Confrontation simulation/expérience

Dans ce cadre, deux situations ont été testées : la première correspondant à des essais sur route respectivement à 10km/h (Figure 5.26) et à 30km/h (Figure 5.27), tandis que la deuxième situation coïncidait au passage du véhicule sur des voies de tramway (Figure 5.28). Les essais ont été réalisé sur une route de classification A-B.

Sur les Figures 5.26 et 5 .27, nous pouvons remarquer que la puissance est faible et ce, quelque soit la vitesse du véhicule. Les valeurs de puissance mesurées sont de l’ordre de 0.001mW à 0.021mW pour une vitesse de 10km/h (Figure 5.26) et varient entre 0.01mW et 0.07mW pour une vitesse de 30km/h (Figure 5.27). Cependant, l’énergie sur une longue période est significative et pourrait être utilisée pour alimenter des capteurs.

172

Figure 5.26 Comparaison des mesures expérimentales avec les résultats de simulation obtenus avec des profils artificiels pour une vitesse de véhicule de 10km/h

Figure 5.27 Comparaison des mesures expérimentales avec les résultats de simulation obtenus avec des profils artificiels pour une vitesse de véhicule de 30km/h

Des simulations à partir du modèle BG ont ensuite été effectuées. L’analyse des puissances récupérées simulées avec un profil de route généré artificiellement [LOP 17] à partir des équations issues de la norme ISO 8608 à une vitesse de 10km/h (Figure 5.26) et de 30km/h (Figure 5.27) montre un bon accord avec les résultats expérimentaux. La forme chaotique de

173 la tension mesurée que ce soit pour la Figure 5.26 ou bien la Figure 5.27 est en accord avec celle obtenue par le modèle quart de véhicule. La variation des plages de puissance est sensiblement identique. Cette configuration valide définitivement les prédictions de nos simulations et démontre que le modèle développé est représentatif de la réalité.

La Figure 28 donne les puissances et tensions mesurées quand le véhicule traverse les rails du tramway avec une vitesse de 50km/h. Avant et après le passage du véhicule sur les rails du tramway, le signal est de type chaotique comme précédemment car issu du passage du véhicule sur la route. On remarque très clairement sur ces courbes que les pics correspondant au franchissement des rails apparaissent à 𝑡 = 15𝑠. La puissance mesurée maximale est de l’ordre de 1.97mW.

Figure 5.28 Tension et puissance mesurée lors de la traversée des voies de tramway par le véhicule à une vitesse de 50km/h

Bien que le convertisseur électromagnétique ait été intégré à un véhicule électrique Twizy nous n’avons cependant pas pu le tester dans les même conditions. La principale raison est que cela nécessite une instrumentation plus poussée. Des travaux dans ce sens sont en cours actuellement.

174

C

Ce chapitre avait pour objectif de simuler à la fois la suspension du véhicule mais également les systèmes de récupération d’énergie en vue d’estimer la quantité d’énergie qu’il est possible de stocker. Dans un premier temps, des simulations ont été entreprises en utilisant en sortie des récupérateurs une charge résistive puis dans un second temps, un circuit électronique de restitution et de stockage de l’énergie a été proposé. En entrée des modèles de suspension, des sollicitations ponctuelles comme le passage du véhicule le long d’un dos d’âne standard et des sollicitations continues avec des profils de route différentes de type excellent à médiocre ont été étudiés. Enfin, des essais sur route ont été entrepris avec succès et comparés avec les résultats de la simulation afin de valider nos modèles et vérifier des prédictions effectuées.

De ces simulations, il ressort qu’il est tout à fait possible d’alimenter un circuit annexe avec une puissance continue de 0.33W lorsque la route est de qualité médiocre et ce avec des niveaux d’énergie différents en sortie des deux récupérateurs. Cette puissance est en accord avec la tension constante de 3.3V et le courant maximal de 100mA en sortie du système de stockage et de restitution de l’énergie.

Même si la puissance piézoélectrique requise pour alimenter directement un système n’est pas atteinte par notre technologie, afin de satisfaire à ces besoins on peut imaginer que ce système puisse fonctionner par intermittence en réalisant des contrôles réguliers. Comme vu dans la

Section 1.2 du Chapitre 1, si on applique : 𝑃1 = 0.01𝑊qui correspond à la puissance récupérée par le sous-système, 𝑃2 = 0.33𝑊la puissance consommée par le circuit à alimenter, et ∆𝑡1= 2𝑠 qui donne le temps de contrôle à l’équation (1). Alors équation (1) nous donne l’intervalle de temps ∆𝑡2 entre deux opérations, et correspond à t2 = 66s. De même, le ratio de temps est de ∆𝑡2

∆𝑡₁ ^{= 33}. Il est tout à fait possible d’obtenir un système unique assurant la conversion et la mise en place des opérations santés de la structure.

