projet tuoré v6_final - Des engins électriques à l`IUT GEII de
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1. L UIVERESIT lat aa Kin IWPRFEITI Ts Fi eE eachnolagila JHIYERS TE CE AIC ARDIE JJL VERNE INSTITUT UMTV RETTLAIRE DE TECAMOLCGRE DE LAISHE LC 2PAETEIMENT GENIE ELE CTAIQUE ZT INFORMATIQUE INDUs TRIELLE 13 AVENUE Fron ais Mitterranc 02830 CUFFIES GW 0222 764010 ase 76 40 15 0 NTVERSI QE Sa de Picardie 1 Vn Nom des tudiants ZAGLANICZNY Dimitri GOBINET Anthony Projet tutor encadr par SIVERT Arnaud Ann e scolaire 2012 2013 Sommaire Ms MIRE SL LL 0 DES EEE 2 2 Th o edesdynamiguesd mn VeMIiCule siccscrcecspcccccecacassnenasanececeeoianessbesasdoieeaaduaniageneonessacedebbassectenaanieceesacecgnesanavensacionanasabecaess 3 le Force ct INS SAMS MOOG nan sata do Ean ES aT nation ne er a on on 3 2 Force dacceleranice et d c l ratrice MO UICC asasiscacccanaseessecasacnesncaanssadecsemecne Sosaietiadantaneaasdsaiaceoasadidabdaatendandenecciesatasecdasnieaeaiats 3 I WS Pee MAS ie Cae NS er sedpaciee davauatetapauienaen dante nadeasued bad estand uatecasopscotsadauslee E E 6 3 Ditfcrents types d instrumentation sce crsrereatenerveacetunnsop eden iiir Era Era nR EET oi a AEN E adai EEEn seinn i a ainis iade 7 3 1 L instrumentation avec Elogger du fabriquant Eagle Tree ss 7 3 2 nstrumentation Power LOE a EESE E Ea R eE ee ia iaee 7 3 3 L instrumentation avec x cycle analyst Sn nianie iunn Eini Eea E EEE E ini Ar eE R aE iai rii eE 8 4 Traitement des donn2. Puissance _ t Energie W H PT t 41 9 Cette nergie correspond videmment a l nergie cin tique et l nergie demand e par la force r sistante 1 8 E WH E oi E F t V t dt cinetique force resis tan te 1 10 Exemple Lors de l acc l ration l nergie demand e est gale E WH CM v Eine 2 t 2 3600 1 11 On peut remarquer que l nergie r cup r e au freinage correspond presque a l nergie de l acc l ration videment la force r sistante pr s Lorsque la vitesse est constante donc avec une puissance constante l nergie correspond l quation suivante E W H Puissance t 3600 moyenne Forge motrice N 36 km h 10m s time deplacement 20 12 140 m Fig 1 1 Vitesse et force motrice r sultante en fonction du temps M 100 kg FResistante 30 N Page 4 puisfance moteur W I Temperature moteur I 1 18 W H nterpsite batteri Sipa Intensit moteur A 44 A Fig 1 2 Force puissance nergie et intensit en fonction d un profil trap zo dal de vitesse avec un accumulateur de 50 V Le contr leur commande la vitesse du moteur par l interm diaire d une poign e ou une p dale acc l ratrice Les relations lectrom caniques du moteur sont v m s U k Q Upu k 1 12 FE N In k To 1 19 Avec Un et Im tension et courant moteur n rendement Le coefficient varie de 0 100
3. donc n glig Par cons quent la puissance lectrique des batteries correspond a quation suivante Pratt W U part V j Ibat A Pubs moteur N controleur 1 15 partir des quations 1 12 et 1 13 le courant des batteries correspond donc l quation suivante Ba A QE 1 16 3 Le freinage m canique La d c l ration m canique permet de tester le freinage d urgence m canique ou hydraulique Or 1l est sp cifi dans le Code de la route la distance d arr t doit tre gale au chiffre de la dizaine du carr de la vitesse Exemple 50 km h la distance d arr t est de 25 m et 100km h 100m En effet la l gislation impose une d c l ration de 4 5m s et doit maintenir le v hicule avec une pente de 18 Donc le frein doit tre inferieur l quation suivante lt Masse deceleration frein reglementare Avec l quation suivante la force de freinage dynamique permet de comparer l efficacit des freins avec l quation suivante E z Masse Vit fin 2 Distance 3 62 1 17 Avec Vit en km h et la distance de freinage en m tre Dans cette quation la force r sistante sera n glig e La puissance max et moyenne pendant la d c l ration de freinage perdu en chaleur dans les plaquettes et les disques correspondent aux quations suivantes P F Vit 3 6 P F Vit 3 6 2 1 18 max frein moyenne frein max Il faut videment dissip cette chaleur p
