Analyses des résultats obtenus

4.1.Analyses des résultats obtenus

Nous tenons à préciser que les différents calculs élaborés dans cette section ont été effectués pour le système eMTI mais aussi pour un système de GMP hybride électrique équivalent que nous appellerons HEV classique et qui n’intègre pas de volant d’inertie. Ceci afin de pouvoir comparer l’impact du rajout du volant d’inertie sur les objectives que nous cherchons à évaluer pour le système eMTI, c’est-à-dire la consommation du moteur thermique et la distance ZEV par rapport aux grandeurs considérées pour les degrés de liberté.

Les calculs effectués à l’aide des plans d’expériences, nous ont permis d’étudier et d’analyser le comportement du système eMTI vis-à-vis de l’évolution des degrés de liberté considérés . Les domaines de validité que nous avons choisi pour définir le plan d’expérience constituent la première limite de l’espace technologique et fonctionnel du système eMTI (Figure 52).

Figure 52.L'espace de solutions calculées à partir du plan d'expériences

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L’espace technologique et fonctionnel considéré pour la configuration eMTI de la CDT hybride prend en compte des technologies de machine électrique ayant des puissances maximales en pic très faibles pouvant aller jusqu’à 8 kW, contrairement à l’espace technologique et fonctionnel relatif à la configuration HEV classique qui lui ne prend en compte que les machines électriques dont la puissance maximale en pic est de l’ordre de 15 kW au minimum. Ces résultats cependant n’assurent pas toutes les contraintes relatives aux objectifs de consommation du moteur thermique et la distance ZEV. Certaines des solutions calculées par le plan d’expériences respectent les contraintes considérées (Figure 53).

Figure 53. Domaines de validité de l'espace technologique et fonctionnel de la machine électrique par rapport à la consommation du moteur thermique

A partir de la construction des polynômes de tendances, nous analysons les tendances d’évolution des degrés de liberté considérés par rapport aux objectifs de consommation et de distance ZEV calculés pour le système eMTI. Ces polynômes nous permettent de tracer des courbes de Pareto en 3 dimensions (Figure 54).

107 Figure 54.Evolution de la consommation du moteur thermique par rapport aux

paramètres du système électrique

Les domaines de validité des paramètres relatifs au système électrique (batterie et machine électrique) définis par le plan d’expériences sont retrouvés dans ces graphes de tendances. Nous remarquons qu’afin de réduire la consommation de CO² du système eMTI, une relation de dépendance entre le SOC de la batterie et la puissance maximale en pic de la machine électrique doit être optimisée.

et

∫

Avec :

sont les pertes de la machine électrique exprimées en kW. sont les pertes de la batterie exprimées en kW

représente la puissance utile de la batterie qui sert soit de la recharger soit de la décharger et qui est aussi exprimée en kW.

représente la quantité d’énergie utile dans la batterie en MJ

représente la quantité d’énergie maximale dans la batterie exprimée en MJ

La même analyse a été effectuée pour évaluer le comportement du système par rapport à la distance ZEV. En effet, nous constatons la présence de la même relation de dépendance entre la machine électrique et la batterie à travers l’augmentation de la puissance maximale en pic de celle-ci et l’augmentation de la taille de la batterie (Figure 55).

108 Figure 55. Evolution de la distance ZEV par rapport aux paramètres du système

électrique

La puissance maximale en pic de la machine électrique doit permettre d’assurer la consigne de puissance demandée à la roue au rendement prés. Si cette valeur est plus faible que la consigne demandée par le conducteur, le moteur thermique est allumé et le mode full hybride est désactivé même si la batterie contient assez d’énergie à cet instant. Pareillement, le niveau d’énergie emmagasinée dans la batterie doit permettre d’assurer toutes les phases de propulsion du véhicule. Ainsi, un compromis entre la valeur de la puissance maximale en pic

de la machine électrique et l’état de charge maximum doit etre effectué pour atteindre l’objectif fixé sur la fonction consommation du moteur thermique et la distance ZEV.

Figure 56. Evolution des objectifs (Consommation et distance ZEV) par rapport aux paramètres du volant d'inertie

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L’impact de la quantité d’énergie utile emmagasinée dans le volant est étroitement lié à sa puissance maxi. En effet, plus nous augmentons la puissance maxi du volant d’inertie plus on diminue la consommation du moteur thermique (Figure 56). Ce phénomène peut être expliqué par la capacité du volant à assurer la puissance demandée à la roue et aussi à sa densité d’énergie instantanée. Ainsi, nous pouvons conclure que pour réduire la taille du système électrique et favoriser l’utilisation du volant d’inertie comme source d’hybridation, il nous est nécessaire de réadapter notre stratégie de fonctionnement en intégrant une meilleure répartition de puissance entre les différents systèmes. L’impact du volant d’inertie sur la distance ZEV est négligeable par rapport au système électrique à cause de sa faible densité d’énergie.

