FR3086216A1 - Procede de determination d'un parametre de qualite d'air pour vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de détermination d'un paramètre de qualité d'air, notamment pour un système de qualité d'air de véhicule automobile, comprenant une étape de : - détermination d'une concentration d'au moins un type de polluant à un temps donné, dite concentration modélisée, par modélisation mathématique d'une évolution en fonction du temps de ladite concentration d'au moins un polluant donné en fonction du temps, - détermination d'une évolution de ladite concentration modélisée en fonction d'un indice de qualité d'air, - mesure d'une concentration dans un flux d'air dudit au moins un type de polluant, dite concentration mesurée, et - détermination dudit paramètre de qualité d'air à partir de la concentration mesurée et de l'évolution de ladite concentration modélisée en fonction d'un indice de qualité d'air.
Description
PROCEDE DE DETERMINATION D’UN PARAMETRE DE QUALITE D’AIR POUR VEHICULE AUTOMOBILE
L’invention a pour objet un procédé de détermination d’un paramètre de qualité d’air, notamment pour un système de qualité d’air de véhicule automobile.
Un système de qualité d’air d’un véhicule automobile permet une dépollution de l’air destiné à alimenter l’habitacle du véhicule automobile.
Ce système est soit intégré à un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule automobile, soit un module spécialement dédié.
Dans un cas comme dans l’autre, le système comprend généralement un purificateur d’air, tel qu’un filtre et/ou un ioniseur, permettant d’assainir le flux d’air qui le parcourt avant de pénétrer dans l’habitacle du véhicule.
Le système de qualité d’air s’avère donc important pour la santé des utilisateurs du véhicule automobile.
Plus généralement, le niveau de qualité d’air est un paramètre primordial pour la santé de chacun et le système de qualité d’air doit être le plus fiable possible afin de garantir un air le plus sain possible dans le véhicule automobile.
Le but de l’invention est de remédier au moins partiellement à ces inconvénients.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de détermination d’un paramètre de qualité d’air, notamment pour un système de qualité d’air de véhicule automobile, comprenant une étape de détermination d’une concentration d’au moins un type de polluant à un temps donné, dite concentration modélisée, par modélisation mathématique d’une évolution en fonction du temps de ladite concentration d’au moins un polluant donné en fonction du temps, une étape de détermination d’une évolution de ladite concentration modélisée en fonction d’un indice de qualité d’air, une étape de mesure d’une concentration dans un flux d’air dudit au moins un type de polluant, dite concentration mesurée, et une étape de détermination dudit paramètre de qualité d’air à partir de la concentration mesurée et de révolution de ladite concentration modélisée en fonction d’un indice de qualité d’air.
Ainsi, grâce au procédé selon la présente invention, il est possible de déterminer avec une grande précision le niveau de qualité de l’air dans le véhicule ou à proximité du véhicule, ce qui permet d’agir en temps réel sur le système de qualité d’air et de protéger au mieux les utilisateurs du véhicule automobile.
Selon une autre caractéristique de l’invention, ledit flux d’air est choisi parmi un flux d’air extérieur au véhicule automobile et un flux d’air intérieur au véhicule automobile.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la modélisation mathématique est réalisée à partir de l’équation suivante :
C(t) = Cœ + (Co - C00)e_t/'r, où C(t) est la concentration modélisée, t est le temps, Cœ est la valeur de la concentration modélisée à un temps infini, Co est la valeur de la concentration à temps nul et τ est une constante de temps.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la modélisation mathématique est réalisée à partir de la fonction suivante :
C(t) = a. tb, où a est une valeur de concentration sur une moyenne sur un temps donné, et b est un paramètre d’identification de la fonction.
Selon une autre caractéristique de l’invention, l’évolution de ladite concentration modélisée en fonction d’un indice de qualité d’air est obtenue par modélisation mathématique à l’aide d’une fonction mathématique polynomiale.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la fonction mathématique polynomiale s’écrit selon l’équation suivante :
CT = K3. (AQ/)3 + Kl. (AQ/)2 + K2.AQI, où CT est la concentration modélisée au temps donné, K1 et K2 et K3 sont des constantes et AQI est l’indice de qualité d’air.
