size of the vehicle tested.
Le calcul du couple et de la puissance en fonction du régime moteur fait intervenir des formules mécaniques standards prenant en compte tous ces paramètres. Formules mécaniques standards (pour information) : (M+Mr)ax= (Te * Ntf * rjtf)/r - Rx - Da M: masse du véhicule. The calculation of torque and power as a function of the engine speed involves standard mechanical formulas taking into account all these parameters. Standard mechanical formulas (for information): (M + Mr) ax = (Te * Ntf * rjtf) / r - Rx - Da M: mass of the vehicle.
Mr: masse équivalente des composants tournants. Mr: equivalent mass of rotating components.
ax: accélération du véhicule.ax: acceleration of the vehicle.
Te: couple moteur.Te: motor torque.
Ntf: ratios combinés du rapport de boite utilisé pour la mesure et du couple conique. Ntf: combined ratios of the gear ratio used for the measurement and the tapered torque.
rjtf: efficacité combinée de la transmission et de la boite. rjtf: combined efficiency of transmission and gearbox.
r: rayon de(s) la(es) roue(s) motrice(s). Rx: Force de résistance au roulement. r: radius of the driving wheel (s). Rx: Rolling resistance force.
Da: Force d'opposition aérodynamique. Da: Aerodynamic opposition force.
Da = 0.5 * p *V2 * Cx *A P: densité de l'air (dépend de la température et de la pression de l'air). Da = 0.5 * p * V2 * Cx * A P: density of the air (depends on the temperature and the pressure of the air).
V: vitesse du véhicule.V: vehicle speed.
Cx: coefficient de traînée aérodynamique. Cx: aerodynamic drag coefficient.
A: Surface frontale du véhicule.A: Front surface of the vehicle.
Rx= Fr* M Fr: coefficient de résistance au rôulement. Rx = Fr * M Fr: coefficient of resistance to roasting.
P = (Te * RPM)/7028 P: Puissance moteur en Chevaux. P = (Te * RPM) / 7028 P: Engine power in Horses.
RPM: Régime de rotation du moteur en tr/min. RPM: Engine rotation speed in rpm.
Te: exprimé en N.m.Te: expressed in N.m.
Le dispositif va permettre de donner la puissance et le couple en fonction du régime d'un moteur thermique par simple connexion électrique sur la prise allume cigare ou sur les bornes de tension d'alimentation électrique du véhicule. C'est la fréquence des impulsions issues de l'alternateur qui sera extraite du circuit d'alimentation électrique du véhicule, et convertie en régime moteur. The device will make it possible to give the power and the torque as a function of the speed of a heat engine by simple electrical connection to the cigarette lighter socket or to the voltage supply terminals of the vehicle. It is the frequency of the pulses coming from the alternator which will be extracted from the electrical supply circuit of the vehicle, and converted into engine speed.
Le régime moteur sera la valeur de base pour le calcul de puissance et de couple acquis lors de la prise de mesure. The engine speed will be the base value for the calculation of power and torque acquired during the measurement.
Le régime moteur sera déterminé par un circuit électronique. En sortie de ce dernier est communiquée la valeur régime qui permet d'obtenir le régime en fonction du temps. Le régime en fonction du temps permettra de calculer l'accélération et la vitesse du véhicule puisque le moteur est couplé à une boîte de vitesses directement relié aux roues motrices. The engine speed will be determined by an electronic circuit. At the output of the latter is communicated the value regime which allows to obtain the regime as a function of time. The speed versus time will calculate the acceleration and speed of the vehicle since the engine is coupled to a gearbox directly connected to the drive wheels.
Les valeurs du régime en fonction du temps seront incluses dans une série de 25 calculs mécaniques. Ces calculs peuvent être effectués par un ordinateur portable ou ordinateur de poche. The values of the regime as a function of time will be included in a series of 25 mechanical calculations. These calculations can be performed by a laptop or handheld computer.
Le calcul effectué utilisera non seulement les données du régime en fonction du temps mais aussi les données citées ci-dessous: ^ Poids du véhicule au moment du test, représenté par M dans les formules mathématiques et intervenant dans le calcul du couple. The calculation carried out will use not only the data of the regime as a function of time but also the data quoted below: ^ Weight of the vehicle at the time of the test, represented by M in the mathematical formulas and involved in the computation of the couple.
^ Caractéristiques aérodynamiques du véhicule testé : le Coefficient SCx, ou Cx et surface frontale. Ce coefficient est représenté dans les formules mathématiques par Cx et aura une incidence directe dans l'évaluation des forces d'opposition aérodynamiques. ^ Aerodynamic characteristics of the vehicle tested: the coefficient SCx, or Cx and frontal area. This coefficient is represented in mathematical formulas by Cx and will have a direct bearing in the evaluation of aerodynamic opposition forces.
^ Dimensions des roues motrices ou Diamètre réel: permet de connaître la distance parcourue, la vitesse du véhicule, ainsi que son accélération par rapport au régime moteur et aux rapports de la boîte de vitesses. ^ Drive Wheel Dimensions or Actual Diameter: Shows the distance traveled, the vehicle speed, and its acceleration from the engine speed and gear ratios.
^ Pression des pneus: rentre en compte dans les calculs de frottements au sol. ^ Tire pressure: taken into account in ground friction calculations.
