Visualisation en temps réel de pressions en soufflerie automobile avec LabVIEW

Guillaume Bonnavion, ENSTA ParisTech

"Les mesures obtenues grâce à cette chaîne d'acquisition développée dans LabVIEW ont permis de mieux comprendre certains phénomènes en aérodynamique automobile."

- Guillaume Bonnavion, ENSTA ParisTech

Le défi:

Disposer d'un outil de visualisation en temps réel des données de pression instationnaire mesurées lors de campagnes d'essais en soufflerie.

La solution​:

Utiliser LabVIEW pour créer une interface d'acquisition adaptable aux besoins de multiples projets.

Auteur(s):

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

 

 

Mesures de pression et besoins industriels

L'application est développée dans un laboratoire de mécanique équipé de diverses souffleries dédiées à l'enseignement et à la recherche. Ses membres interviennent aussi dans des souffleries industrielles. Leurs projets sont liés aux domaines de l'aérodynamique automobile et de l'énergie :

  • étude des sillages de véhicules et impact sur leur consommation de carburant ;
  • forces fluides sur des composants de centrale nucléaire soumis à écoulement d'eau ;
  • sollicitations liées au vent sur les fermes solaires.

 

Ces études, menées en collaboration avec l'industrie, nécessitent des mesures instationnaires de champ de pression. Pour garantir la fiabilité des mesures et permettre des modifications du programme d'essais en fonction des résultats, on doit pouvoir disposer d'un outil de visualisation en temps réel des données. Il doit être facilement adaptable pour les différentes applications du laboratoire.

 

Un VI LabVIEW pour plus de modularité

Solution existante

Pour les mesures, on utilise un scanner de pression avec 32 voies de mesure (Scanivalve ZOC22b) ou 64 (Scanivalve ZOC33) avec leur électronique de conditionnement (GLE/SmartZOC200-201), qui communique par port USB. L'ensemble du système d'acquisition est compact et facilement transportable. Le logiciel fourni permet le réglage des paramètres d'acquisition et l'enregistrement des données en unités d'ingénieur, mais ne permet pas leur exploitation en temps réel (export en fin d'acquisition).

 

 

 

Contraintes

Le programme (face-avant en figure 1) doit être utilisable avec différents scanners et pour différents projets pour lesquels les données à visualiser ne sont pas les mêmes. On souhaite se limiter au matériel d'acquisition existant et donc respecter le protocole de communication établi par le fabricant. L'interface doit permettre le paramétrage de l'électronique de conditionnement (fréquence jusqu'à 200 Hz, nombre de voies, format des données). Son utilisation en campagne d'essais doit être intuitive pour réduire la fatigue de l'utilisateur.

 

 

 

 

 

Solution retenue

Communication

La communication avec l'électronique de conditionnement est établie sous LabVIEW avec une instance VISA. Le paramétrage se fait via des chaînes de caractères respectant le protocole de communication. Elles sont saisies au clavier par l'utilisateur et converties sous LabVIEW au format hexadécimal. Les ordres de démarrage et d'arrêt d'acquisition bénéficient de boutons en face-avant et sont envoyés selon le formalisme décrit précédemment.

Acquisition

En cours d'acquisition, les informations sont reçues en continu et découpées en trames contenant chacune un identifiant ainsi que les données de pression à l'instant correspondant à cet identifiant. La longueur de ces trames dépend du nombre de voies de mesure. Elles sont lues une à une au sein d'une boucle par une autre instance VISA. Les différents éléments composant une trame sont ensuite interprétés séparément, en fonction de leur codage (identifiant sur 2 octets, chaque voie de mesure sur 4 octets).

On utilise le VI natif « Permutation des octets » afin de formater les données de la trame pour les rendre lisibles par LabVIEW (inversion des bits de poids faible et de poids fort). Les données reçues sont ensuite converties du format hexadécimal au format décimal.  

Une vérification est effectuée sur l'identifiant des trames pour garantir un découpage correct et la bonne réception des données ; l'incrément entre deux identifiants successifs doit être de 1. En cas d'erreur, l'acquisition est stoppée et l'utilisateur en est informé.

Les données brutes sont exportées vers un fichier texte afin de permette un traitement ultérieur. Au sein du programme, elles subissent un traitement spécifique pour leur analyse en temps réel (filtrage, calculs de gradients de pression, affichage de la distribution de pression).

 

Des progrès en aérodynamique automobile

La solution a été testée et validée au laboratoire. Elle totalise à ce jour 40 heures d'utilisation dans le cadre d'activités d'enseignement et 180 heures d'acquisition en soufflerie industrielle, dont environ 20 sur véhicules réels. Les mesures obtenues grâce à cette chaîne d'acquisition développée dans LabVIEW ont permis, au cours d'une thèse de doctorat menée en partenariat avec le CNRT R2A7, des progrès significatifs dans la compréhension de certains phénomènes intervenant dans l'aérodynamique automobile. Par ailleurs, la solution est en cours de déploiement sur un banc d'essai dédié à des applications dans le secteur de l'énergie.

En prime, l'exportation des données brutes permet la vérification régulière de l'étalonnage du système d'acquisition sans le retourner au fabricant. On minimise ainsi la durée d'interruption de service.

Le programme LabVIEW est volontairement gardé ouvert afin de permettre son adaptation future pour de nouveaux projets. Une version a été fournie aux souffleries industrielles du GIE S2A8, qui 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

Figure 1. Vue de la soufflerie
Figure 2. Aperçu de la face avant LabVIEW du programme d’interfaçage.