Selon une autre caractéristique de l’invention, ledit temps donné est le temps nul de sorte que le paramètre de qualité d’air déterminé est l’indice de qualité d’air en temps réel.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le temps donné correspond à un temps de trajet du véhicule automobile.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la modélisation mathématique est réalisée à partir d’une base de données de valeurs d’indice de qualité d’air et de concentration dudit polluant acquis sur des temps pré-déterminés.
Selon une autre caractéristique de l’invention, on détermine plusieurs indices de qualité d’air associés respectivement à un type de polluant, le paramètre de qualité d’air correspondant à la valeur maximale des indices de qualité d’air déterminés.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le procédé comprend une étape de comparaison de la valeur du paramètre de qualité d’air à une valeur seuil et une étape de protection des utilisateurs du véhicule selon le résultat de l’étape de comparaison.
L’invention a également pour objet un programme d'ordinateur comprenant une suite d'instructions mettant en œuvre les étapes du procédé tel que décrit précédemment lorsqu'elles sont exécutées par un processeur.
L’invention a également pour objet un support de stockage non transitoire lisible par ordinateur comprenant un programme d'ordinateur tel que décrit précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre un tableau de base de données pour la mise en œuvre d’un procédé de détermination d’un paramètre de qualité d’air selon la présente invention ;
- la figure 2 illustre un chronogramme des étapes du procédé selon la présente invention ;
- la figure 3 illustre des courbes d’évolution d’un indice de qualité d’air en fonction du temps déterminées à partir du tableau de la figure 1 ; et
- la figure 4 illustre une évolution d’une concentration à t=0 en fonction de l’indice de qualité d’air obtenue à partir du tableau de la figure 1 et comprenant un point correspondant au paramètre de qualité d’air ainsi obtenu par le procédé selon la présente invention.
Système de qualité d’air
L’invention a pour objet un procédé de détermination d’un paramètre de qualité d’air, notamment pour un système de qualité d’air de véhicule automobile.
Le système de qualité d’air permet une dépollution de l’air destiné à alimenter l’habitacle du véhicule automobile.
Le système est soit intégré à un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule automobile, soit un module spécialement dédié.
Le système comprend de préférence un purificateur d’air, tel qu’un filtre et/ou un ioniseur, permettant d’assainir un flux d’air qui le parcourt avant de pénétrer dans l’habitacle du véhicule.
Le système de qualité d’air comprend avantageusement un volet disposé en amont du purificateur d’air relativement au flux d’air.
Le volet est monté pivotant entre une position d’ouverture dans laquelle le volet laisse passer le flux d’air au travers du purificateur d’air et une position d’obturation dans laquelle le volet interdit au flux de traverser le purificateur d’air.
En complément ou en alternative, le système de qualité d’air comprend également un volet de commande de circulation d’un flux d’air issu de l’habitacle, autrement appelé air recyclé.
Le volet est pivotant entre une position d’ouverture dans laquelle le volet laisse passer le flux d’air recyclé à nouveau dans l’habitacle au travers du purificateur d’air et une position d’obturation dans laquelle le volet interdit au flux de pénétrer dans l’habitacle.
De préférence, le système de qualité comprend également un capteur de détection et de quantification d’un ou plusieurs types de polluant dans un flux d’air pour un véhicule automobile.
Le flux d’air est choisi parmi un flux d’air extérieur au véhicule automobile et un flux d’air intérieur au véhicule automobile.
Le polluant peut être sous forme de gaz ou de matière particulaire.
Par matière particulaire, on entend toute particule de dimension suffisamment faible pour être transportée par l’air et être inhalées.
Par exemple, la matière particulaire comprend un mélange de spores, de pollen, de fumée de cigarettes, de carbone.
On désigne par l’appellation « PM10 >> les particules dont le diamètre est inférieur à 10 pm et par l’appellation « PM2,5 >> les particules dont le diamètre est inférieur à 2,5 pm.
Selon la valeur déterminée pour le paramètre de qualité d’air, dépendant, comme il sera expliqué ultérieurement, du résultat de la mesure du capteur de détection et quantification de polluant, on pivote le volet du purificateur d’air et/ou du volet d’air recyclé.