Notons ici que le niveau de puissance électromagnétique est plus important et peut alimenter ce type de système après bien sûr avoir adapté l’énergie en sortie de celui-ci avec un système de stockage et de restitution de l’énergie.

175

Conclusion

176

CONCLUSION

Dans le chapitre 1, nous avons analysé les flux d’énergie dans une suspension automobile de type Macpherson et nous avons établi un état de l’art afin de mettre en évidence le besoin de bien positionner les récupérateurs d’énergie dans la suspension afin d’optimiser cette dernière. De ces études, il ressort qu’une des localisations les plus propices à la récupération d’énergie dans la suspension se situe au niveau de l’amortisseur. Bien qu’il existe d’autres emplacements, le choix concernant les récupérateurs d’énergie s’est dirigé vers l’exploitation du mouvement de débattement du piston dans le corps de l’amortisseur pour la conversion électromagnétique ainsi que les vibrations mécaniques issues de la masse non-suspendue pour la conversion piézoélectrique. Au vu de l’amplitude des mouvements dans ces deux cas de figure et après analyse de l’état de l’art, les conversions piézoélectriques et électromagnétiques ont été adoptées.

Les choix technologiques se sont alors portés d’une part sur l’intégration d’une poutre résonante piézoélectrique sur la masse non-suspendue de la voiture, et d’autre part, sur l’intégration d’un récupérateur électromagnétique dans le corps de l’amortisseur.

Dans le chapitre 2, nous nous sommes appuyés sur la réalisation d’un état de l’art sur les sources d’excitation et sur la réponse mécanique et acoustique du véhicule, afin de caractériser la suspension automobile. Pour ce faire, nous avons analysé son comportement mécanique en fonction d’une source d’excitation liée à la route à l’aide de l’approche BG bien adaptée à la représentation des échanges d’énergie des systèmes multi-physique, mais aussi pour sa simplicité de mise en œuvre et sa rapidité de calcul. De plus, l’analyse des échanges d’énergie dans les systèmes représentés par cette méthode est facilitée et c’est donc cette dernière qui sera employée pour la suite de notre étude.

D’après notre état de l’art, l’excitation liée à la route est la plus exploitable et contribue largement à l’excitation mécanique de nombreuses parties mécaniques du véhicule. En outre, il apparait que les modes de vibrations les plus intéressants pour notre étude sont les modes de

177 corps rigide en raison des grands déplacements obtenus et des choix de nos récupérateurs d’énergie.

A partir des modèles de suspension présents dans la littérature, nous avons ensuite sélectionné les représentations du quart et du demi-véhicule correspondant à nos attentes. Après simulation, l’analyse de la décomposition de l’énergie injectée au système de suspension a mis en évidence qu’une grande quantité de cette énergie est dissipée dans l’amortisseur mais qu’une partie suffisamment significative peut être transformée en énergie électrique via des récupérateurs d’énergie.

Dans les chapitres suivants, nous avons défini les récupérateurs d’énergie piézoélectrique dans le chapitre 3 et électromagnétique dans le chapitre 4pour aboutir à leur intégration dans le modèle de la suspension.

Afin de démontrer la faisabilité des deux technologies et de proposer un fonctionnement optimal pour chacune d’elles, nous avons mis en place et testé une configuration adaptée à notre cahier des charges au travers d’une poutre piézoélectrique résonante et d’un convertisseur électromagnétique intégré à un amortisseur.

Plus précisément, dans le chapitre 3, la conception de notre configuration piézoélectrique s’est appuyée sur deux modèles BG : un modèle à approche localisée et un modèle à approche distribuée. Les légères différences observées entre ces deux modèles, nous ont amené à n’utiliser que le modèle à approche distribuée pour des raisons de précision. Une confrontation des résultats de ce modèle avec des expériences a servi à démontrer sa validité. De plus, cette étude a permis de mettre en valeur les performances de la dernière configuration de poutre testée avec une masse en bout de poutre de 10g dont la première fréquence de résonance de 42.5Hz est proche de l’une des fréquences de résonance du véhicule. La puissance maximale en sortie de celle-ci à cette fréquence est de 1.1mW au borne de sa résistance optimale 𝑅 = 122𝑘Ω.Ensuite, une dernière partie a été consacrée à une étude paramétrique en fonction du matériau, des dimensions géométriques du récupérateur d’énergie dont nous avons déduit la configuration la plus adaptée à notre cahier des charges. Dans le chapitre 4, les expérimentations et les simulations à l’aide de la MEF ont été conduites afin de proposer un dimensionnement optimal de la structure du convertisseur. Ce travail a permis d’obtenir une puissance maximale en sortie du convertisseur tout en réduisant au maximum les contraintes dues aux forces magnétiques qui perturbent le mouvement