4. il correspond la modulation de largeur d impulsion fournie par le contr leur pour faire varier la tension um donc la vitesse Le terme k en N A ou V m s d pend de la construction du moteur nombre de spires du champ magn tique des aimants Dans le cas de la figure 1 1 la vitesse maximale est atteinte pour 36 km h avec une tension de batterie de 50 V Par cons quent partir de l quation 1 12 il est tr s facile de d terminer le coefficient k qui est de 5 Remarque plus le terme k est petit et plus le moteur ira vite pour une certaine valeur de tension de batterie mais la force motrice sera plus faible lors du d marrage pour un courant limit La force motrice d un moteur lectrique peut tre tr s importante au d marrage donc celui ci n a pas besoin de bo te de vitesse comme pour le moteur thermique Dans un souci de simplicit le rendement du moteur lectrique est consid r comme constant en fonction de la vitesse La puissance lectrique absorb e par le moteur est gale a Ps moteur W U Batt V eae In A pes tan te I Timoteu 1 A Le rendement du moteur est provoqu par des pertes m caniques mais aussi par un chauffement du moteur cr par le courant dans les bobinages Page 5 Cet chauffement peut tre fatal pour le moteur si la temp rature des bobinages d passe 100 C Nous consid rons que le rendement du contr leur est parfait rendement constant approximatif de 95
5. terminer les constantes de temps du karting nous faisons un essai avec l acc l ration fond puis nous laissons le karting en roue libre que l on peut voir sur la figure suivante On peut voir le courant de pointe 250 A 2 cause des 2 moteurs puis le courant en r gime tabli de vitesse est seulement de 250A Le courant de pointe ne dure que quelques secondes Lorsque le courant moteur est constant on peut consid rer que la vitesse augmente de fa on lin aire comme on peut le voir sur les 2 figures suivantes avec une acc l ration de 6 5s pour atteindre 70 km h 19 5 m s donc une acc l ration de 2 78 m s 11Q km h Vitesse Vitesse estim e Puissance o batterie speedikph uissance estim e rower 300 batterie Intensity Al 5 NT Vitesse r elle itesse r elle Intensit de batteries Intensit des batteries 0 00 oO 10 20 30 40 50 60 70 Fig 6 2 D marrage 100 et arr t en roue libre Fig 6 3 D marrage 100 et arr t frein Fichier karting 73 Fichier karting 75 La distance d arr t d pend des freins des pneus de la chauss e On peut voir que la d c l ration de notre v hicule est linaire et produit une d c l ration de 6 6m s ce qui n est pas trop mauvais Sachant qu un pilote de 80kg a son haut de corps qui fait 50 kg donc il devra avoir 33kg de force dans ces bras pour ne pas avoir son corps projet sur le volant lors de cett
6. tre les dynamiques du v lo il faut donc r soudre l quation diff rentielle 6 1 En n gligeant la force r sistante la r solution de l quation 6 2 peut tre obtenue Sinon 1l faut simuler l quation P dV E Mo Fe 6 1 Page 12 2 P V m s 6 2 On peut remarquer quand la vitesse atteint 42km h pour 63 de la vitesse maximum pour un temps de 5 8s puis le pic de puissance commence a diminuer 120 4 Puissance du moteur 100 2880W 80 Vitesse th orique estim gt ame speed kph 60 a Power 30 Intensity A 40 Intensit du moteur 20 Vitesse r elle TN m o H N m mm wo Lo m g4 10 2 w un om He 4 6 5 4 17 4 182 19 8 io a Lo 12 6 14 2 15 8 Fig 5 2 Courbe d acc l ration du v lo ou Sans p daler Pour atteindre les 95 de la vitesse max le moteur va mettre un certain temps suppl mentaire D apr s la courbe environ 10 secondes Ainsi la puissance va diminuer jusqu 39 de la puissance demand e au d marrage Pour faciliter les calculs nous avons utilis l identification du premier ordre de Broida malgr que l quation diff rentielle soit non lin aire Sur la figure 6 2 la courbe estim e est tr s proche de la courbe r elle qui permet de valider cette identification a faire un bilan des m dynamiques le tableau suivant peut tre donn d marrage d c l ration Vitesse tarret D arret t
7. comprendre les informations qu il enregistre Nous avons donc pu gr ce cela commencer tester nos v hicules et enregistrer leurs donn es Et surtout importer ces donn es sur un ordinateur Quatri mement nous a fallu exploiter toutes ces donn es Cependant l exploitation de donn es n est pas une chose facile Nous avons pass une journ e enti re pour obtenir la courbe de la puissance en fonction de la vitesse sur le karting Pour finir apr s plusieurs tests et plusieurs am liorations nous avons crit un mode d emploi pour transmettre aux personnes qui seraient int ress de connaitre la dynamique de leurs v hicules lectriques Nous avons galement traduit ce mode d emploi en version anglaise pour le mettre sur le forum e bike com car il n en existait pas La promotion du d partement GEII peut tre vu sur les sites web suivant Here are our vehicles http www evalbum com 4307 gt karting 56 KW http www evalbum com 4311 gt catrike 3 KW http www evalbum com 4310 gt karting moteur asynchrone 14 KW http www evalbum com 4302 gt v lo couch 3 KW http www evalbum com 3116 gt moto lectrique 14 kW of sebastien mahut Here is our website but in French http aisneO2geii e kart fr 11 Remerciements Nous remercions galement Pascal Husson le directeur de la piste de karting de Bucy Le Long Il nous a permis de faire nos essais avec notre karting sur sa piste Pour f
