WO2016151226A1 - Méthode de détermination de la température d'une partie interne des matériaux d'un pneumatique - Google Patents

Méthode de détermination de la température d'une partie interne des matériaux d'un pneumatique Download PDF

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WO2016151226A1
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tire
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given
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PCT/FR2016/050616
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Olivier SPINNLER
Philippe DONDEY
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Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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    • B60C23/061—Signalling devices actuated by deformation of the tyre, e.g. tyre mounted deformation sensors or indirect determination of tyre deformation based on wheel speed, wheel-centre to ground distance or inclination of wheel axle by monitoring wheel speed

Definitions

  • the present invention relates to the field of monitoring the performance of tires while driving on a vehicle.
  • the invention although not limited to this particular use, is of particular interest in the monitoring of tires fitted to civil engineering machinery, such as dumpers, carrying heavy loads and traveling on aggressive soil in quarries or in mines.
  • These vehicles usually comprise a front steering gear comprising two steered wheels and a rear axle, usually rigid, comprising four drive wheels distributed in pairs on each side.
  • a train being defined as an assembly for connecting the structure of the vehicle to the ground.
  • the operators of these machines are increasingly interested in monitoring and controlling the parameters likely to modify the performance of the tires, such as the nature of the grounds on which the machines circulate, the inclination and the radii of curvature of the roads. borrowed, the driving speed, the load transported, the outside temperature, the snow, etc.
  • the document US6044313 thus proposes to calculate at regular time intervals a indicator formed by the product of the load carried by the distance traveled during the period separating two measurements, and to provide an alert when this indicator, still known by the acronym of TKPH, exceeds a certain limit.
  • This indicator has the disadvantage of not being sensitive to the particular conditions seen by a given tire and not taking into account the actual driving conditions undergone by this tire.
  • the document FR2898679 proposes to correct this estimate by taking into account a vehicle utilization parameter such as its direction, the radius of the curves, its inclination, the width of the track, or a parameter related to its environment such as the temperature. external, the nature of the soil, the snow.
  • a vehicle utilization parameter such as its direction, the radius of the curves, its inclination, the width of the track, or a parameter related to its environment such as the temperature. external, the nature of the soil, the snow.
  • the indicator obtained makes it possible to evaluate the state of the stresses more precisely, but is not sufficient to accurately assess the limit beyond which the tire would suffer irreversible damage, which forces the operator to determine warning thresholds taking into account safety factors, and penalizing the optimal use of its machines.
  • the document WO2008 / 046766 suggests having a temperature sensor in the internal zones of the tire which are the most sensitive to heating, such as the ends of the ply, the tread or the low zone, and to emit an alert when the measured temperature exceeds a given limit value.
  • This device is of course accurate and efficient, but it requires a sensor and the transmission means associated with the core of the material forming the tire, which can be expensive and delicate.
  • the object of the invention is to propose a method for evaluating the thermal stresses associated with the use of a tire based on the measurement at regular time intervals of a temperature of a gaseous fluid contained in an internal cavity of the tire. and a temperature at a location of a rim on which said tire is mounted, and on the estimation of a temperature in at least one inner zone of the constituent materials of the tire by means of a predetermined law connecting this tire. temperature at the temperature of the gaseous fluid contained in the internal cavity of the tire and at the temperature of the rim.
  • the temperature of the gaseous fluid contained in the internal cavity of the tire changes as a function of the temperature of the means capable of containing this volume of gas, namely the tire itself and the rim on which it has climbed.
  • Real-time monitoring of the temperature of the internal air and the rim can be done cheaply and reliably. This results in a more precise approach to the temperature of the internal components forming the tire making it possible to determine with more accuracy of the limits of use of the vehicle on which said tire is mounted. This evaluation also allows individual monitoring of each tire in its actual operating conditions.
  • T ZI a T ⁇ z ⁇ T AI + a T z . ' ⁇ Tj + T ZI0
  • T ZI0 coefficients determined experimentally.
  • the temperature of the gaseous fluid contained in the internal cavity of the tire used for estimating the temperature of an internal zone of a constituent material of the tire is a smoothed temperature T A m resulting from a weighted average of the temperatures of the gaseous fluid contained in the internal cavity of the tire, measured over a given time interval.
  • the smoothed temperature is determined using a pre-established law of the type:
  • T AI represents the value of the temperature of the gaseous fluid contained in the internal cavity of the tire measured at time t
  • T INT represents a time interval during of which at least two measurements are made of the temperature of the air contained in the internal cavity of the tire.
  • the temperature of the gaseous fluid contained in the internal cavity of the tire for estimating the temperature of an internal zone of the constituent material of the tire is readjusted according to the evaluation of the increase or decrease in the value of the temperature over a given time interval so as to take account of the delay in the evolution of the temperature of the gaseous fluid contained in the internal cavity of the tire relative to the temperature of the internal zone of the constituent material of the tire in question.
  • the temperature of the gaseous fluid contained in the internal cavity of the tire serving to estimate the temperature of the zone internal of a constituent material of the tire is determined by a pre-established law of the type:
  • T A iretara T AI ⁇ t) + ⁇ ⁇ T AI '(t) ⁇ (l - e At / r)
  • TAI' represents, at time t, the value of the derivative of T M , and where for a given internal zone of a given tire type, ⁇ represents a heat transfer period in the internal zone considered, whose value is adjusted according to whether the value T AI t) is increasing or decreasing
  • At represents the time between two measured.
  • the pre-established law making it possible to estimate the temperature T Z i of said internal zone of the constituent materials of the tire is a law which is a function of the temperature T M of the gaseous fluid contained in the internal cavity of the tire, of the temperature Tj at a location of the rim, the pressure P and the load z, of the type:
  • Tzi c T T T was AI + TZI.