Le volant d’inertie vient alors comme un support capable de délivrer un surplus d’énergie au système électrique d’une manière instantanée afin d’assurer la consigne de puissance demandée à la roue. Ceci nous évite alors de démarrer le moteur thermique et nous donne la possibilité de rouler plus longtemps en mode full hybride (Figure 57).

Figure 57. Fonctionnement du système eMTI lors du roulage du véhicule

A partir de ses premiers résultats de tendances, nous avons pu cerner le comportement physique du système que nous cherchons à concevoir et avoir une première idée sur les actions d’améliorations possibles pour arriver à assurer les objectifs de conception.

Ainsi, nous avons réadapté la stratégie de gestion d’énergie que nous avons considérée au début de notre étude, dans le but d’optimiser la répartition énergétique entre les trois sources et de réduire la taille du système électrique tout en garantissant les contraintes fixées sur les fonctions de consommation et de distance ZEV.

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La nouvelle stratégie consiste alors à minimiser le besoin énergétique demandé au système électrique en limitant sa fonction à assurer uniquement la consigne de puissance demandée nécessaire pour vaincre les pertes du véhicule lors du roulage (liées aux résistances aérodynamiques, et au roulement du véhicule), la puissance nécessaire aux accélérations sera fournie par le volant d’inertie. Ainsi, les deux systèmes fonctionneront d’une manière simultanée pour assurer les deux fonctions énergétiques différentes (Tableau 7)

Mode 1 Lancement du volant d’inertie (quand le véhicule est à l’arrêt) par le système électrique

Mode 2 Lancement du volant d’inertie par le moteur thermique (quand le système électrique n’est pas capable d’effectuer cette tâche)

Mode 3 Les trois sources énergétiques sont découplées et le système est complètement ouvert (quand le véhicule est à l’arrêt et le volant d’inertie est chargé jusqu’à son )

Mode 4 Full Hybride Electrique/Mécanique : Accélération du véhicule à partir du volant d’inertie en le déchargeant, et compensation des pertes par le système électrique.

Mode 5 Full Hybride Mécanique : toute la consigne de puissance pour

déplacer le véhicule est assurée par le volant d’inertie en le déchargeant. (quand le système électrique n’est capable d’assurer la compensation des pertes).

Mode 6 Full Thermique : Accélération du véhicule uniquement à partir du

moteur thermique (quand le système électrique n’est plus en mesure d’assurer la puissance demandée à la roue)

Mode 7 Freinage Récupératif en full hybride mécanique : Freinage du

véhicule suite à la recharge du volant d’inertie.

Mode 8 Freinage Récupératif en full hybride électrique : Freinage du

véhicule en rechargeant la batterie par la machine électrique.

Mode 9 Freinage dissipatif : le véhicule est décéléré à travers un système de

freins qui dissipent l’énergie.

Tableau 7-Automate des modes de fonctionnement pour la stratégie optimisée

A partir de ces conclusions, le modèle relatif à l’optimisation du CdC du système eMTI a alors été construit. Ce modèle intègre la nouvelle stratégie de gestion d’énergie et prend en compte les domaines de validité qui ont été définis à l’aide des analyses des graphes de tendances. La deuxième étape consiste alors à calculer les solutions optimales des différents paramètres du système qui permettent de converger vers des valeurs de consommation du moteur thermique et de la distance ZEV respectant les contraintes imposées. Cette optimisation est effectuée à l’aide d’un algorithme génétique et le modèle prend en compte les mêmes procédures d’évaluation de la consommation et de la distance ZEV mentionnées précédemment.

Les résultats obtenus à l’aide de l’optimisation par l’algorithme génétique sont par la suite représentés sous forme de graphes de Pareto pour les deux configurations des systèmes eMTI et HEV classique.

111 Figure 58. Courbes de Pareto pour l'évaluation des solutions de la puissance de la

machine électrique à iso consommation et iso distance ZEV

La Figure 58 montre qu’il est possible d’obtenir une consommation de CO2 =40 gr/km en utilisant une machine électrique ayant une puissance maximale de 12 kW seulement. Cependant, afin de pouvoir satisfaire la contrainte imposée sur la distance ZEV=12 km, la puissance maximale de machine électrique à considérer serait de l’ordre de 22 kW.

112 Figure 59. Courbes de Pareto pour l'évaluation des solutions de SOC de la batterie à iso

consommation et iso distance ZEV

La Figure 59 montre que le SOC de la batterie n’évolue pas beaucoup entre les deux configurations eMTI et HEV classique par rapport à un fonctionnement à iso distance ZEV, et qu’il est possible de considérer les technologies de batterie ayant comme un état de charge maxi égale à 40% pour assurer les contraintes fixées sur les deux objectifs pour le système eMTI.