8. es du cycle analyst eee 8 5 Consommation et dynamique du v lo couch siennes 12 5 1 Puissance en fonction de la vitesse sur le v lo couche lectrique 3000 W 72 V 40A ccscceeeeeceeeceeeceeeaaasessensseeeeeeeees 12 5 2 Essai dynamique sur le v lo couche lectrique 3000 W 72 V 40A cccceeeeeececeececceeeaaeeesesseseeeeeeeeceeeseeeauseaasnseseeeeeeess 12 6 Consommation et dynamique du karting lectrique siens 15 6 1 vitesse maximale en fonction du ratio de la transmission eines 15 6 4 Estimation avec un 44 dents 13 dents 2250 A ssvcseccsccswssesdepecesvensspavwiaverusenheesisadevets issues Corse dsaeouedesveces 18 6 5 Estimation avec un 44 dents 30 dents 2 400 A vivcscicsucssossvsdspedesvcnsepavnusserusvensebdseiusedessebsebanuevedasesesep isd vesstasaseuedioveces 18 Do RMON cass a nae see se tne ene os ats gee ace P gn wa ane awe ecco E Ryne eae aad romain a PESI ae T 20 D A A UCN a a ott acs E nn co tet g aes Sara E E neato reenact aetna 21 PC OO CR coc se at pews ees ceeds aes atc eee econ ct ese ance ements AE AEE 22 10 COCO E E E 23 11 PRS RS STA MS et Co a 23 12 A EEE EL 24 Toon aE e a a E E E anceasenseaseeeeseonene 24 1 Introduction L objectif est de faire l tude de la puissance absorb e en r gime tablie de vitesse ainsi que l tude des r gimes transitoires d marrage freinage de nos v hicules lectriques Ceux ci nous permettent de dimensionner et d am liorer les
9. l ratrice motrice Nous allons utiliser un profil de vitesse trap zo dal fig 1 1 afin de d terminer la force motrice pour acc l rer le v hicule Les temps d acc l ration et de d c l ration peuvent tre param tr s dans le contr leur La force motrice correspond a l quation fondamentale de la m canique suivante dv Fi M sn 1 7 Avec M la masse du v hicule et dv dt l cart de la vitesse m s par rapport au temps qui correspond l acc l ration et la d riv e de la vitesse Page 3 Exemple Avec une force r sistante de 30 N une masse de 100 kg est une acc l ration de 2 5 m s Pour atteindre une vitesse de 10 m s en 4 secondes alors la force motrice devra tre de 280 N Donc un v hicule lourd est difficile d tre relanc car il faut beaucoup de force donc beaucoup de puissance D ailleurs sur la figure 1 2 a l acc l ration la force motrice est de 280 N au d marrage Pour la d c l ration la force motrice devra tre de 220 N correspondant un freinage lectrique Lors de l acc l ration si la force r sistive est constante alors la dynamique de vitesse correspond a la r solution de l quation diff rentielle de l quation 1 7 FE F sante V t resis tan te t V t 0 t 7 t 0 1 8 partir de ces forces on peut d terminer la puissance motrice 1 6 et l nergie absorb e Cette nergie correspond a l quation suivante
10. ristiques dynamiques Tous nos essais ont t effectu s sur route s che et goudronn 5 1 Puissance en fonction de la vitesse sur le v lo couche lectrique 3000W 72V 40A On peut voir sur la figure suivante la consommation du v lo droit et du v lo couch en fonction de la vitesse et pour diff rentes pente Ainsi que les diff rentes valeurs des coefficients m caniques que nous avons d termin s P us te T94 4 CE TT R 0 V pente 0 ff F 2503 Fa Pl al Felo horizontal Tan fal ai pA 100 BE a ee ees aa de ee ne WIT pente 7 n vitesse enkprh 19 mhl a 4e Fig 5 1 Puissance demand e au moteur en fonction de la vitesse et pente Sur un VTT les coefficients sont d environs kero 0 0066 W km h k 0 005 W km h Sur un v lo horizontal non car n les coefficients sont k o 0 004 W km h k 0 006 W km h Sur un velomobile de marque Quest les coefficients sont Kero 0 002 W km h k 0 008 W km h Nous allons passer a la dynamique du v lo maintenant aero aero aero 5 2 Essai dynamique sur le v lo couche lectrique 3000W 72V 40A Au d marrage du v lo On peut voir sur la courbe suivante l intensit du courant moteur limit a 30 A car le moteur demande une puissance constante de d marrage de 3K W Lorsque le courant de la batterie est limit le v lo fonctionne a puissance moteur constant Pm limite Pour conna