  • Tj + a p TZI ⁇ P + Z + T ZI0 where, for a given internal area of a given type of tire, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ , a z zl , T ZI0 are coefficients determined experimentally.
  • the internal temperature of the constituent materials of the tire situated in at least one of the zones of the tire selected from one end of a working ply, a bead, a tread, is estimated.
  • the measured values of pressure and load temperatures are transmitted to a remote operator.
  • said internal temperature of a constituent material of the tire is transmitted to a remote operator.
  • an alarm is issued when said internal temperature of the constituent material of the tire exceeds a given threshold for a given period of time.
  • the invention also provides a device for implementing the method comprising:
  • At least one computer processing unit at least one computer processing unit
  • the invention finally provides software comprising code elements programmed for the implementation of the method when said software is loaded into a computer processing unit and executed by said processing unit.
  • This software may be in the form of a product. recorded on a readable medium by a computer processing unit, comprising programmed code elements.
  • FIG. 1 represents a schematic sectional view of a tire mounted on its rim
  • FIG. 2 represents the evolution of a weighting coefficient p t in a time interval T INT ,
  • FIG. 3 represents a diagram making it possible to compare the value of the internal temperature of the materials situated at the edge of the end of the summit plies estimated using the process according to the invention and the temperature in this same interior zone measured at the using an experimental thermocouple inserted into the tire.
  • the half-section illustrated in FIG. 1 makes it possible to visualize a tire 1 formed of an assembly of rubber-based materials and reinforcements, generally metallic, comprising a carcass reinforcement ply 2 joining at its two ends a bead zone 4 to the level of which is established the connection between the tire 1 and the rim 6.
  • the sheet 2 is anchored around a rod 41.
  • the crown of the tire comprises a tread 5 whose outer part is intended to come into contact with the ground.
  • This crown portion is reinforced by metal plies 3 formed of unitary son sections, generally metal, embedded in rubber and at a given angle with the circumferential direction.
  • the gaseous fluid is contained in the internal cavity 8 delimited by the internal walls of the tire 1 and the rim 6.
  • the tire is inflated with a fluid in the gaseous state.
  • the most commonly used fluid is of course atmospheric air, but it is equally likely to inflate the tire with nitrogen or with an inert gas of higher density so as to limit leakage and the risk of oxidation of metal reinforcements.
  • some internal zones are caused to heat up faster than others. This is particularly the case of the zone situated at the N-end of the reinforcing plies 3, or of the zone C situated at the center of the tire at the base of the gum loaves forming the tread pattern, or else the internal zone B of the bead.
  • the measurement of the temperature T M or of the pressure of the internal air contained in the tire is done in a known manner using a device TPMS (Tire Pressure Monitoring System) which estimates at intervals of time. the pressure and the temperature prevailing inside the internal cavity of the tire.
  • TPMS Transire Pressure Monitoring System
  • the pressure and temperature values are transmitted by radio frequency to a receiver arranged in the cab of the vehicle, and can also be sent to a remote receiver such as an operational control station in which are concentrated the fleet control means of gear working in a mine.
  • the sensor 71 can be implanted as an example on the lower part of the inner wall of the tire sidewall.
  • the measurement of the temperature Tj of the rim 6 can also be done using a temperature sensor 72.
  • This sensor can be of the same type as the previous one.
  • the sensor 72 is located inside the internal cavity 8. It is glued to a position located between the two hooks of the lower part of the tire. This non-limiting arrangement makes it possible to isolate the temperature sensor from external aggressions. But it is also quite possible to have the sensor 72 on a part of the rim located outside the internal cavity 8, at a location representative of heat exchanges between the air of the inner part and the air external and passing through the rim.
  • the measurement of the internal air temperature T M or the temperature of the rim Tj is performed at regular time intervals, for example every minute.
  • T ZI a T ⁇ z ⁇ T AI + a T z .
  • ⁇ T j + T ZI0 (a) was a good approach to the relationship between the temperature of the internal air T M, the temperature of the rim 7 and the temperature Tu of an inner zone ZI materials components of the inner part of the tire and mentioned above.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ , T ZI0 are coefficients determined experimentally for a given internal area of a given type of tire.
  • the temperature values in particular the value of the internal air temperature, can experience instantaneous variations which are not generated by a supply of calories resulting from an increase or decrease in the internal temperature. components forming the tire.
  • the value of this smoothing period T INT can usefully be of the order of 30 to 40 minutes.
  • the value of the temperature of the rim can also be smoothed with the same weighting coefficient and over the same period of time.
  • Tj is then replaced in formula (a) by the value 3 ⁇ 4 sse .
  • Another phenomenon also needs to be taken into account so as to improve the reliability of the result obtained, and lies in the fact that the thermal energy generated in an inner zone of a constituent material of the tire takes a certain time to progress towards the inner surface and to heat exchange with the air contained in the internal cavity of the tire This phenomenon is known as the delay effect.
  • T A , delay (t T AI (t) + T ⁇ T AI '(t) ⁇ (l - e ⁇ ) (e)
  • TAI represents the value of the internal air temperature, and preferably the value the smoothed internal air temperature obtained in (d)
  • 7 represents, at time t, the value of the derivative of T M and, for a given type of tire, represents the heat transfer period in the internal zone considered whose value is adjusted according to whether the value T AI t) is increasing or decreasing
  • a t represents the time between two measurements.
  • the regression uses the same type of pi weighting as that used in (b) for smoothing temperature data.
  • the value of the heat exchange coefficient ⁇ varies according to the sign of the coefficient b to take into account the fact that this exchange coefficient is different when the constituent material of the inner zone ZI considered heats or cools.
  • This type of calculation can also be undertaken to correct the value of the temperature of the rim.
  • the time period T INTD may be equivalent to the period T INT previously used for smoothing the temperature or be greater.
