Les couplemètres permettent d’optimiser les transmissions hybrides des autobus et des camions

Les intégrateurs du secteur automobile utilisent couramment des bancs d'essai ou des installations spécifiques pour développer, caractériser et tester les moteurs destinés aux  véhicules. Comme la technologie hybride joue un rôle essentiel, de plus en plus important, dans la conception des véhicules, les intégrateurs emploient plus souvent ce type de technologie lorsqu’ils conçoivent des systèmes de propulsion hybrides et électriques notamment pour équiper les camions et autobus. L’ensemble des éléments constituant un système de propulsion hybride-électrique se compose d’un convertisseur refroidissement liquide, d’un moteur électrique AC avec un très grand rapport poids-puissance et d’un réducteur en liaison directe avec l’arbre d'entraînement et l’essieu arrière de manière à fournir la puissance de propulsion nécessaire et générer de l’électricité au freinage.  

Pour que ces systèmes puissent fournir efficacement la puissance nécessaire, les ingénieurs doivent mesurer avec exactitude les variables électriques du moteur/transmission comme la vitesse de rotation (tr/mn) et le couple. Un banc d'essai comporte habituellement plusieurs choses : un simulateur de batterie, un convertisseur de fréquence, un moteur électrique, un dynamomètre, un système d’acquisition de données (DAQ), une interface de communication et un PC installé dans une zone de contrôle. Le dynamomètre fournit la résistance simulée au groupe motopropulseur pouvant correspondre à des situations réellement rencontrées sur route, par exemple lorsque qu’un véhicule lourd doit aller au sommet d’une colline. Cette solution évite aux ingénieurs d’essais de devoir mener des essais réels à bord des véhicules.

Pour les essais de puissance, les moteurs à combustion nécessitent d’enregistrer principalement des phénomènes mécaniques alors que les moteurs électriques exigent de traiter également des signaux de mesure électriques en plus de ces grandeurs mécaniques.

Méthode non efficace pour mesurer le couple et la vitesse

Auparavant, les ingénieurs d’essais mesuraient la vitesse et le couple du groupe motopropulseur en installant un gros moteur électrique sur le dynamomètre en montage balance. Le dynamomètre était équipé d'un capteur de force fixé en bout du bras de levier qui permettait ainsi de mesurer le couple de réaction. L’ingénieur réalisait un cycle de transmission prédéfini, qui faisait fonction le convertisseur en introduisant une certaine quantité de courant dans le moteur de manière à l’entrainer en rotation, comme s’il était installé dans un véhicule. Le bras de levier agissait sur le capteur de force, celui-ci mesurait la force exercée et en tenant compte du bras de levier il déterminait le couple (le moteur avait tendance dans une rotation bloquée par ce bras de levier). Ainsi, par exemple, si le bras était d’un mètre et le capteur avait une portée nominale de 1000 N, le système mesurait un couple de 1000 Nm.  

L’inconvénient de cette méthode était que l'inertie mécanique pouvait filtrer certains  phénomènes dynamiques sur la mesure. Les transmissions hybrides peuvent fonctionner à très grande vitesse, environ 12.000 tr/mn par rapport aux 6.000 t/mn rencontrés typiquement sur une transmission de moteur à essence, des signaux haute fréquence sont ainsi générés. Les signaux du capteur de force peuvent être exploitable, mais en réalité, les signaux réels disposent d’un grand nombre de crêtes max et mini dus aux variations extrêmes imposées par la transmission qui ne seront pas pris en compte.

Importante amélioration avec la nouvelle solution HBM

Pour ce type d’essai, la meilleure solution consiste à utiliser un capteur de couple numérique T12 de HBM que l’on installe dans la ligne d’arbre de l’ensemble moteur électrique, transmission et dynamomètre.  HBM propose la chaîne de mesure complète comprenant les systèmes d’acquisition de données, les logiciels d'analyse et d’étalonnage, les jauges de contrainte, les capteurs et les sondes. 

Les couplemètres T12 sont des capteurs numériques sans contact qui permettent de mesurer les couples sur à l’aide d’une télémétrie et la vitesse grâce à un capteur de vitesse. Des conditionneurs de signaux intégrés délivrent des signaux de mesure de haute qualité et d’une très grande fiabilité. En mesurant la vitesse et le couple avec ce capteur, les ingénieurs disposent rapidement de toutes les informations nécessaires sur la façon dont se comporte la transmission et quel couple est généré. À partir de ces données, ils peuvent calculer de combien de puissance exige l’ensemble motopropulseur. Le capteur du couple T12 enregistre le couple dynamique, il indique le sens de rotation et peut même calculer la puissance de sortie mécanique. Le système DAQ enregistre de manière synchrone le signal électrique du convertisseur de fréquence et du moteur mais aussi les signaux numériques provenant du capteur de couple. Les autres grandeurs correspondent à des fréquences et des courants. Une option permet de ressortir les données du système DAQ via une liaison CAN ou Ethernet, ce qui évite une conversion numérique en analogique.

Les capteurs peuvent acquérir des signaux haute fréquence du moteur/transmission électriques, ainsi les ingénieurs disposent de données qu'ils ne verraient pas normalement avec l’ancienne méthode. Les ingénieurs peuvent alors améliorer les transmissions hybrides pendant la phase de conception. Ils peuvent utiliser ce capteur pour mettre au point leur système hybride car l’appareil détermine exactement combien de courant l’ensemble a besoin pour produire la quantité de couple souhaitée au lieu de travailler sur des approximations. Très robuste et fiable, le T12 demande peu d'entretien, ce qui est un atout majeur sur les temps de développement.

Améliorer le rendement des moteurs électriques et des convertisseurs

HBM offre vraiment une solution qui peut aider à améliorer l'efficacité des moteurs électriques et des convertisseurs de fréquence. Le capteur de couple T12 associé au système d’acquisition de données Genesis HighSpeed de HBM représente l’installation de mesure parfaite. Les signaux mécaniques et électriques sont mesurés simultanément et manière synchrone. Toutes les données brutes sont sauvegardées en continu pour des analyses ultérieures, il est possible de mesurer en directe pour déterminer la puissance active et réactive et déterminer l'efficacité de la conversion d'énergie. Pour plus d'information sur cette nouvelle solution, visitez notre site www.hbm.com/edrive.

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