11. 8 0 5 048 0 0 2 3 a 0 35 73 1 0 07 0 5 048 0 0 2 velo couch 6 O55 73 1 0 07 0 5 048 0 0 2 divis power 100 7 0 35 73 1 0 08 0 5 048 0 0 2 30 ES 0 95 72 8 2 33 0 5 048 0 3 temps 0 3 0 953 69 1 399 0 5 048 0 1 91 9 1 4 80 10 0 955 66 7 36 3 0 5 048 0 2 83 0 speed max 11 0 957 68 6 40 4 0 5 048 0 4 92 4 66 36 12 0 959 68 6 41 5 6 07 5 049 0 6 94 7 speed 63 res 15 0 961 68 5 39 5 10 5 049 0 8 90 3 41 8068 FANS 14 0 964 68 4 41 8 14 8 5 05 1 95 3 temps 63 ntensi 15 0 966 68 6 41 3 16 5 051 1 2 94 4 3 4 j 1 0 968 68 5 41 2 19 3 5 052 1 4 94 0 speed 95 17 0 971 66 4 39 6 22 5 5 053 1 6 90 4 63 042 18 0 973 66 4 40 1 25 3 5 054 1 4 91 4 temps 95 19 0 975 68 4 40 4 27 7 3 056 2 92 1 9 6 20 0 977 68 4 39 1 29 9 5 057 2 2 89 0 21 0 973 68 4 39 9 31 7 5 059 2 4 91 0 22 0 982 68 4 40 7 33 6 5 001 2 6 92 8 23 0 984 68 4 39 3 36 5 5 063 2 8 89 6 24 0 986 68 3 40 4 38 3 5 065 3 92 0 25 MIAR 6834 397 394 5 087 3 7 90 4 Fig 12 1 data acceleration of a vehicle To make the curve click on insert graphical 2D line Right click the mouse on the graph select data see Figure 12 2 To add a curve give it a name and select the column to display as for the speed of Figure 12 3 As the inverter is in constant power it is interesting to trace the power and speed versus time But the power is not supplied by the cycle data analyst But it is pos
12. Ah W A 5 kpFD km temps Puissance sampler HZ km conso AH vi accel 2 0 95 73 1 0 07 0 5 048 0 0 2 i T O 3 0 95 73 1 0 09 0 5 048 0 0 2 average 4 0 95 73 1 0 08 0 5 048 0 0 2 3 3 0 95 73 1 0 07 0 5 048 0 0 2 velo couch 6 0 95 73 1 0 07 0 5 048 0 0 2 divis power 100 F 0 95 73 1 0 08 0 5 048 0 0 2 30 8 0 95 72 8 2 33 0 3 048 0 27 temps 0 9 0 953 69 1 39 9 0 5 048 0 1 91 9 1 4 go 10 0 955 66 7 36 3 0 5 048 0 2 83 0 speed max 11 0 957 68 6 40 4 0 5 048 0 4 92 4 66 36 12 0 959 68 6 41 5 6 07 5 049 0 6 94 7 speed 63 a 13 0 961 68 5 39 5 10 5 049 0 8 90 3 41 8068 50 es 14 0 964 684 41 8 14 8 5 05 1 95 3 temps 63 i 1ntensi 15 0 966 68 6 413 16 5 051 1 2 94 4 3 4 16 0 968 68 5 41 2 19 3 5 052 1 4 94 0 speed 95 40 17 0 971 68 4 39 6 22 5 5 053 1 6 90 4 63 042 16 0 973 68 4 40 1 25 3 5 054 1 8 91 4 temps 95 19 0 975 684 404 27 7 5 056 2 92 1 9 6 20 0 977 68 4 39 1 29 9 5 057 2 2 89 0 oe 21 0 979 68 4 399 31 7 5 059 2 4 91 0 22 0 982 68 4 40 7 33 6 5 061 2 6 92 8 23 0 984 64 4 39 3 36 5 5 063 2 8 89 6 a 24 0 986 68 3 40 4 38 3 5 065 3 92 0 PeT ee ee ee eee D 25 0 988 683 329 7 39 4 5067 _ 22 90 4 eae SSRA Ge SENS N Fig 12 1 Donn e d une acceleration d un vehicule Pour cr er la courbe clic sur insertion graphique ligne 2D Clic droit de la souris sur le graphique s lectionner les donn es Fig 12 2 Faire ajouter une courbe donner lui un nom et s lectionner l
13. V V a 1 4 Les forces de roulement equ 1 2 d pendent du type de pneu type de chauss e Elles sont repr sent es par le coefficient k proportionnel la vitesse Elles sont n gligeables par rapport la force de l air qui d pend de la surface d air traverser S et des turbulences donc du Cx coefficient de train e equ 1 4 avec masse volumique de l aire 1 2 kg m La force de la pente de la route d pend videmment du pourcentage de la pente et de la masse du v hicule equ 1 3 En r gime tabli de vitesse la puissance r sistive correspond la force multipli e par la vitesse donc aux quations suivantes equ 1 5 V km h 1 W F N PS CxV M 8 k pente V 1 5 esistante 3 6 Pour mod liser la puissance r sistive d un v hicule il est plus simple d utiliser la vitesse en km h avec 2 coefficients Kfrottement en W km h et Kaero en W km h correspondant l quation suivante ee te W k Vit k aero frottement Vit 1 5 bis are tan ce Cette puissance r sistive correspond a la puissance moteur lectrique avec un rendement n d environ 85 95 donc correspond quation suivante W P resis tan te Motor 1 6 Pbs motor Maintenant que nous connaissons les forces et les puissances en r gime tabli nous allons pr senter quelles sont les forces n cessaires pour acc l rer un v hicule 2 Force acc l ratrice et d c