  • the value of T INTD was set at 40 minutes.
  • FIG. 3 makes it possible to appreciate the accuracy of the resulting model, as well as the dispersion between the temperature values obtained using the estimation model subject of the invention and the values actually measured at the end of the reinforcement plies at the top of a tire located at the right front of a dumper-type machine.
  • T Z o3 ⁇ 4 ⁇ TAI + - ' ⁇ T J +'? ' P + a z TZI Z + T ZI0 (I)
  • TAI represents the value of the temperature of the internal air
  • P represents the value of the pressure of the gaseous fluid
  • z represents load.
  • the value of the pressure P is estimated directly using the TPMS sensor used to measure the internal air temperature.
  • the estimation of the load z is carried out using means also known such as a pressure sensor inserted in the means for controlling the hydraulic pressure of the suspension arm, or using a strain gauge installed on the chassis.
  • the weight of the unladen vehicle and the load distribution on each of the tires can be evaluated separately by traditional weighing means at the initialization of the model used as a basis for the method.
  • T c a TM c ⁇ T AI + a T Tc .. Tj + a p Tc - P + a z Tc - Z + T co (m)
  • TAI represents the temperature of the internal air after smoothing and integration of the delay effect
  • Tj represents the temperature of the rim after smoothing
  • P represents the pressure of the internal air after smoothing
  • z represents the load carried by the tire after smoothing
  • the determination of the value of the internal temperature Tu of a constituent material of the tire may be carried out directly by a central unit disposed on the civil engineering machine or operate in the central unit located in the control station.
  • the temperature values T M , j of the pressure P and of the load z are sent from the civil engineering machine to the control station where the thermal stresses undergone by each of the tires are monitored. of the gear fleet and where are issued the alerts or the instructions of rolling.
  • the software can usefully be recorded on a medium such as a disk, a magnetic strip, a USB key or in the memory of a remote server so as to be loaded or downloaded to a central unit after agreement on the commercial transaction relative to this transfer.
  • T limitZI temperature likely to cause irreparable damage to tires, and optimize the operation of the fleet of machines on which these tires are mounted.
  • an estimator E giving not the temperature of the internal area, but a magnitude, equivalent to a level of stress, and based on the thermal level.
  • the shape of this indicator for a given area of a given tire is of the type:
  • TestiméeZIi represents the value of the temperature in zone Z, estimated according to the method indicated above, and where Tamuame represents the ambient temperature of the outside atmospheric air in the operating zone of the vehicle.
  • the value of E is equal to 0%. If the temperature is equal to the limit defined for the zone internal tire considered, it displays 100%.
  • the indicator E max having the maximum level is then monitored.
  • the proposed method makes it possible to precisely monitor the thermal stresses experienced by a given tire during operation, by implementing known and inexpensive measuring means.

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Abstract

Procédé d'évaluation des contraintes thermiques liées à l'utilisation d'un pneumatique monté sur une jante comprenant les étapes au cours desquelles : - on mesure à intervalles de temps réguliers une température d'un fluide gazeux contenu dans une cavité interne du pneumatique, ainsi qu'une température de la jante, - on estime une température en au moins une zone interne des matériaux constitutifs du pneumatique à l'aide d'une loi pré-établie reliant cette température à la température du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique et à la température de la jante.

Description

Méthode de détermination de la température d'une partie interne des matériaux d'un pneumatique
La présente invention concerne le domaine du suivi de la performance des pneumatiques en roulage sur un véhicule. L'invention, bien qu'elle ne soit pas limitée à cet usage particulier, intéresse particulièrement le suivi des pneumatiques équipant des engins de génie civil, tels que des dumpers, portant de lourdes charges et circulant sur des sols agressifs dans des carrières ou dans des mines.
Ces véhicules comprennent habituellement un train avant directeur comportant deux roues directrices et un train arrière, le plus souvent rigide, comprenant quatre roues motrices réparties deux à deux de chaque côté. Un train étant défini comme un ensemble permettant de relier la structure du véhicule au sol.
Les exigences de rendement conduisent les fabricants de ces engins à augmenter autant que possible la capacité de charge. La taille de ces véhicules est donc de plus en plus imposante et leur poids total en charge peut atteindre jusqu'à 600 tonnes. Il s'en suit une augmentation de la taille des pneumatiques, dont le diamètre peut atteindre plusieurs mètres.
Mais la limitation de la capacité de chargement de ce type de véhicule est le plus souvent imposée par la capacité des pneumatiques à supporter ces charges élevées, tout en permettant au véhicule de se déplacer à des vitesses compatibles avec les exigences de rendement.
Il en résulte que les exploitants de ces engins portent un intérêt croissant au suivi et au contrôle des paramètres susceptibles de modifier la performance des pneumatiques, tels que la nature des sols sur lesquels circulent les engins, l'inclinaison et les rayons de courbure des chemins empruntés, la vitesse de roulage, la charge transportée, la température extérieure, l'enneigement, etc ..
Car tous ces facteurs ont pour effet de modifier la température des composants en caoutchouc formant le pneumatique.
Et, il est connu par ailleurs, que l'élévation de température de ces composants au-delà d'une certaine limite pendant une période de temps donnée, peut entraîner une dégradation des matériaux formés à base de mélanges de caoutchouc et une déchéance rapide du pneumatique.
Aussi, de nombreux indicateurs ont été proposés pour informer l'exploitant des limites de charge et de vitesse à ne pas dépasser.
Le document US6044313 propose ainsi de calculer à intervalles de temps réguliers un indicateur formé par le produit de la charge portée par la distance parcourue pendant la période séparant deux mesures, et de fournir une alerte lorsque cet indicateur, encore connu sous l'acronyme de TKPH, dépasse une certaine limite. Cet indicateur présente toutefois l'inconvénient de ne pas être sensible aux conditions particulières vues par un pneumatique donné et de ne pas tenir compte des conditions de roulage réelles subies par ce pneumatique.
