Visualisation en temps réel des pressions dans une soufflerie automobile à l’aide de LabVIEW

Auteur(s) :

Guillaume Bonnavion - ENSTA ParisTech
Aurélien Joly - ENSTA ParisTech
Olivier Cadot - Université de Liverpool
Vincent Herbert - Groupe PSA
Sylvain Parpais - Groupe Renault
Rémi Vigneron - GIE-S2A
Jean Délery - CNRT R2A

Mesures de pression et besoins industriels

Notre équipe a développé cette application dans un laboratoire d’ingénierie équipé de plusieurs souffleries dédiées à l’enseignement et à la recherche. Nos membres interviennent également dans des souffleries industrielles. Leurs projets portent sur les domaines de l’aérodynamique automobile et de l’énergie et comprennent :

• Étude des sillages de véhicules et de leur impact sur la consommation de carburant
• Forces des fluides sur les composants d’une centrale nucléaire soumis à un écoulement d’eau
• Les contraintes dues au vent sur les fermes solaires

Ces études, réalisées en collaboration avec l’industrie, nécessitent des mesures sur le terrain de pressions instables. Nous devons utiliser un outil de visualisation en temps réel pour obtenir des mesures fiables et apporter des modifications au programme de test en fonction des résultats. Cet outil doit être facilement adaptable à différentes applications de laboratoire.

LabVIEW pour une modularité accrue

Solution existante

Nous avons utilisé un scanner de pression avec 32 (Scanivalve ZOC22b) ou 64 (Scanivalve ZOC33) voies de mesure avec électronique de conditionnement (GLE/SmartZOC200-201) pour les mesures. Nous utilisons un port USB pour la communication. L’ensemble du système d’acquisition est compact et facilement transportable. Son logiciel permet de modifier les paramètres d’acquisition et d’enregistrer les données en unités ingénieur, mais ne permet pas leur utilisation en temps réel (exportation à la fin de l’acquisition).

Exigences

Nous devons pouvoir utiliser le programme (voir la figure 2) avec différents scanners et pour divers projets dans lesquels les données affichées diffèrent. Nous avons limité notre utilisation à des équipements d’acquisition existants pour respecter le protocole de communication du fabricant. Son interface doit permettre de configurer l’électronique de conditionnement (fréquence jusqu’à 200 Hz, nombre de voies, format de données). Nous devons pouvoir l’utiliser de manière intuitive lors de campagnes de tests afin de réduire la fatigue des utilisateurs.

Solution

Communication

Nous avons établi une communication avec l’électronique de conditionnement avec LabVIEW à l’aide de VISA (Virtual Instrument Software Architecture). Nous avons utilisé des chaînes de caractères pour les paramètres, selon le protocole de communication. L’utilisateur les saisit et les convertit au format hexadécimal dans LabVIEW. Les commandes de démarrage et d’arrêt de l’acquisition se trouvent sur les boutons de la face-avant et sont envoyées à l’aide de la formule décrite ci-dessus.

Acquisition

Pendant l’acquisition, les informations sont reçues en continu et découpées en trames, chacune contenant un identificateur ainsi que les données de pression du moment. La longueur de ces trames dépend du nombre de voies de mesure. Un autre VISA les lit, un par un, dans une boucle. Les différents éléments de trame sont ensuite interprétés séparément en utilisant leur codage (identificateur de 2 octets, 4 octets pour chaque boucle de mesure). Nous utilisons une permutation d’octets de VI natif pour formater les données de la trame afin qu’elles soient lisibles par LabVIEW (inversion des bits de poids faible et élevé). Le programme convertit ensuite les données reçues du format hexadécimal au format décimal. Il vérifie ensuite l’identificateur de la trame pour s’assurer du bon découpage et de la bonne réception des données. L’incrément entre deux identificateurs successifs doit être de un. En cas d’erreur, l’acquisition s’arrête et l’utilisateur en est informé.

Le programme exporte les données brutes dans un fichier texte pour un traitement ultérieur. Le programme subit un traitement spécifique pour l’analyse en temps réel (filtrage, calculs de gradient de pression et affichage de la distribution de pression).

Progrès en aérodynamique automobile

Nous avons testé et validé la solution en laboratoire. À ce jour, elle a accumulé 40 heures d’utilisation dans le cadre d’activités pédagogiques et 180 heures d’acquisition en soufflerie industrielle, dont une vingtaine d’heures sur des véhicules réels. Les mesures obtenues dans cette chaîne d’acquisition développée dans LabVIEW ont permis des avancées significatives en termes de compréhension de certains phénomènes liés à l’aérodynamique automobile dans le cadre d’une thèse de doctorat menée en partenariat avec le Centre National de Recherche Technologique en Aérodynamique et Aéroacoustique des Véhicules Terrestres (CNRT R2A). Par ailleurs, les opérateurs déploient actuellement la solution sur un banc de test dédié aux applications du secteur de l’énergie.

De plus, l’exportation de données brutes permet de vérifier régulièrement l’étalonnage du système d’acquisition sans avoir à le renvoyer au fabricant, ce qui minimise les temps d’arrêt. Nous avons conservé le programme LabVIEW en open source pour pouvoir l’utiliser dans de nouveaux projets. Nous avons donné une version de notre système aux souffleries industrielles du GIE S2A car elles se sont montrées intéressées par les possibilités de visualisation en temps réel.

Informations sur l’auteur :

Guillaume Bonnavion
ENSTA ParisTech
guillaume.bonnavion@ensta-paristech.fr