Mise en équation du système
Modélisation du bloc moteur
Le fonctionnement du moteur est principalement régi par quatre paramètres :
la charge demandée par le conducteur (positive dans le cas d'une accélération, négative ou nulle sinon) ;
le mode de combustion ;
le coefficient d'émission thermique de la combustion, utilisé notamment pour simuler le réchauffement du moteur lors d'un démarrage à froid ;
le ralenti1 du moteur.
Tous les paramètres de fonctionnement du moteur (couple, émissions, etc.) sont obtenus à partir de tables - dont les valeurs sont issues de mesures réalisées lors d'essais - et sont fonctions de la charge et de la vitesse de rotation du moteur.
Fichier(s) | Informations fournies |
|---|---|
torque.data ou BMEP.data | Fournissent le couple ou la pression moyenne effective (BMEP: Brake Mean Effective Pressure) du moteur en fonction de la charge et de la vitesse de rotation du moteur. |
FMEP.data | Fournit la pression moyenne effective de frottement (FMEP: Friction Mean Effective Pressure) du moteur en fonction de la température de l'huile ou de l'eau et de la vitesse de rotation du moteur. |
Texhaust_i.data, heatwall_i.data, eq_ratio_i.data, conshot_i.data, COhot_i.data, HChot_i.data, NOxhot_i.data, parthot_i.data | Pour chaque mode de combustion numéroté i. Fournissent des données relatives aux émissions polluantes du moteur en fonction de la pression moyenne effective et de la température de l'huile ou de l'eau. |
LagEngSpeed.data, BMEPatmomax.data | Uniquement dans le cas d'un moteur turbo. Fournissent respectivement le temps de réponse du turbo et la pression moyenne effective. |
Choix du « mode de combustion »
La combustion au sein du moteur est modélisée par un composant distinct du moteur, représenté ci-dessous ; à partir d'informations telles que la vitesse de rotation du moteur, la température du bloc et la charge (accélération ou freinage), il choisit un mode de combustion et effectue donc une régulation du moteur.
Couple du moteur
On a indiqué précédemment que le couple du moteur était fourni par des tables. Il faut cependant appliquer une correction à la valeur obtenue afin de tenir compte de pertes éventuelles pouvant survenir à des températures élevées du moteur, de l'eau ou de l'huile. Le couple corrigé est ainsi donné par la relation suivante :
où :
Ttable est le couple lu dans les tables ;
Tfrottement est le couple de frottement survenant à des températures élevées du moteur ;
Ttemp est le couple de frottement survenant à des températures élevées de l'eau ou de l'huile.
Émissions polluantes
Le débit massique de gaz d'échappement est calculé à partir de la consommation de carburant et de la richesse du mélange air/carburant, selon la relation suivante :
où :
conso est la valeur de la consommation de carburant, lue dans les tables ;
pco est le pouvoir comburivore, c'est-à-dire le ratio stœchiométrique de la combustion ;
φ est la richesse du mélange.
Modélisation du véhicule
Boîte de vitesses
La boîte de vitesse régule le couple appliqué à l'arbre de transmission en fonction de sa vitesse de rotation, du couple en entrée (fourni par le moteur) et de la commande du conducteur, qui peut « passer » des vitesses. Pour réaliser cette régulation, le composant modifie la valeur du rapport du couple entre l'entrée (moteur) et la sortie (transmission). En outre, le rendement mécanique de ce composant est supposé idéal (égal à 1).
Roues
Le modèle de roue utilisé prend en compte trois couples : celui dû à la force d'entraînement de l'essieu, le freinage et l'inertie de la roue. Il peut ainsi calculer un glissement longitudinal Sx de la roue à partir de la vitesse du véhicule, selon la relation suivante :
Il est ensuite possible de déterminer la force longitudinale exercée par la roue :
Déplacement du véhicule
Le modèle de véhicule détermine son accélération en appliquant le principe fondamental de la dynamique - la vitesse et le déplacement horizontal sont ensuite obtenus par intégration. Pour ce faire, il faut calculer la résultante des forces extérieures appliquées au système :
les forces longitudinales exercées par les roues, déterminées précédemment ;
le poids du véhicule, qui dépend de la pente :
les forces aérodynamiques, qui tiennent compte de la vitesse du vent par rapport au sol et de celle du véhicule :
La résultante s'exprime donc :
où Kν est le coefficient de frottement visqueux.