Le document FR2898679 propose de corriger cette estimation en prenant en compte un paramètre d'utilisation du véhicule tel que sa direction, le rayon des courbes, son inclinaison, la largeur de la piste, ou encore un paramètre lié à son environnement tel que la température externe, la nature du sol, l'enneigement. L'indicateur obtenu permet d'évaluer avec plus de précision l'état des contraintes, mais n'est pas suffisant pour apprécier avec exactitude la limite au-delà de laquelle le pneumatique subirait des dégâts irréversibles, ce qui oblige l'exploitant à déterminer des seuils d'alerte prenant en compte des coefficients de sécurité, et pénalisant l'utilisation optimale de ses engins.
Pour résoudre cette difficulté, le document WO2008/046766 suggère de disposer un capteur de température dans les zones internes du pneumatique les plus sensibles à réchauffement, telles que les extrémités de nappe, la bande de roulement ou encore la zone basse, et d'émettre une alerte lorsque la température mesurée excède une valeur limite donnée. Ce dispositif est bien sûr précis et performant, mais il nécessite de disposer un capteur et les moyens de transmission associés au cœur de la matière formant le pneumatique, ce qui peut s'avérer coûteux et délicat.
L'invention a pour objet de proposer une méthode d'évaluation des contraintes thermiques liées à l'utilisation d'un pneumatique fondée sur la mesure à intervalles de temps réguliers d'une température d'un fluide gazeux contenu dans une cavité interne du pneumatique et d'une température en un emplacement d'une jante sur laquelle est monté ledit pneumatique, et sur l'estimation d'une température en au moins une zone interne des matériaux constitutifs du pneumatique à l'aide d'une loi préétablie reliant cette température à la température du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique et à la température de la jante.
La température du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique, en règle générale de l'air, évolue en fonction de la température des moyens susceptibles de contenir ce volume de gaz, à savoir le pneumatique lui-même et la jante sur lequel il est monté. Le suivi en temps réel de la température de l'air interne et de la jante peut se faire à moindre coût et de manière fiable. Il en résulte une approche plus précise de la température des composants internes formant le pneumatique permettant de déterminer avec plus d'exactitude les limites d'usage du véhicule sur lequel est monté ledit pneumatique. Cette évaluation permet de surcroit de faire un suivi individuel de chacun des pneumatiques dans ses conditions réelles d'exploitation.
Le procédé selon l'invention peut aussi comprendre isolément ou en combinaison les caractéristiques suivantes :
la loi pré-établie permettant d'estimer la température Tu de ladite zone interne des matériaux constitutifs du pneumatique est une loi qui est une fonction de la température TAi du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique et de la température 7 en un emplacement de la jante du type : TZI = aT^z ■ TAI + aT z.' ■ Tj + TZI0 où, pour une zone interne donnée d'un type de pneumatique donné, aT^z , a^2' , TZI0 sont des coefficients déterminés expérimentalement.
la température du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique servant à l'estimation de la température d'une zone interne d'un matériau constitutif du pneumatique est une température lissée TAm résultant d'une moyenne pondérée des températures du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique, mesurées sur un intervalle de temps donné.
la température lissée est déterminée à l'aide d'une loi pré-établie du type :
∑f-1 1 l/2(¾. Pi + ¾+1. Pi+1). (ti+1 - tj)
A' USSee W= ∑?=!■ 1/2 (Vi + Pi+1). ti+1 ~ tù
où TAI. représente la valeur de la température du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique mesurée au temps t,, p, représente un coefficient de pondération (pf = l — (—M), et TINT représente un intervalle de temps au cours duquel on effectue au moins deux mesures de la température de l'air contenu dans la cavité interne du pneumatique.
la température du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique servant à l'estimation de la température d'une zone interne du matériau constitutif du pneumatique est réajustée en fonction de l'évaluation de l'augmentation ou de la diminution de la valeur de la température sur un intervalle de temps donné de manière à tenir compte du retard de l'évolution de la température dudit fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique par rapport à la température de la zone interne du matériau constitutif du pneumatique considérée.
- à une valeur de temps donnée, la température du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique servant à l'estimation de la température de la zone interne d'un matériau constitutif du pneumatique est déterminée par une loi préétablie du type :
TAiretara ) = TAI{t) + τ■ TAI'{t)■ (l - eAt/r) où TAI' représente, à l'instant t, la valeur de la dérivée de TM , et où, pour une zone interne donnée d'un type de pneumatique donné, τ représente une période de transfert thermique dans la zone interne considérée dont la valeur est ajustée selon que la valeur TAI t) est croissante ou décroissante, At représente le temps entre deux mesure.
on prévoit les étapes supplémentaires au cours desquelles :
o on mesure à intervalles réguliers la valeur d'une pression du fluide gazeux contenu à l'intérieur de la cavité interne du pneumatique, ainsi que la valeur d'une charge portée par le pneumatique,
o on corrige l'estimation de la valeur de la température d'une zone interne d'un matériau constitutif du pneumatique en fonction des valeurs mesurées de la pression et de la charge,
à une valeur de temps donné, la loi pré-établie permettant d'estimer la température TZi de ladite zone interne des matériaux constitutifs du pneumatique est une loi qui est une fonction de la température TM du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique, de la température Tj en un emplacement de la jante, de la pression P et de la charge z, du type :
Tzi = cT T TAI + aT TZI. Tj + ap TZI■ P +
Figure imgf000006_0001
Z + TZI0 où, pour une zone interne donnée d'un type de pneumatique donné, ατ^ζ , αρ ζι , az zl , TZI0 sont des coefficients déterminés expérimentalement.
on estime la température interne des matériaux constitutifs du pneumatique situés dans au moins une des zones du pneumatique choisie parmi une extrémité d'une nappe de travail, un bourrelet, une bande de roulement.
