Fonctions d’un amortisseur semi-actif autonome

Bien que chacune de ces solutions technologiques présente des avantages et des inconvénients [TSE 15], on peut constater que très peu d’entre elles offrent un fonctionnement autonome en énergie. En conséquence, nous souhaitons à travers ces travaux de thèse élargir le champ d’application de ce type d’amortisseur en proposant une solution innovante semi-active intégrant dorénavant la notion de récupération d’énergie. Dans ce but, il est nécessaire de faire un état de l’art des différentes technologies existantes. Avant tout chose, il est également essentiel de quantifier le besoin en énergie que requiert un tel système pour le rendre autonome. C’est donc ce qui est exposé dans le paragraphe qui suit.

1.2. L

1.2.1. Fonctions d’un amortisseur semi-actif autonome

Si l’on cherche développer un amortisseur semi-actif autonome, ce dernier doit être capable à la fois de rectifier sa loi d’amortissement en fonction de l’état de la route, et d’autre part, d’évoluer vers une autonomie énergétique. À partir de ce constat, on peut définir l’architecture schématisée sur la Figure 1.4.

Figure 1.4 Architecture d’un amortisseur semi-actif autonome

Afin de contrôler les lois d’un amortisseur, il suffit d’adapter son débit par l’intermédiaire d’un clapet. Ainsi en fonction du positionnement du clapet sur un ou plusieurs orifices, le débit du fluide sera plus ou moins important et le comportement général de l’amortisseur en sera ainsi changé. Le conducteur aura donc plusieurs choix de mode de conduite en fonction de l’état de la route (sportive, urbaine, autoroute, …). Concrètement cela signifie qu’un microcontrôleur doit être installé afin d’une part, de récupérer et stocker l’énergie ambiante nécessaire à son fonctionnement autonome et d’autre part, assurer la sélection du mode de conduite.

Par conséquent, les fonctionnalités attendues par le microcontrôleur délimitent les besoins énergétiques du système.

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1.2.2. Estimation de la consommation d’énergie et des performances

attendues

Comme vu au Paragraphe 1.1.2, les amortisseurs semi-actifs sont généralement de type magnétorhéologique, ce qui indique que les propriétés rhéologiques du fluide comme sa viscosité sont modifiées en fonction du champ électrique appliqué. Par exemple, les amortisseurs « MagneRide » [DEL 09] développés par la société Delphi ont une course totale variant entre 36mm et 46mm. En outre, chaque amortisseur a une consommation autour de 20W maximum [SLE 10]. Le pilotage de l’électronique de contrôle est géré indépendamment

pour chaque amortisseur, et s’effectue à la fois en vitesse et en déplacement, tout en étant intégrable à l’ABS (système d’assistance au freinage) et à l’EPS (contrôle de la trajectoire du véhicule). Des capteurs évaluent en amont la vitesse et le déplacement du véhicule, ainsi que le degré d’importance des mouvements imprimés au volant et à la pédale de frein par le conducteur. L’analyse du style de conduite prédéfinit le mode de conduite. Si la conduite est dite sportive, l’intensité du courant et l’activité du système seront plus importantes. C’est l’inverse pour une conduite souple. En conclusion, l’activation du système dépend de la stratégie de contrôle choisie [SLE 10].

Les ordres de grandeur des puissances à fournir afin d’obtenir un système autonome sont difficiles à évaluer pour les autres types d’amortisseurs semi-actifs autonomes. Cependant, la

Figure 1.5 récapitule les consommations de chacun des éléments constituant ces systèmes et

permet d’établir les objectifs à atteindre en termes de récupération d’énergie, les puissances requises variant de 10𝜇𝑊 à 20𝑊.

Figure 1.5 Consommation des éléments constituant un amortisseur semi-actif autonome Les dernières recherches sur la récupération d’énergie démontrent la possibilité, à l’heure actuelle, de récupérer des puissances allant de l’ordre du microwatt au watt, ce qui est peu au vu de la Figure 1.5 pour alimenter en continu un amortisseur semi-actif autonome. Le fonctionnement par intermittence du système semble être une piste intéressante, car les

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besoins en énergie sont limités lorsque le système ne fonctionne que sur un intervalle défini. Dans notre cas d’étude, la production d’énergie est fluctuante car directement liée aux conditions de route mais aussi à la conduite (freinage, accélération) et il apparaît prometteur de l’emmagasiner afin de l’employer à intervalles réguliers. A priori, ce choix n’est pas un problème dans la mesure où nous ne cherchons pas à changer de mode de fonctionnement à chaque instant mais seulement après une certaine période (changement de type de route), ni même à réaliser des mesures en continu. Vu sous cet angle, la notion de puissance nécessaire ne suffit plus et il faut la compléter par la valeur de l’énergie consommée afin de modifier la loi de l’amortisseur. Par exemple, si on note 𝑃1 la consommation en puissance de l’amortisseur et ∆𝑇1 le temps requis pour effectuer un changement de mode, on pourra avec un système de récupération d’énergie récoltant une puissance maximale 𝑃2réaliser un changement de mode à chaque intervalle :

∆𝑇₂ =^𝑃1∆𝑇1

𝑃₂ (1)

Ce raisonnement démontre qu’un système de stockage est essentiel si l’on souhaite emmagasiner suffisamment d’énergie pour faire fonctionner le système complet quand cela est utile. Auparavant un état de l’art sur les moyens technologiques capables d’alimenter de tels systèmes doit être effectué.

1.3. D

’

La récupération d’énergie se caractérise par la conversion d’énergie disponible (non utilisée) au sein d’un système en énergie électrique. Cette source d’énergie dite « propre » fait l’objet de nombreuses recherches [WEI 17a] en raison de son impact positif sur l’environnement. Son déploiement est également motivé par la recherche de l’accroissement du rendement général du système. Une des conditions primordiales pour convertir l’énergie excédentaire en énergie électrique, est que cette dernière puisse couvrir totalement le besoin du nouveau système. Pour cela, un système de récupération d’énergie est employé afin de la convertir, puis celle-ci est stockée dans un accumulateur. Les contraintes à prendre à compte lors de la conception d’un récupérateur d’énergie rendent ce processus spécifique et concernent à la fois : la disponibilité de l’énergie au sein du système, la quantité d’énergie convertie, le rendement du récupérateur et la capacité de stockage. À terme, l’intégration d’un nouveau système d’amortisseur embarqué alimenté par un récupérateur d’énergie devrait doter le véhicule de nouvelles fonctions ou faciliter l’exploitation des systèmes existants.