Indice de qualité d’air
Un indice de qualité d’air est un paramètre de qualité d’air permettant de caractériser de manière simple et globale la qualité de l’air d’une agglomération urbaine. Il est sans unité. On le désigne sous la forme AQI pour « Air Quality Index » en anglais (Indice de qualité d’air) dans la suite de la demande.
L’AQI est calculé sur la base de seuils réglementaires définis par une autorité nationale ou internationale.
Par exemple, en France, l’AQI peut tenir compte de la surveillance de plusieurs polluants spécifiques, à savoir le dioxyde de soufre SO2, le dioxyde d'azote NO2, l'ozone O3, la matière particulaire et éventuellement de monoxyde de carbone CO (cf. arrêté du 22 juillet 2004 relatif aux indices de qualité de l'air et le décret ministériel du 21 octobre 2010).
Des tableaux, tels que celui de la figure 1, sont mis au point, qui compilent des mesures de concentration de chaque type de polluant cité ci -avant acquises pendant une durée donnée, ainsi que les indices de qualité d’air AQI en découlant.
Sur la figure 1, le tableau indique les concentrations en pg/m3 de matière particulaire PM10 et PM2,5 acquises sur 1h et sur 24h respectivement; ainsi que les AQI associés.
Néanmoins, ces AQI ne sont pas représentatifs des mesures en temps réel dont le véhicule a besoin pour protéger efficacement ses utilisateurs, sachant notamment qu’en France, le délai moyen de trajet en voiture est de 25 min.
Grâce au procédé selon la présente invention, on peut à tout moment évaluer un AQI représentatif du niveau de pollution.
Dans la description qui va suivre du procédé, on cherche à déterminer en l’AQI en temps réel, c’est-à-dire en temps nul, l’AQI étant le paramètre de qualité d’air obtenu par le procédé.
Néanmoins, l’invention ne se limite pas à ce temps nul et le procédé permet de déterminer l’AQI à chaque temps souhaité, par exemple 25 min.
Procédé de détermination de l’AQI
Comme visible sur la figure 2, le procédé de détermination d’un paramètre de qualité d’air selon l’invention est référencé 1.
Le procédé 1 comprend une étape de détermination d’une concentration d’au moins un type de polluant à un temps donné t, dite concentration modélisée, par modélisation mathématique d’une évolution en fonction du temps de ladite concentration d’au moins un polluant donné en fonction du temps t.
Dans l’exemple qui va être illustré en référence à la figure 4, le polluant surveillé est la matière particulaire PM10.
Cette étape est désignée par l’abréviation CONC(t) et référencée 2 sur la figure 2.
Comme déjà indiqué, le procédé illustré s’intéresse à un temps nul, c’està-dire t=0, afin d’obtenir l’AQI en temps réel.
A l’issue de l’étape CONC(t), on connaît la concentration à t=0, notée Co.
Ensuite, le procédé comprend une étape 3 de détermination d’une évolution de ladite concentration modélisée Co en fonction de l’AQI, et notée AQI (Co).
Le procédé 1 comprend également une étape 4 de mesure d’une concentration dans un flux d’air dudit au moins un type de polluant, dite concentration mesurée Cmes, par le capteur de détection et quantification de polluant.
Cette étape est désignée par l’abréviation MES sur la figure 2.
Le procédé 1 comprend également une étape 5 de détermination de l’AQI à partir de la concentration mesurée Cmes et de l’évolution de l’indice de qualité d’air en fonction de la concentration modélisée AQI(Co).
Cette étape est désignée par l’abréviation DET sur la figure 2.
Chacune des étapes mentionnées va maintenant être détaillée.
Etape 2
Au cours de cette étape, l’évolution de l’AQI en fonction du temps est modélisée par une équation mathématique appropriée.
Il a été déterminé par la Demanderesse qu’une fonction exponentielle décroissante assure une bonne modélisation de l’évolution de l’AQI.
Néanmoins, l’invention ne se limite bien entendu pas à ce type de fonction.