à chaque valeur de temps on transmet les valeurs mesurées de températures de pression et de charge à un opérateur distant.
on transmet ladite température interne d'un matériau constitutif du pneumatique à un opérateur distant.
on émet une alerte lorsque ladite température interne du matériau constitutif du pneumatique dépasse un seuil donné pendant une période de temps donnée.
L'invention prévoit également un dispositif pour la mise en œuvre du procédé comprenant :
- des moyens d'échange de données avec des capteurs aptes à acquérir des valeurs de température de charge et de pression à traiter,
au moins une unité de traitement informatique, et
- des instructions codées permettant d'exécuter les étapes du procédé.
L'invention prévoit enfin un logiciel comprenant des éléments de code programmés pour la mise en œuvre du procédé lorsque ledit logiciel est chargé dans une unité de traitement informatique et exécuté par ladite unité de traitement ce logiciel peut se présenter sous la forme d'un produit enregistré sur un support lisible par une unité de traitement informatique, comprenant des éléments de code programmés.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles :
la figure 1 représente une vue en coupe schématisée d'un pneumatique monté sur sa jante,
la figure 2 représente l'évolution d'un coefficient de pondération pt dans un intervalle de temps TINT,
- la figure 3 représente un diagramme permettant de comparer la valeur de la température interne des matériaux situés en bordure de l'extrémité des nappes sommet estimée à l'aide du procédé selon l'invention et la température dans cette même zone intérieure mesurée à l'aide d'un thermocouple expérimental inséré dans le pneumatique.
Dans ce qui suit, les valeurs numériques données à titre d'exemple et permettant de supporter la description de l'invention ont été obtenues pour un pneumatique de type 40.00 R 57 XDR B4 de marque Michelin™. De même, dans les exemples numériques, les valeurs de températures sont exprimées en degrés Celsius, les valeurs de pressions en bars, et les valeurs de charges en tonnes (métriques).
La demi-coupe illustrée à la figure 1 permet de visualiser un pneumatique 1 formé d'un assemblage de matériaux à base de caoutchouc et de renforts, généralement métalliques, comprenant une nappe de renfort carcasse 2 joignant par ses deux extrémités une zone bourrelet 4 au niveau de laquelle s'établit la liaison entre le pneumatique 1 et la jante 6. Dans le cas d'espèce, la nappe 2 est ancrée autour d'une tringle 41 . Le sommet du pneumatique comprend une bande de roulement 5 dont la partie externe est destinée à venir en contact avec le sol. Cette partie sommet est renforcée par des nappes métalliques 3 formées de tronçons de fils unitaires, généralement métalliques, enrobés dans du caoutchouc et faisant un angle donné avec la direction circonférentielle.
Le fluide gazeux est contenu dans la cavité interne 8 délimitée par les parois internes du pneumatique 1 et de la jante 6. En mode d'usage normal, le pneumatique est gonflé avec un fluide à l'état gazeux. Le fluide le plus couramment utilisé est bien sûr de l'air atmosphérique, mais on peut tout aussi bien envisager de gonfler le pneumatique avec de l'azote ou avec un gaz inerte de plus forte densité de manière à limiter les fuites et les risques d'oxydation des renforts métalliques. En fonction des conditions de roulage imposées au pneumatique, certaines zones internes sont amenées à s'échauffer plus vite que d'autres. Cela est particulièrement le cas de la zone située à l'extrémité N des nappes de renfort 3, ou de la zone C située au centre du pneumatique à la base des pains de gomme formant la sculpture de la bande de roulement, ou encore de la zone interne B du bourrelet.
La mesure de la température TM, ou de la pression de l'air interne contenu dans le pneumatique se fait de manière connue à l'aide d'un dispositif 71 de type TPMS (Tyre Pressure Monitoring System) qui estime à intervalles de temps réguliers la pression et la température régnant à l'intérieur de la cavité interne du pneumatique. Les valeurs de pression et de température sont transmises par radio fréquence à un receveur disposé dans la cabine du véhicule, et peuvent aussi être expédiées à un receveur distant tel qu'un poste de commande opérationnel dans lequel sont concentrés les moyens de pilotage de la flotte d'engin œuvrant dans une mine.
Le capteur 71 peut être implanté à titre d'exemple sur la partie basse de la paroi interne du flanc du pneumatique.
La mesure de la température Tj de la jante 6 peut se faire également à l'aide d'un capteur de température 72. Ce capteur peut être de même type que le précédent. Dans l'exemple supporté par la figure 1 , le capteur 72 est situé à l'intérieur de la cavité interne 8. Il est collé à un emplacement situé entre les deux accrochages de la partie basse du pneumatique. Cette disposition, non limitative, permet d'isoler le capteur de température des agressions extérieures. Mais il est également tout à fait possible de disposer le capteur 72 sur une partie de la jante située à l'extérieur de la cavité interne 8, à un emplacement représentatif des échanges de chaleur entre l'air de la partie interne et l'air externe et passant par la jante.
La mesure de la température de l'air interne TM ou de la température de la jante Tj est effectuée à intervalles de temps réguliers, par exemple toutes les minutes.
Il a été mis en évidence qu'une loi linéaire du type :
TZI = aT^z ■ TAI + aT z ."■ Tj + TZI0 (a) constituait une bonne approche de la relation entre la température de l'air interne TM, la température de la jante 7 et la température Tu d'une zone interne ZI des matériaux constitutifs de la partie interne du pneumatique et cités précédemment.