14. a colonne a afficher comme pour la vitesse de la figure 12 3 Etant donn que le variateur est puissance constante il est int ressant de tracer la puissance et la vitesse en fonction du temps Or la puissance n est pas fournie par les donn es du cycle analyst Mais il est possible de la connaitre avec la formule suivante B2 C2 20 La puissance au d marrage est de 2000W S0V 40A Nous avons choisis de diviser par 20 pour avoir une valeur relative a 100 Page 9 S lectionner la source de donn es P X Plage de donn es du graphique La plage de donn es est trop complexe pour tre affich e Si vous s lectionnez une nouvelle plage Nom de la s rie ces donn es remplaceront automatiquement celles de la s rie affich e dans l onglet S rie Entr es de l gende S rie Etiquettes de l axe horizontal abscisse Valeurs de la s rie Z Maries X sues gt ci Feuil1140 2 40 49 0 0 8 748 Fig 12 3 Ajouter ou modifier la s rie afficher Cellules masqu es et cellules vides Fig 12 2 fichier courbes Avec l outil de capture il est possible d afficher seulement la courbe dans votre dossier ROUES Normalement en automatique Le temps de r ponse est le temps d un syst me atteignant 95 de son r gime tabli et le temps de mont e entre 10 et 90 du r gime tabli Mais en automatique il y a un compromis entre la stabilit et la rapidit Pour un v hicule le t
15. a function of time with 100 of the throttle of the tricycle 30 kg of bicycle and 80 kg of rider In Figure 4 there is a slight delay in speed measurement because it was not until the turn of a wheel for a speed measurement Although the differential equation is not linear Can be identified as the speed of a first order time constant corresponding to the time 3 4s plan final 63 V1 is the curve in Figure 12 4 The acceleration can be given by the difference of the speed versus time Figure 12 1 There are several methods to determine the easier acceleration Naive methods Euler D3 D2 H 2 Central difference method D4 2 D3 D2 H 2 H 2 Do not use average filtering for acceleration After having studied the acceleration it is interesting to know the power vs speed To make conclusion of the dynamic characteristics of a vehicle the following table may be given Temps Temps Vitesse br Le Darret tarret 63 1 95 2 max 3 libre 5 mini Mini 45km h 8 6 7 Velo 3 45 9 658 66 km h 3 8 60s 4 2s 46m 3 45 21m couch 11 Time for the speed reaches 63 of the final value 12 Time for the speed reaches 95 of the final value 13 Speed maximum 14 Power time maximum 15 Time to the vehicle stops coasting 16 Minimal downtime from the maximum speed with the braking 17 Stopping distance from the maximum speed with the braking 18 Stopping time from the 45 km h speed with the braking 19 Stoppi
16. ance sur le karting En lors de la v ritable course effet grace aux rassemblements des diff rents fusibles nous pouvons controler et changer tr s rapidement les fusibles d fectueux Ceci sont galement annot afin de rendre plus compr hensible leur but _ Feux arri re Param trage d un feu arri res intelligent Capable d afficher des symboles ou m me d crire des messages Le feu est compos d une matrice de 11 11 leds Page 22 10 Conclusion Nous avons r alis en premier tude th orique sur la dynamique de nos diff rents v hicules Cette partie nous a permis de consolider nos bases sur les v hicules lectriques tant donn que ces derniers sont a puissance constante et non a force constante ce qui donne des quations diff rentiels non lin aire Ces derni res ne sont pas resolvables Secondement nous avons adapt le cycle analyst afin de pouvoir y brancher notre datalogger En effet la prise jack qui permet de recevoir les donn es n tait pas install e sur le cycle analyst cependant la possibilit d en brancher une tait pr sente C est pourquoi nous avons donc d adapter le cycle analyst pour permettre d enregistrer les donn es sur le datalogger Une fois ce dernier cabl nous avons pu commencer a apprendre utiliser le datalogger et enfin tracer les courbes de la dynamique du v hicule Troisi mement apr s avoir appris maitriser le datalogger il nous a fallu
17. ant 75 et il faut rajouter le module afficheur de 40 le module vitesse 10 le module temp rature 10 le module GPS 70 Mais cette instrumentation une fr quence d chantillonnage importante 20 Hz et peut tre coupl via OSD On Screen Display pour transf rer par onde radio toutes ces informations sur une t l On peut retrouver sur le net toutes les documentations de ces modules sur eagletreesystems Il nous a t difficile de param trer cette instrumentation qui est relativement compliqu 3 2 Instrumentation Power Log Nous avons aussi galement utilis un powerlog d une valeur de 55 que l on peut voir sur la figure suivante mais le probl me tait que le tachym tre qui ne fonctionnait pas probl me de distance entre l metteur et le r cepteur Temperature sensor or 5 Power Pulse Input PAM Output Measures motor KY Brushless Brushed motor 654321 S 18 E25 3S 4S 5S ait m 7 Alarm Computer EDILI Fig 3 2 Powerlog power monitor et logger Resistance shunt 0 2 mQ 40 A continu 130 max POWER charger Page 7 3 3 L instrumentation avec cycle analyst Cycle analyst http ebike ca drainbrain shtml propose une bonne instrumentation a un prix honorable 150 euros Cet appareil mesure vitesse tension courant de 45 A 600 capacit nerg tique r g n ration puissance Il existe un module externe appe
