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Le défi : Nouveau processus d’évaluation des émissions polluantes

Dès septembre 2017, de nouvelles procédures de test d’émissions seront obligatoires pour l’approbation des véhicules particuliers et des utilitaires légers au sein de l’Union Européenne. Ces nouvelles procédures stipulent que les émissions doivent être évaluées dans les conditions réelles de conduite. De ce fait, des tests RDE complètent les tests conventionnels, réalisés en laboratoire sur des bancs à rouleaux. 

La tâche : Chargement préalable efficace des tests RDE

Des facteurs influencent l’expérience de conduite et les émissions polluantes.

Les tests d’approbation RDE sont effectués dans des conditions imprévisibles (route, maniabilité du véhicule, circulation, conditions environnementales, etc.). À cause de ces paramètres et de la grande diversité de véhicules, une préparation des tests d’approbation RDE reposant uniquement sur des tests de conduite réels, est devenue économiquement impossible. De plus, une évaluation faite uniquement avec des véhicules prototypes dans des conditions de conduite réelles serait défavorable parce qu’à cette étape du développement, toute modification apportée aux composants du système, par exemple au système de post-traitement des gaz d’échappement, génèrerait des coûts élevés. Pour rendre le processus de développement le plus efficace possible, il est recommandé de charger préalablement certains tests pour l’approbation RDE lors de phases adéquates au début du processus de développement. Par exemple, les contrôles moteur et du post-traitement peuvent être optimisées très tôt afin d’obtenir de faibles émissions. Grâce à la simulation, les développeurs obtiennent rapidement une vision claire sur la compatibilité entre les composants de système en développement et la règlementation sur les émissions. 

La solution : L’analyse d’émissions basée sur simulation

Intégration des tests RDE basés sur simulation au processus de développement.

La chaîne d’outils complète dSPACE ouvre de nombreuses nouvelles possibilités pour simuler des manœuvres de conduite réalistes avec des moteurs et des systèmes d’échappement virtuels ou réels, très tôt dans le développement. La suite d’outils ASM (Automotive Simulation Models) est à la base de la simulation. Elle fournit des outils avancés permettant de définir et de simuler des moteurs, des véhicules, des routes et des manœuvres de conduite. Cette suite d’outils peut être utilisée pour simuler des tests RDE pour un grand nombre de scénarios de conduite sur routes de campagne, sur autoroutes et dans des espaces urbains, en incluant la complexité du trafic routier environnant. La simulation ASM combinée, du moteur, de la dynamique de véhicule et de l’environnement permet de prédire le taux d’émissions selon des situations de conduite virtualisées. Les tests RDE définis de cette manière sont reproductibles avec une grande précision et sont utilisables pour analyser les différentes variantes de véhicules, de routes et de manœuvre en modifiant simplement les paramètres. De plus, les modèles spécifiques du client et des tierces parties peuvent être inclus à la simulation au moyen du standard FMI.

Grâce à cette chaîne d’outils complète, les tests RDE préparatoires peuvent à présent être préalablement chargés et optimisés au cours des différentes étapes du développement, grâce aux méthodes de développement bien établies de la simulation Model-, Software-, Hardware- et Engine-In-the-Loop (respectivement MIL, SIL, HIL, EIL). 

Une chaîne d'outils complète pour la simulation RDE

RDE tests can be performed seamlessly with the established development methods model-in-the-loop, software-in-the-loop, hardware-in-the-loop, and engine-in-the-loop (MIL, SIL, HIL, EIL).

Cette approche basée sur la simulation apporte de premiers éléments sur le comportement aux émissions pour les scénarios de conduite testés, dès la phase de développement du véhicule. Les écarts par rapport aux limites d’émissions stipulées peuvent ainsi être détectées très tôt et éliminées de manière plus économique.

Dans les premières phases du développement du calculateur (ECU), la plate-forme de simulation offline VEOS® de dSPACE fournit des moyens efficaces pour définir et vérifier facilement des tests RDE sous forme de tests de conduite virtuels. Pour ces tests, des modèles pour les moteurs à combustion, les systèmes d’échappement, la dynamique de véhicule et l’environnement sont exécutés sur la plate-forme avec le modèle du contrôleur ou le logiciel applicatif du calculateur du moteur. Des modèles adéquats sont disponibles dans la suite d’outils de simulation ASM. Selon l’application, des modèles spécifiques au client ou à des tierces parties peuvent également être ajoutés. L’interaction dans une simulation de tous les composants et de toutes les variantes possibles permet de prédire très tôt le taux d’émissions du véhicule. 

La plate-forme de simulation en temps réel SCALEXIO® de dSPACE fournit des ressources complètes pour exécuter et optimiser les tests RDE incluant un calculateur réel dans des conditions temps réel. Les définitions des modèles, des manœuvres et de la trajectoire depuis la phase MIL/SIL peuvent être réutilisées. L’utilisation du HIL permet également de considérer diverses variantes de logiciel du calculateur et de moteur sans devoir changer le moteur à combustion réel.  Ceci assure une grande maturité du contrôleur moteur réel et de l’environnement de test pour les opérations ultérieures sur banc d’essais, ce qui permet des économies de temps non négligeables pour cette étape et une réduction correspondante des coûts.  

Afin de mesurer les émissions du moteur à combustion réel pendant une manœuvre de conduite, un moteur à combustion est mis en fonctionnement sur un banc d’essais avec le simulateur temps réel dans une configuration de système en boucle fermée. Le simulateur temps réel émule le modèle de la dynamique de véhicule, y compris la transmission, et une manœuvre de conduite conforme au RDE. Cette simulation fournit des demandes de couple pour le moteur à combustion et des consignes de vitesse pour la machine de charge. Pendant l’opération, le moteur à combustion, la machine de charge et la simulation du véhicule interagissent au moyen de couples qui sont mesurés à la sortie du moteur. La chaîne d’outils complète de dSPACE permet de réutiliser les tests RDE et les modèles de simulation préparés et testés au cours des phases de développement précédentes, directement sur le banc d’essais du moteur.

Connexion du banc d’essais

Le fait d’utiliser une connexion temps réel, hautes performances, entre le simulateur de dynamique véhicule et le banc d’essais moteur, assure que les signaux sont échangés entre les deux systèmes de façon synchrone et avec de faibles latences. Une interface standardisée en cours de développement au sein du projet de recherche ACOSAR (ACOSAR = Advanced Co-simulation Open System Architecture) a pour objectif de réduire les efforts nécessaires à l’intégration.  

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