Dans cette loi, αΊ^ζ , ατ τ , TZI0, sont des coefficients déterminés expérimentalement pour une zone interne donnée d'un type de pneumatique donné.
Toutefois on observe que les valeurs de température, en particulier la valeur de la température de l'air interne, peuvent connaître des variations instantanées qui ne sont pas engendrées par un apport de calories provenant d'une élévation ou de la diminution de la température interne des composants formant le pneumatique.
Aussi, il s'avère utile de procéder à un lissage de ces valeurs de température sur une période de temps 7 donnée, en pondérant les valeurs de température mesurées pendant cette période d'un coefficient p{ évoluant linéairement de 0 à 1 sur l'intervalle de temps, comme représenté sur le schéma de la figure 2:
Figure imgf000009_0001
On obtient alors une valeur de la température lissée sur la période de temps résultant des n mesures effectuée pendant cette période TINT , et pour laquelle l'influence des mesures les plus anciennes décroit.
Ainsi, à titre d'exemple la valeur de la température de l'air interne TM utilisée dans la formule de calcul (a) devient :
m ∑?=i Î/2(TA[..Pi+ TA[.+1.pi+1).(ti+1- tt)
l lissee W- ∑„-i1/2 (p(+p(+l).(t(+1_t() W
La valeur de cette période de lissage TINT peut utilement être de l'ordre de 30 à 40 minutes.
La valeur de la température de la jante peut également faire l'objet d'un lissage avec le même coefficient de pondération et sur la même période de temps.
Tj est alors remplacé dans la formule (a) par la valeur ¾sse .
T m
Figure imgf000009_0002
l/2(7jt.pt+ rJt+1.pt+1).(tt+1- tù
Ijlissee W- ∑n-i 1/2 (p(+P(+1).(t(+1-t() W
Un autre phénomène nécessite également d'être pris en compte de manière à améliorer la fiabilité du résultat obtenu, et réside dans le fait que l'énergie thermique générée dans une zone interne d'un matériau constitutif du pneumatique met un certain temps pour progresser vers la surface intérieure et pour échanger thermiquement avec l'air contenu dans la cavité interne du pneumatique Ce phénomène est connu sous le nom d'effet retard.
Ainsi, la température de l'air interne TM utilisée dans la formule (a) est remplacée par une température fictive TAi ard obtenue comme suit : TA,retard (t = TAI (t) + T ■ TAI'(t)■ (l - e^) (e) où TAI représente la valeur de la température de l'air interne, et de préférence la valeur de la température de l'air interne lissée obtenue en (d), 7 représente, à l'instant t, la valeur de la dérivée de TM et où, pour un type de pneumatique donné, ^-représente la période de transfert thermique dans la zone interne considérée dont la valeur est ajustée selon que la valeur TAI t) est croissante ou décroissante, A t représente le temps entre deux mesures.
L'évaluation de la valeur de la dérivée de la température à l'instant t peut se calculer facilement en recherchant une droite de régression de type y = a + b■ t, où pour n valeurs
(TAI, ) de t-TINTD à t, on minimise l'erreur :
∑ Vi - iyi - (a. + b - tdf (f)
La régression utilise le même type de pondération pi que celle qui est utilisée en (b) pour le lissage des données de température.
Les coefficients (a, b) sont donnés par la solution de l'équation matricielle suivante :
Figure imgf000010_0001
Avec :
Figure imgf000010_0002
La valeur de la dérivée 7 au temps t est alors donnée par le coefficient b.
La valeur du coefficient d'échange thermique τ varie en fonction du signe du coefficient b pour tenir compte du fait que ce coefficient d'échange est différent lorsque le matériau constitutif de la zone interne ZI considérée s'échauffe ou se refroidit.
Ce type de calcul peut aussi être entrepris pour corriger la valeur de la température de la jante.
La période de temps TINTD peut être équivalente à la période TINT utilisée précédemment pour le lissage de la température ou être supérieure. Dans le cas de l'étude ayant servi de support à la présente description, la valeur de TINTD a été fixée à 40 minutes. A titre d'exemple, pour le pneumatique de dimension 40.00 R 57 XDR B4, la température des matériaux situés en bord de nappe de renfort sommet est obtenue par la loi suivante :
dans laquelle la température TM de l'air interne est une température corrigée après lissage et prise en compte de l'effet retard, comme cela a été exposé ci-dessus, et où les valeurs des coefficients ont été déterminées expérimentalement comme suit : aT T^N T = 1,78 , ATN S T _ _o; 8 , et TNST0 = -3. Lorsque la valeur de la température est croissante, la valeur de τ est de 300 minutes, et lorsque la valeur de la température est décroissante, la valeur de rest de 720 minutes.
La figure 3 permet d'apprécier la justesse du modèle qui en résulte, ainsi que la dispersion entre les valeurs de température obtenues à l'aide du modèle d'estimation faisant l'objet de l'invention et les valeurs réellement mesurées en extrémité des nappes de renfort sommet d'un pneumatique situé à l'avant droit d'un engin de type dumper.
Pour certaines zones internes ZI des matériaux constituant le pneumatique, il peut s'avérer nécessaire d'introduire des corrections supplémentaires de la température du fluide gazeux enfermé dans la cavité interne du pneumatique. Ceci est le cas par exemple lorsque l'on cherche à estimer la température au centre C de la bande de roulement, où l'incidence de la pression interne (P) et de la charge(z) portée par le pneumatique n'est pas secondaire, ou encore dans la zone du bourrelet B où l'influence de la charge (Z) mérite également d'être prise en compte.