^ Caractéristiques de la boîte à vitesses, rapports de boîte et couple conique: grâce à ces valeurs il est possible de connaître la vitesse de rotation des roues motrices à partir du régime moteur. ^ Gearbox characteristics, gearbox ratios and tapered torque: these values make it possible to know the rotation speed of the drive wheels from the engine speed.
^ Perte en % dans les transmissions: cette valeur est communiquée par les constructeurs. ^ Loss in% in transmissions: this value is communicated by the manufacturers.
^ Température de l'air ambiant au moment du test: les variations de température ont une influence directe sur la densité de l'air utilisé par les moteurs thermiques ainsi que sur les pertes par traînées aérodynamiques, et par conséquent sur le couple du moteur. ^ Ambient air temperature at the time of the test: the temperature variations have a direct influence on the air density used by the thermal engines as well as on the aerodynamic drag losses, and consequently on the engine torque.
^ Pression atmosphérique sur les lieux du test: les variations de pression ont une influence directe sur la densité de l'air utilisé par les moteurs thermiques ainsi que sur les pertes par traînées aérodynamiques, et donc sur le couple du moteur. ^ Atmospheric pressure at the test site: the pressure variations have a direct influence on the air density used by the thermal engines as well as on the aerodynamic drag losses, and thus on the engine torque.
^ Humidité présente dans l'air au moment du test: les variations d'humidité ont une influence directe sur la densité de l'air utilisé par les moteurs thermiques ainsi que sur les pertes par traînées aérodynamiques, et ainsi sur le couple du moteur. Moisture present in the air at the time of the test: the humidity variations have a direct influence on the air density used by the thermal engines as well as on the aerodynamic drag losses, and thus on the engine torque.
^ Nombre de cylindres du moteur du véhicule testé. ^ Number of engine cylinders of the vehicle tested.
L'aboutissement de ce calcul permettra de connaître la puissance et le couple en fonction du régime moteur recueilli lors de la mesure. The result of this calculation will make it possible to know the power and the torque as a function of the engine speed collected during the measurement.
Le circuit électronique incorporé dans le dispositif, aura pour rôle de déterminer le régime moteur, à partir d'une connexion électrique sur un allume cigare ou aux bornes 25 d'un fil d'alimentation et de masse du véhicule testé. The electronic circuit incorporated in the device will have the role of determining the engine speed, from an electrical connection on a cigarette lighter or terminals 25 of a wire and ground of the vehicle tested.
L'alimentation du circuit électronique est fournie par la tension d'alimentation du véhicule qui permet à la fois une mise sous tension et une source de signaux, nécessaires à l'évaluation du régime moteur. The supply of the electronic circuit is provided by the supply voltage of the vehicle which allows both a power up and a source of signals, necessary for the evaluation of the engine speed.
Ces signaux, interprétés par le circuit électronique, permettront de déterminer le 30 régime moteur qui sera communiqué à l'outil de calcul. These signals, interpreted by the electronic circuit, will make it possible to determine the engine speed which will be communicated to the computing tool.
Le circuit électronique inclut les fonctions suivantes: ^ La régulation de l'alimentation pour la mise sous tension du circuit. The electronic circuit includes the following functions: ^ The regulation of the power supply to turn on the circuit.
^ L'extraction des fréquences présentes sur le réseau d'alimentation, nécessaires pour déterminer le régime moteur, en particulier celles issues de l'alternateur. ^ The extraction of the frequencies present on the supply network, necessary to determine the engine speed, in particular those coming from the alternator.
L'alternateur, de part sa conception, fournit une fréquence qui varie en fonction de sa vitesse de rotation et une autre qui est directement en relation avec la position des cylindres. Bien que la tension de l'alternateur soit régulée, il est possible de détecter sur la tension d'alimentation à la fois la fréquence des alternances de l'alternateur ainsi que les variations de tension aux moments des explosions de chaque cylindre. Ces deux fréquences sont superposées, et d'autres signaux, tels que la bobine d'allumage, les ventilateurs, peuvent être détectés sur le réseau d'alimentation; l'utilisation d'un DSP (Digital Sound Processor) sera donc nécessaire pour effectuer le filtrage, l'analyse et le traitement des signaux souhaités. The alternator, by design, provides a frequency that varies according to its speed of rotation and another that is directly related to the position of the cylinders. Although the voltage of the alternator is regulated, it is possible to detect on the supply voltage both the alternator frequency of the alternator and the voltage variations at the moments of the explosions of each cylinder. These two frequencies are superimposed, and other signals, such as the ignition coil, the fans, can be detected on the power supply network; the use of a DSP (Digital Sound Processor) will therefore be necessary to filter, analyze and process the desired signals.
^ Une interface permettant une communication bidirectionnelle pour: recevoir les commandes de fonctions du circuit électronique: remise à zéro, initialisation, choix du nombre de cylindres. ^ An interface allowing a bidirectional communication to: receive the commands of functions of the electronic circuit: reset, initialization, choice of the number of cylinders.
- émettre l'information régime moteur. - transmit the engine speed information.
^ Des capteurs de température, hygrométrie et pression atmosphérique permettant de connaître les caractéristiques atmosphériques qui rentrent en compte dans le calcul du couple et de la puissance. ^ Sensors of temperature, hygrometry and atmospheric pressure making it possible to know the atmospheric characteristics which take into account in the computation of the torque and the power.
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