L’équation préférentielle est la suivante :
c(t) = Cœ + (Co - C^e-^, où C(t) est la concentration modélisée, t est le temps, Cœ est la valeur de la concentration modélisée à un temps infini, Co est la valeur de la concentration à temps nul et τ est une constante de temps.
Comme visible sur la figure 3, une courbe C(t) d’évolution de la concentration en PM10 (notée [PM10] en ordonnée, tandis que le temps est noté t en abscisse), est obtenue pour chaque valeur 25, 50, 75 et 100 de l’AQI.
La courbe C(t) pour AQI=25 est référencée 31, la courbe C(t) pour AQI=50 est référencée 32, la courbe C(t) pour AQI=75 est référencée 33 et la courbe C(t) pour AQI=100 est référencée 34.
Ainsi, la modélisation mathématique permet d’obtenir les valeurs de Cœ, Co et T pour chaque courbe 31 à 34.
Selon une autre variante, on considère une fonction de type :
C(t) = a. tb, où a est la valeur de concentration sur une moyenne sur un temps donné, de préférence de 1h, et b est un paramètre d’identification de la fonction.
Le calcul de l’AQI temps réel se fait en moyenne glissante sur un temps donné, par exemple de 10sec, ce qui permet également de lisser d’éventuels bruits de mesure des capteurs.
Dans ce cas, Co sera équivalent du C(10sec).
Ce qui, à partir de seuils de recommandation de l’OMS, permet d’obtenir les formules suivantes pour les PM2.5 et PM10 :
PM2.5(t) = 35. t-0,14
PM10 (t) = 90. t-0'164
Pour les autres seuils des tables de l’AQI, il faut changer le facteur a et/ou le facteur b.
Les valeurs de Co sont indiquées ci-dessous pour la deuxième option pour les PM10:
| AQI | 0 | 25 | 50 | 75 | 100 |
| Co | 0 | D= 65 pg/m3 | C= 130 pg/m3 | B= 236 pg/m3 | A= 473 pg/m3 |
Etape 3
Au cours de cette étape, on obtient l’évolution de Co en fonction de l’AQI, comme illustré sur la figure 4.
L’évolution de Co est modélisée par une fonction mathématique, de préférence polynomiale selon l’équation suivante :
Co = K3. (AQI)3 + Kl. (AQI)2 + K2.AQI, où K1 et K2 et K3 sont des constantes.
Si la norme de l’AQI européenne est prise en compte, alors les formules des concentrations de PM2,5, dioxyde d’azote et PM10 sont les suivantes :
[PM2,5] = 0,0038.(AQI)2 + 0,1859.(AQI), [NO2] = 0,0386.(AQI)2 - 0,0234.(AQI), [PM10] = 0,0006.(AQI)3 - 0,0651 .(AQI)2 + 2,0738.(AQI).
Ainsi, une seule courbe permet de déterminer la valeur de l’indice de qualité d’air AQI selon la mesure obtenue, comme il va être expliqué cidessous en relation avec l’étape 5.
Etape 4
Au cours de cette étape, comme déjà indiqué, on mesure la concentration Cmes dans un flux d’air, soit à l’extérieur du véhicule, soit à l’intérieur du véhicule.
La mesure de concentration dans un flux d’air interne permet de connaître l’AQI interne, tandis que la mesure de concentration dans un flux d’air externe permet de connaître l’AQI externe.
Etape 5
Au cours de cette étape, on reporte la valeur de la concentration mesurée Cmes dans la courbe de la figure 4 et on en déduit l’AQI associé, noté AQI mes sur la figure 4.
Etapes ultérieures
Avantageusement, le procédé comprend une étape de comparaison de la valeur de l’indice de qualité d’air AQImes à une valeur seuil et une étape de protection des utilisateurs du véhicule selon le résultat de l’étape de comparaison.
La valeur seuil correspond avantageusement à une valeur de concentration maximale recommandée par une autorité nationale ou internationale.
Au cours de l’étape de protection, on pivote le volet du purificateur d’air et/ou du volet d’air recyclé par exemple, et/ou on déclenche le purificateur d’air et/ou on affiche la valeur déterminée de l’AQI.
Par exemple, si l’AQImes est supérieur à la valeur seuil, on ferme le volet d’air recyclé.
