Développement d'une méthodologie de tests de véhicules automobiles combinant modèles numériques et banc d'essais moteur (approche HIL)

Development of a automotive testing methodology combining real-time models and engine testbench (HIL approach).

• Auteur / Autrice : Thomas Gilormini
• Direction : Pascal Chesse, Xavier Tauzia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, Thermique, Combustion
• Date : Soutenance le 08/04/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Nolwenn Le Pierrès
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Chesse, Xavier Tauzia, Nolwenn Le Pierrès, Guillaume Colin, Richard Burke, Hervé Colin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Colin, Richard Burke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Temps réel (informatique)

Polluants atmosphériques

Tests

Véhicules automobiles

Moteurs thermiques

Mots clés libres

Engine-in-the-loop

Essais automobiles

Représentativité

Modélisation temps réel

Moteur thermique

Transfert thermique

Engine-in-the-loop

Automotive testing

Representativity

Real-time modeling

Résumé

La réduction des seuils autorisés d’émissions polluantes contraint les motoristes à complexifier les architectures des groupes motopropulseurs, rallongeant ainsi la phase de calibration associée. Cette tendance couplée au durcissement des procédures d’homologation des véhicules étendant considérablement les conditions de test, les moyens d’essais sont voués à se virtualiser. En particulier, cette thèse porte sur l’approche Engine-in-the-Loop (EiL), qui s’appuie sur un banc semi-virtuel composé d’un moteur thermique couplé à un banc haute dynamique, luimême contrôlé par un simulateur temps réel modélisant la transmission, le véhicule, le conducteur et la route. Afin d’analyser la représentativité de cette méthode du point de vue du bilan énergétique et des émissions polluantes, on reproduit au banc EiL des essais de référence réalisés avec un véhicule réel. Dans ce but, un environnement de simulation adapté à l’approche EiL est développé, incluant notamment un modèle d’embrayage basé sur l’approche “reset integrator” et associé à la mesure du couple appliqué par la machine de charge. On propose de plus un modèle de conducteur anticipatif basé sur une régulation PI et dont les paramètres sont réglés avant la mise au banc. Outre l’analyse de la représentativité du banc EiL, l’environnement de simulation permet l’analyse de la sensibilité de plusieurs grandeurs d’intérêt. Le modèle de conducteur est par ailleurs testé dans le contexte d’une architecture hybride. Pour finir, la représentativité thermique du banc EiL est étudiée. En particulier, plusieurs modifications du banc sont réalisées notamment via la pose d’un capot sur le moteur. Enfin, un modèle thermique de la ligne d’air représentant l’impact de la température sous-capot est proposé.

The reduction of authorized pollutant emission thresholds compel automotive manufacturers to develop complex powertrains,thus lengthening their tuning process. This trend coupled with the tightening of homologation procedures considerably extending the boundary conditions, testing methods are bound to become increasingly virtualized. This thesis focuses on the Engine-in-the-Loop approach, which relies on a semi-virtual test bench composed of an internal combustion engine coupled to a high dynamictest bench controlled by a real-time simulator modeling the vehicle, driver and road. In this thesis, reference tests performed on a vehicle are reproduced on the EiL bench in order to assess the fidelity of this testing method, with focus on the energy balance and pollutant emissions. For this purpose, the EiL simulation environment is developed, including a clutch model based on the “reset integrator” approach. A driver model with preview and anti-windup is also proposed and tuned before bench testing. In addition to the comparison of EiL tests to the reference, a sensitity analysis is conducted for certain parameters. Finally, the thermal fidelity of the EiL bench is also assessed, with focus on the charge air temperature. Several modifications of the bench are carried out using a cover on the engine. A simple thermal model of the air line including underhood temperature is also proposed.