18. arret max l mini o Dy 45km h 3 V lo A 9 6 60s 35 s 4 2 4 21m couch us Page 13 5 3 Freinage du v lo couch A partir du tableau pr c dent la d c l ration de notre v hicule est linaire et produit une d c l ration de 4 4m s Normalement il faut 39m pour s arr ter mais cause de la perte d adh rence sur la chauss il faut freiner souvent en 2 fois et il faut 46m pour s arr ter 66 km h A partir des quations 1 17 et 1 18 Dans le cas pr sent la force de freinage est de 480N avec une puissance max de 52KW et moyenne de 26 kW pendant 4 68 120 00 100 00 D c l ration de la vitesse 60 00 spsed kph 60 00 me At Fig 5 3 courbe de la distance de freinage Fig 5 4 Dynamique du v hicule en en fonction de la vitesse fonction du temps A partir de la figure pr c dente on peut conclure que les freins de notre v lo couch est bon pour une homologation d apr s le code de la route Page 14 6 Consommation et dynamique du_ karting lectrique Pour faire l essai en r gime tabli 1l faut que la vitesse soit constante Or le karting a tellement d acc l ration que le moindre mouvement sur la p dale provoque des acc l rations c est pourquoi 1l nous a t difficile d avoir des courbes car il a fallu faire de nombreux essais en param trant chaque fois le karting La consommation la vitesse max et les dynamique d pendent du ratio de
19. baisser le centre de gravit tait int ressant notamment pour une tenue de route meilleure er SA Theas alu Support batterie Afin de pouvoir fixer nos nouvelles sacoches de batterie il nous a fallu fabriquer et monter des supports en aluminium r sistants sur mesure afin de prot ger et supporter le poids des diff rentes batteries pour Sch ma lectrique du karting de St Quentin JPOWER2 Power Pack PP386 oe US tn a mie amp ee dia l Equilibreur avec fusible oiii Le but de l quilibreur est 2 2 ee ind pendamment Cette ann e lorsque nous sommes arriv es sur ce projet des quilibreurs taient d j install es Nous avons cependant am liorant le syst me en incorporant les fusible sur cette carte afin de facilit la maintenance lectrique de ce syst me Nous avons donc fait l tude sur ares d un nouveau typon puis r aliser en r el ces cartes Refroidisseur pour moteur Nous avons install ces refroidisseurs de haute puissance 30A pour 10V soit 300Watts afin de refroidir le plus vite possible nos moteurs Notamment aux challenges e kart ou nous essaierons de conserver nos moteurs a une temp rature la plus faible possible lors de petite vitesse Boite a fusible ou dans les stands Afin de Cette boite a t r alis e afin de faciliter les donner un rendement optimal op rations de mainten
20. e d c l ration Malgr un bon freinage il faut 80m pour s arr ter 110 km h Sur la figure 6 3 il y a plat sur la d c l ration car le karting a eu une perte d adh rence donc le pilote a relach le frein pour r appuyer tr s fort Page 16 Le bilan du karting a donc les caract ristiques suivantes d marrage si d c l ration Vitesse torque tarret taret et Dist o max a ae mini 110 45km h 45km h 1 3 4 km h Karting 6 5 s 11 4s ns 45 s 4 6 s ratio 71m 188m 70m On aurait pu retrouver la valeur du temps de d marrage 6 5s pour atteindre 70 km h en n gligeant la force r sistive Gr ce ce calcul il sera possible d estimer le temps de d marrage pour diff rents courants de programmation du variateur et pour diff rentes valeurs de ratio des pignons moteur et arbre de roue A partir de l quation suivante on peut retrouver le temps d acc l ration th orique acc LN Nmini 2T _1 9 2180 0 2 7 o Ca CR 60 60 80 2 5 5 6s th orique En effet la masse du karting avec le pilote est de 180kg 80kg donc l inertie ramen e sur arbre moteur est donn e par l quation suivante J M Re Dn D 180 80 0 125 30 44 1 9kg m roue Le couple moteur est de 80N m pour 500A car la constante de couple de notre moteur est de 0 17 N m A Le couple de charge correspond aux pertes m caniques Or vide le courant est de 15A ce qui donne un cou