La loi pré-établie d'estimation de la température est alors du type :
TZ, = o¾ ■ TAI + -'■ TJ + «?' ' P + az TZI ■ Z + TZI0 (I) où TAI représente la valeur de la température de l'air interne, 7 la température de la jante La variable P représente la valeur de la pression du fluide gazeux, et z représente la charge. Ces valeurs peuvent utilement faire également l'objet d'un lissage pondéré et/ou d'une prise en compte d'un effet retard comme cela est exposé ci-dessus (d), (e). αΎ^ζ , αΎ ζι, ap Tzl , az zl et TZI0 , sont des coefficients déterminés expérimentalement pour le type de pneumatique considéré.
L'estimation de la valeur de la pression P se fait directement à l'aide du capteur TPMS servant à la mesure de la température de l'air interne.
L'estimation de la charge z portée s'effectue à l'aide de moyens également connus tels qu'un capteur de pression inséré dans le moyen de pilotage de la pression hydraulique des bras de suspension, ou encore à l'aide d'une jauge de contrainte installée sur le châssis. Le poids du véhicule à vide et la répartition des charges sur chacun des pneumatiques peut s'évaluer séparément par des moyens de pesage traditionnels à l'initialisation du modèle servant de base au procédé.
Ainsi, la loi permettant de déterminer la température au niveau du centre C de la bande de roulement pour le pneumatique du type 40.00 R 57 XDR B4 servant de fil conducteur à cette description est du type :
Tc = aTM c ■ TAI + aT Tc.. Tj + ap Tc - P + az Tc - Z + Tco (m)
Où TAI représente la température de l'air interne après lissage et intégration de l'effet retard, Tj représente la température de la jante après lissage, P représente la pression de l'air interne après lissage et z représente la charge portée par le pneumatique après lissage, et dans laquelle, aTM c =1 ,75 ; aT c= -0,48 ; ap =5, az = -0,4, et Tco,= -19,8. Lorsque la valeur de la température est croissante, la valeur de rest de 300 minutes, et lorsque la valeur de la température est décroissante, la valeur de rest de 720 minutes.
On comprend aisément que toutes ces corrections successives ont pour objet de minimiser l'écart entre la température issue du modèle et la température réelle mesurée dans la zone interne d'un matériau constitutif du pneumatique dans le but de réduire le nombre de non détections ou d'alertes à tort.
Aussi, il peut s'avérer utile, à partir d'une étude statistique, d'ajuster les valeurs des constantes ci-dessus pour réduire le nombre de ces fausses décisions et les ramener dans des limites acceptables pour l'exploitant.
L'élaboration de la méthode selon l'invention et la détermination des constantes du modèle décrit ci-dessus nécessite une phase expérimentale préalable menée à l'aide de moyens d'analyse permettant d'accéder aux valeurs réelles de température dans les zones à surveiller. Il peut donc s'avérer utile de disposer d'un pneumatique préalablement instrumenté, de manière à faire des suivis sur un engin de même type que ceux sur lesquels ce type de pneumatique est destiné à rouler. Et les valeurs issues de ce plan d'expérience peuvent alors être exploitées pour tous les pneumatiques de la même dimension.
Une fois que le modèle physique est établi, et que les lois permettant d'estimer la température dans les zones internes des matériaux constitutifs du pneumatique les plus sensibles à une élévation de température sont déterminées, il est possible de réaliser un logiciel destiné à être chargé dans une unité de traitement informatique et exécuté en temps réel. Cette unité de traitement peut être installée dans un poste de contrôle et de surveillance distant où sont concentrés les moyens de suivi de la flotte d'engin opérant dans une mine. Cela sous-entend que ces engins sont équipés de moyens permettant de transmettre en temps réel les données de température de charge et de pression à ladite unité de traitement informatique à l'aide de moyens et de protocoles connus.
La détermination de la valeur de la température interne Tu d'un matériau constitutif du pneumatique peut être réalisée directement par une unité centrale disposée sur l'engin de génie civil ou s'opérer dans l'unité centrale située dans le poste de contrôle. Auquel cas, à chaque mesure, les valeurs de température TM, j de pression P et de charge z sont envoyées depuis l'engin de génie civil vers le poste de contrôle où s'effectuent le suivi des contraintes thermiques subies par chacun des pneumatiques de la flotte d'engin et où sont émises les alertes ou les consignes de roulage.
Le logiciel peut utilement être enregistré sur un support tel qu'un disque, une bande magnétique, une clé USB ou dans la mémoire d'un serveur distant de manière à être chargé ou téléchargé dans une unité centrale après accord sur la transaction commerciale relative à ce transfert.
L'exploitation de la méthode permet ainsi de disposer de données précises concernant l'état des pneumatiques et de décider en temps réel des actions à entreprendre pour ne pas dépasser des seuils TlimiteZI. de température susceptibles d'engendrer des dégradations irrémédiables des pneumatiques, et d'optimiser l'exploitation de la flotte d'engins sur lesquels ces pneumatiques sont montés. Ces seuils de température TlimiteZI. sont déterminés expérimentalement et dépendent de la nature des matériaux constitutifs de la zone intérieure Zlt considérée. Ils peuvent être communiqués par les fabricants de pneumatiques.
Pour des raisons de commodité, on peut aussi calculer un estimateur E donnant non plus la température de la zone interne, mais une grandeur, équivalente à un niveau de sollicitation, et basé sur le niveau thermique. La forme de cet indicateur, pour une zone donnée d'un pneumatique donné est du type :
Figure imgf000013_0001
ou TestiméeZIi représente la valeur de la température dans la zone Z , estimée selon la méthode indiquée ci-dessus, et où Tamuame représente la température ambiante de l'air atmosphérique extérieur dans la zone d'exploitation du véhicule.
Si la température estimée est égale à la température ambiante, le pneu est au repos, la valeur de E est égale à 0%. Si la température est égale à la limite définie pour la zone interne du pneumatique considérée, on affiche 100%.
Dans le cas du suivi d'un véhicule on surveille alors l'indicateur Emax ayant le niveau maximum.