En variante ou en combinaison, si l’AQImes est supérieur à la valeur seuil, on peut prévoir de déclencher le purificateur d’air.
En variante ou en combinaison, on compare l’AQImes du flux d’air interne et l’AQImes du flux d’air externe, l’étape de protection consistant à alimenter l’habitacle exclusivement en air le plus sain, c’est-à-dire dont l’AQImes est le plus faible.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ces possibilités.
Plusieurs types de polluants
Dans le cas où plusieurs polluants sont détectés et quantifiés, le paramètre de qualité d’air est de préférence la valeur maximale parmi tous les indices AQImes, chaque indice AQImes étant obtenu à l’issue de l’étape 5.
Avantages
Le procédé selon la présente invention permet de suivre en temps réel l’évolution du niveau de qualité d’air pour les utilisateurs du véhicule automobile et d’agir en conséquence.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d’un paramètre de qualité d’air, notamment pour un système de qualité d’air de véhicule automobile, comprenant :- une étape (2) de détermination d’une concentration d’au moins un type de polluant à un temps donné, dite concentration modélisée, par modélisation mathématique d’une évolution en fonction du temps de ladite concentration d’au moins un polluant donné en fonction du temps,- une étape (3) de détermination d’une évolution de ladite concentration modélisée en fonction d’un indice de qualité d’air,- une étape (4) de mesure d’une concentration dans un flux d’air dudit au moins un type de polluant, dite concentration mesurée, et- une étape (5) de détermination dudit paramètre de qualité d’air à partir de la concentration mesurée et de l’évolution de ladite concentration modélisée en fonction d’un indice de qualité d’air.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit flux d’air est choisi parmi un flux d’air extérieur au véhicule automobile et un flux d’air intérieur au véhicule automobile.
- 3. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la modélisation mathématique est réalisée à partir de l’équation suivante :C(t) = Cœ + (Co - C00)e-t/L où C(t) est la concentration modélisée, t est le temps, Cœ est la valeur de la concentration modélisée à un temps infini, Co est la valeur de la concentration à temps nul et τ est une constante de temps.
- 4. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la modélisation mathématique est réalisée à partir de la fonction suivante :C(t) = a. tb, où a est une valeur de concentration sur une moyenne sur un temps donné, et b est un paramètre d’identification de la fonction.
- 5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel révolution de ladite concentration modélisée en fonction d’un indice de qualité d’air est obtenue par modélisation mathématique à l’aide d’une fonction mathématique polynomiale.
- 6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la fonction mathématique polynomiale s’écrit selon l’équation suivante :CT = K3. G4Q/)3 + Kl. G4Q/)2 + K2.AQI, où CT est la concentration modélisée au temps donné, K1 et K2 et K3 sont des constantes et AQI est l’indice de qualité d’air.
- 7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit temps donné est le temps nul de sorte que le paramètre de qualité d’air déterminé est l’indice de qualité d’air en temps réel.
- 8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le temps donné correspond à un temps de trajet du véhicule automobile.
- 9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la modélisation mathématique est réalisée à partir d’une base de données de valeurs d’indice de qualité d’air et de concentration dudit polluant acquis sur des temps pré-déterminés.
- 10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on détermine plusieurs indices de qualité d’air associés respectivement à un type de polluant, le paramètre de qualité d’air correspondant à la valeur maximale des indices de qualité d’air déterminés (AQImes).
- 11. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape de comparaison de la valeur du paramètre de qualité d’air à une valeur seuil et une étape de protection des utilisateurs du véhicule selon le résultat de l’étape de comparaison.
- 12. Programme d'ordinateur comprenant une suite d'instructions mettant en œuvre les étapes du procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes lorsqu'elles sont exécutées par un processeur.
- 13. Support de stockage non transitoire lisible par ordinateur comprenant 5 un programme d'ordinateur selon la revendication précédente.
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| FR1858825A FR3086216A1 (fr) | 2018-09-26 | 2018-09-26 | Procede de determination d'un parametre de qualite d'air pour vehicule automobile |
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Publications (1)
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- 2018-09-26 FR FR1858825A patent/FR3086216A1/fr active Pending
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