21. emps d acc l ration peut tre consid r lorsque le variateur impose sa puissance et non lorsque la puissance r sistive comme on peut le voir sur la figure suivante Dans le cas pr sent sans p dalage sur le plat il faut 4 secondes pour que la puissance diminue Pour ces 4 secondes la vitesse a atteints 47 km h puis 10 secondes pour atteindre 66 km h speed kph Power 30 Intensity A 1 Fig 12 4 vitesse acc l ration et puissance en fonction du temps avec 100 de la poign e d acc l ration du v lo couch 30 kg de v lo et 80 kg de cycliste Sur la figure 12 4 Il y a un l ger temps de retard de la mesure de la vitesse car il faut attendre le tour d une roue pour avoir une mesure de la vitesse M me si quation diff rentielle n est pas lin aire On peut identifier la vitesse comme un premier ordre de constante de temps de 3 4s correspondant au temps du r gime finale a 63 C est la courbe V1 de la figure 12 4 A partir de la figure 12 4 l acc l ration peut tre donn e par l cart de la vitesse en fonction du temps Il y a plusieurs m thodes pour d terminer acc l ration la plus simple M thodes naives Euler D3 D2 H 2 M thode des diff rences centrales D4 0 D3 D2 H 2 2 Page 10 faire un bilan des a dynamiques le tableau suivant peut tre donn ss d marage sid d c l ration _ a 63 Vitesse D Arret tArre
22. fonction fait la valeur moyenne de plusieurs donn es Par contre pour l cran num rique il faudra l utiliser pour filtrer les donn es Page 8 Tache a faire pour tracer la courbe Donn es partir d un fichier texte choisir votre fichier et importer ou bien faire un copier et coller Excel travaille avec des virgules et pas des points Donc s lectionner les donn es ctrl h et remplacer les points par des virgules Il n y a pas le temps mais chaque chantillon est donn par le cycle analyst sampler Si sampler est 1Hz donc chaque chantillon est a Iseconde Si sampler est a 5Hz donc chaque chantillon est a 0 2 seconde Une colonne temps est cr er avec la formule suivante LIGNE B2 2 H 2 Il n y a qu a faire un copier coller pour chaque ligne Si vous avez oubli de remettre a z ro le cycle analyst et si vous voulez v rifier votre sampler la colonne consommation peut tre gale aux formules suivantes A2 A 2 ou C2 H 2 3600 j1 Microsoft Exce Accueil Insertion Mise en page Formules Donn es R vision Affichage Cr ation Disposition Mise en forme B Ei Calibri Corps 10 a A P e Renvoyer la ligne automatiquement idarc F 5 er Z G T 8 let Ee A ad Fusionner et centrer ES Vo 000 se ee sn oe aide In Presse papiers M Police a Alignement Nombre Style Graphique 1 an Fx a a ins au E F Gona H l K M N O 1 j
23. ftware see figure 13 1 But curves are not beautiful Task to be done to trace the curve Data from a text file choose your file and import or make a copy and paste Excel work with commas and no points So select the data ctrl h and replace points by commas There is no time but each sample is given by the cycle analyst sampler If sampler is 1Hz so each sample is 1 second If sampler 1s 5Hz so each sample is 0 2 second A time column is created with the following formula LIGNE B2 2 H 2 There has to copy and paste each line If you forget to reset the cycle analyst and if you want to check your sampler Column consumption may be equal to the following formulas A2 A 2 or C2 H 2 3600 j1 Page 24 Jutils de graphiqu Accueil Insertion Mise en page Formules Donn es R vision Affichage Cr ation Disposition Mise en forme B Calibri Corps 10 A a Renvoyer la ligne automatiquement Standard a 7 vy 3 RE en Le UE 7 i ane Re RA ts E Fasionner et centre Ee RU E e Presse papiers Police af Alignement 5 Nombre 5 Style Graphique 1 0 f CA A a ee ae a a eT as eT D RE a A RENE ZAh V A S kpkD km temps Puissance sampler HZ D km conso A H VI ec Ea 0 95 73 1 0 07 0 5 048 0 0 2 5 E 3 O95 73 1 0 05 0 5 048 0 0 2 average 4 0 95 73 1 0 0