Ainsi, la méthode proposée permet de réaliser un suivi précis des sollicitations thermiques subies par un pneumatique donné en cours d'exploitation, en mettant en œuvre des moyens de mesure connus, et peu coûteux.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé d'évaluation des contraintes thermiques liées à l'utilisation d'un pneumatique (1 ) monté sur une jante (6) caractérisé en ce qu'il comprend les étapes au cours desquelles :
on mesure à intervalles de temps réguliers une température (TAi) d'un fluide gazeux contenu dans une cavité interne (8) du pneumatique, ainsi qu'une température de la jante (7)),
on estime une température (Tzi) en au moins une zone interne (ZI, C, N, B) des matériaux constitutifs du pneumatique à l'aide d'une loi pré-établie reliant cette température (Tzi) à la température (TAI ) du fluide gazeux contenu dans la cavité interne (8) du pneumatique et à la température en un emplacement de la jante (7}).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la loi pré-établie permettant d'estimer la température de ladite zone interne (Tzi) des matériaux constitutifs du pneumatique, qui est une fonction de la température TM du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique et de la température 7 en un emplacement de la jante, est du type :
où, pour une zone interne donnée (ZI, C, N, B) d'un type de pneumatique donné, aT^, τζ ' Τζιο sont des coefficients déterminés expérimentalement.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la température (TAI) du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique et servant à l'estimation de la température (Tzi) d'une zone interne (ZI, C,N,B) d'un matériau constitutif du pneumatique est une température lissée (TAmSSée) résultant d'une moyenne pondérée des températures du fluide gazeux contenu dans la cavité interne (8) du pneumatique mesurées sur un intervalle de temps donné.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la température lissée est déterminée à l'aide d'une loi pré-établie du type :
Figure imgf000015_0001
où TAI. représente la valeur de la température du fluide gazeux contenu dans la cavité interne (8) du pneumatique mesurée au temps n, pt représente un coefficient de pondération (pf = 1— f-^)), et TINT représente un intervalle de temps au cours duquel on effectue au moins deux mesures de la température {TAi) du fluide gazeux contenu dans la cavité interne (8) du pneumatique.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la température (TAi) du fluide gazeux contenu dans la cavité interne (8) du pneumatique servant à l'estimation de la température (Tzi) d'une zone interne (ZI, C, N, B) du matériau constitutif du pneumatique est réajustée (TAiretard) en fonction d'une évaluation de l'augmentation ou de la diminution de la valeur de ladite température (TAi) sur un intervalle de temps donné, de manière à tenir compte d'un retard de l'évolution de la température dudit fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique par rapport à la température (TZi) de la zone interne (ZI, C, N, B) du matériau constitutif du pneumatique considérée.
6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel, à une valeur de temps donnée (t), la température (TAIretard) du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique servant à l'estimation de la température (Tzi) de la zone interne (ZI, C, N, B) d'un matériau constitutif du pneumatique est déterminée par une loi pré-établie du type :
TAIretard (t = ¾/( + T ■ V(t) " (l ~
Figure imgf000016_0001
où TAI' représente, à l'instant t, la valeur de la dérivée de TAI(t), et où, pour une zone interne donnée (ZI, C, N, B) d'un type de pneumatique donné, ^représente une période de transfert thermique dont la valeur est ajustée selon que la valeur TAI t) est croissante ou décroissante, et At représente le temps entre deux mesures.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel :
- on mesure à intervalles réguliers la valeur d'une pression (P) du fluide gazeux contenu à l'intérieur de la cavité interne (8) du pneumatique, ainsi que la valeur d'une charge (Z) portée par le pneumatique,
on corrige l'estimation de la valeur de la température (Tzi) d'une zone interne (ZI, C,N,B) d'un matériau constitutif du pneumatique en fonction des valeurs mesurées de la pression (P) et de la charge (Z).
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel, à une valeur de temps donné (t), la loi pré-établie permettant d'estimer la température de ladite zone interne (Tzi) des matériaux constitutifs du pneumatique, qui est une fonction de la température TAI du fluide gazeux contenu dans la cavité interne du pneumatique, de la température Tj en un emplacement de la jante, de la pression P et de la charge z, est du type :
Tzi = cT T ■ TAI + aT Tz.'. Tj + ap TZI■ P +
Figure imgf000016_0002
Z + TZI0 où, pour une zone interne donnée (ZI, C, N, B) d'un type de pneumatique donné, ατ^ζ , αρ ζι , ζ ζι , TZI0 sont des coefficients déterminés expérimentalement.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel on estime la température interne des matériaux situés dans au moins une des zones du pneumatique (1 ) choisie parmi une extrémité d'une nappe de travail (N), un bourrelet (B), une bande de roulement (C).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel à chaque valeur de temps (t) on transmet les valeurs mesurées de températures (TAi, Tj) de pression (P) et de charge (z) à un opérateur distant.
1 1 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel on transmet ladite température interne (TZi) d'un matériau constitutif du pneumatique à un opérateur distant.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel on émet une alerte lorsque ladite température interne (Tzi) du matériau constitutif du pneumatique dépasse un seuil donné pendant une période de temps donnée.
13. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 12 comprenant :
- des moyens d'échange de données avec des capteurs (71 , 72) aptes à acquérir des valeurs de température (TAi, Tj) de charge (z) et de pression (P) à traiter,
au moins une unité de traitement informatique, et
- des instructions codées permettant d'exécuter les étapes du procédé.
14. Logiciel comprenant des éléments de code programmés pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 lorsque ledit logiciel est chargé dans une unité de traitement informatique et exécuté par ladite unité de traitement.
15. Logiciel sous forme de produit enregistré sur un support lisible par une unité de traitement informatique, comprenant des éléments de code programmés selon la revendication 14.
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