3.1
P rob lém atiq u e du p rojet
Les a ttra its du véhicule électrique vont de pair avec des inconvénients encore fortem ent présents concernant l ’autonomie. E n effet, com m e cela est développé dans la section 2.1.1, l’énergie m as sique des batteries embarquées, quel que soit leur type, reste faible en com paraison de celle de l’essence. P our combler ce m anque d ’énergie em barquée, il est possible de trouver le meilleur dim ensionnem ent de la chaîne de m otorisation (de la b atterie, incluse, à la roue) afin de la rendre la plus efficace possible.
C ette recherche d ’efficacité ne doit pas se faire aux dépends des capacités du véhicule (vitesse maximale, accélération...).
Au vue des nombreuses solutions techniques p erm e tta n t la propulsion d ’un véhicule électrique, l’optim isation de la chaîne de m otorisation dans le b u t de la rendre efficace et perform ante doit faire appel à un processus itératif. D ans un prem ier tem ps, un véhicule est défini com plètem ent p a r un ensemble de param ètres. E nsuite, des mesures sont faites p ou r quantifier ses capacités et caractéristiques (autonom ie, accélération ou encore vitesse m axim ale). Puis, certains param ètres ou configurations sont modifiés pour pouvoir effectuer de nouvelles m esures. C ette succession d ’opération est effectuée ju sq u ’à l’obtention d ’un m axim a, d ’un m inim a ou encore d ’un com prom is concernant certains param ètres définis p a r le concepteur. Il est possible d ’appliquer cette m éthode itérative sur un modèle numérique du véhicule. Les intérêts évidents de la sim ulation, p a r rap p o rt à la réalisation de prototypes, sont u n gain de tem ps de développem ent très im p o rtan t et un coût bien plus faible.
Ce processus doit prendre en com pte les param ètres de la m otorisation et de son contrôle, des batteries, de la transm ission mais aussi de nom breux au tres p aram ètres du véhicule qui sont physiquem ent indépendants de la chaîne de m otorisation comme le coefficient de traîn ée aérody nam ique, sa masse, la consom m ation des équipem ents électriques auxiliaires...
3.2
O b jectifs
O b jectif principal
Développer un logiciel p erm e tta n t d ’optim iser les p aram ètres de la chaîne de m otorisation des véhicules électrique. C et outil est destiné à des ingénieurs développant des nouveaux produits. Il ne doit donc pas être un modèle de type b oîte noire, sa stru c tu re doit être visible, com préhensible et modifiable si besoin.
O bjectifs secondaires
Afin d ’atteind re cette finalité, trois objectifs secondaires sont visés :
1. Développer des sim ulateurs de déplacem ent longitudinal d ’u n véhicule entièrem ent élec trique.
2. Développer plusieurs logiciels p e rm e tta n t une exploration p aram étriq u e systém atique en utilisant les sim ulateurs. Ces logiciels ont p o ur b u t de calculer la valeur d ’un objectif, comme l’autonom ie ou encore le tem ps d ’accélération, pour u n véhicule virtuel donné, de modifier ce pro to ty pe (changer le set de p aram ètres le décrivant) et d ’itérer ces étapes. 3. Valider l’outil développé en réalisant une étud e com plète de la chaîne de m otorisation d ’un
tricycle roadster électrique.
3.3
M éth o d olo gie
1. Développement des sim ulateurs :
• Définir les objectifs d ’exploration systém atique que les sim ulateurs doivent p erm ettre de calculer comme le tem ps d ’accélération ou l’autonom ie du véhicule.
• Développement d ’un sim ulateur dynam ique sous Simulink®. La dynam ique lors des accélérations, reprise doit être bien modélisée.
• Développement d ’un sim ulateur en qu asi-statique sous le m êm e logiciel. Il doit per m ettre d ’obtenir les inform ations relatives à la consom m ation, l ’autonom ie et l’effica cité énergétique.
• Calage et validation des deux m odèles à l’aide de sim ulations externes et de certaines publications.
• Com paraison des deux sim ulateurs, déterm inatio n de leur plage de validité. 2. Développement d ’un logiciel d ’exploration param étriqu e sy stém atique :
3.4. MOYEN MATÉRIEL 2 1
• Réaliser les scripts M atlab© p e rm e tta n t de calculer la valeur de chaque ob jectif à p a rtir d ’un proto ty pe virtuel donné.
• Intégrer à ces scripts la m odification des p ro totypes virtuels représentés p ar les simu lateurs et les itérations nécessaires à l’étude systém atique.
• Vérifier la validité et la cohérence des résu ltats fournis n otam m ent pour les valeurs de param ètres qui sont éloignées de ceux utilisés p o ur élaborer les sim ulateurs.
3. Validation de l ’outil développé :
• Définition des valeurs centrales de to us les p aram ètres du véhicule (m asse totale, ca pacité des batteries,...) ainsi que leurs plages de variation.
• E tude de l’autonom ie et de la sensibilité des p aram ètres p a r ra p p o rt à cet ob jectif à l’aide du sim ulateur quasi-statique.
• E tude de la dynam ique du véhicule, com me la reprise, les tem ps d ’accélération ou en core la vitesse m aximale en utilisant le sim ulateur dynam ique. De même, la sensibilité des param ètres p ar rap p o rt à ces objectifs doit être analysée.
• Repérer les param ètres les plus influents p ou r chaque objectif.
• C onfrontation des résu ltats des deux études selon ces p aram ètres influents. Recherche des compromis.
• Proposition de plusieurs configurations optim ales de la chaîne de m otorisation d ’un tricycle roadster électrique.
3.4
M oyen m atériel
Ce projet de recherche nécessite peu de moyens m atériels. P o u r des raisons de com patibilité au sein du centre de recherche où la m aîtrise s ’est déroulée le logiciel M atlab/S im ulink© a été sélectionné. M atlab© perm et d ’exploiter facilem ent les sim ulateurs développés sous Simulink© afin d ’effectuer divers calculs, itérations et optim isations. Ainsi, u n seul logiciel p eu t être utilisé pour mener à term e cette m aîtrise. Les sim ulateurs et scripts doivent fonctionner avec les librairies basiques de ces deux programm es. Les livrables de cette m aîtrise po u rro n t ainsi être utilisés plus largement.
Les éventuels ap po rts de données expérim entales, com me les cartes d ’efficacité, seront fournis par des personnes travaillant sur des p ro jets extérieurs à cette m aîtrise. Le m atériel nécessaire à l’acquisition de données n ’est donc pas à p ren dre en com pte ici.