24. inir nous remercions l co marathon belge Un challenge qui nous a permis de tester nos v los lectrique en termes d autonomie Page 23 12 Annexe Tutorial Excel anglais Tutorial du soft of cycle analyst Pour mettre sur un forum e bike ca nous avons traduit le tutorial pr c dent en anglais Voici la version anglaise du tutorial pr c dent IUT electrical engineering de Soissons Arnaud sivert http aisne02gei1 e kart fr 17 10 2012 You can download the Excel file In the website http www e kart fr in members choose 02A L IUT de l Aisne GEIT Soissons and in DDL loader choose tutorial datalogger This datalogger allows to save A H Volt Ampere speed distance therefore know the dynamics of your vehicle It saves this data in a text file With this datas it s possible to have a power accelerations the consumption in Watt H Dynamics can know a possibility of boost of vehicle therefore to know if you can pass easily a crossroad if you can pass in all security and compare 2 vehicle without do start stop fo 400m side by side of acceleration Acceleration essentially depends on the driving force resistant forces the mass of the vehicle control with and without sensor on the motor There is many software which allow to plot the curves and know the dynamics of your vehicle You can quote for example mathcad matlab labview We will simply use the spreadsheet Excel because everybody have this so
25. l Datalogger de 70 qui permet de m moriser toutes les donn es sur une carte micro SD avec une fr quence d chantillonnage de 5 Hertz Nous avons d r aliser un programme pour traiter les donn es car il n existait pas D ailleurs le fabriquant des cycle analyst a mis le tutorial que l on a effectu sur son site web Dimensions 128 x 57 x 26 mm Handlebar __ Mounting Bracket Molded Shunt 45A Continuous Speedometer Sensor www ebikes ca Fig 3 2 Kit d un cycle analyst Nous avons donc principalement utilis le cycle analyst car il est d ja install sur tous nos v hicules Ce datalogger permet d enregistrer A H Volt Ampere speed distance donc de connaitre les dynamiques du v hicule Il enregistre ces donn es dans un fichier texte Avec ces donn es il est possible d avoir la puissance les acc l rations la consommation en Watt H la d c l ration teste des freins Mais il faut un logiciel pour traiter l information et dessiner les courbes en fonction du temps 4 Traitement des donn es du cycle analyst Il y a plein de logiciels qui permettent de tracer les courbes pour connaitre les dynamiques de votre v hicule On peut citer par exemple mathcad matlab et labview Nous allons utiliser tout simplement le tableur Excel car tout le monde a ce logiciel Fig 4 1 Pour les enregistrements il ne faut pas utiliser le filtrage average du cycle analyst pour faire les courbes car cette
26. la transmission 6 1 vitesse maximale en fonction du ratio de la transmission La vitesse maximale est donn e par le ratio des pignons correspondant a quation suivante 9 D an oe a 7 1 60 D a Exemple Dm est le nombre de dent pignon au moteur 30 et Da est le nombre de dent du pignon sur I arbre roue 44 le rayon de la roue est de 0 125m Sachant que la vitesse en tr mn du moteur correspond a l quation pour une tension de 72V et une constante de vitesse Kv 53 tr mn V suivante Nmax 72 53 3816 tr mn Vmax 3816 2 7 30 3 6 0 125 60 44 124 km h Il y a 1 1KW de perte vide donc les pertes la transmission est de 15 A donc le couple de charge ramen au moteur est 2 5 N m gt n gligeable 6 2 Consommation du karting avec le ratio Dm Da 30 44 On peut voir sur les figures suivantes la puissance en fonction de la vitesse demand par le karting Fig 6 1 puissance motrice en fonction de la vitesse M 250 kg Kaero 0 0067 W km h k 45 W km h Page 15 Via la figure 6 1 de la puissance en fonction de la vitesse le frottement de l air fa au niveau des roues est identifi a partir de l quation suivante Powar W pS Cx V fi V m s Cette valeur de frottement de I air fa permet d estimer la puissance pour une vitesse de 150 km h ou 200 km h et donc choisir les pignons maximaux que l on peut mettre sur l arbre moteur 6 3 Dynamique du karting Pour d
27. ng distance from the 45 km h speed with the braking Page 26
28. our ne pas que les disques de freins bleuissent Le temps d arr t est th oriquement proportionnel a la vitesse et correspond l quation suivante t Vit M E 1 19 arret max Remarques Le pilotage de n importe quel v hicule passe par l anticipation du freinage en fonction de la vitesse Donc il est primordial de connaitre la distance de s curit entre votre v hicule et celui qui est devant vous Il n est pas possible de tester les freins avec une certaine pente l arr t En effet le temps et la distance de freinage d pend des pneus De plus la force de freinage est diff rente en statique et en dynamique Il est tr s facile d aller a une certaine vitesse et de mesurer la distance de freinage pour connaitre comment r agit son v hicule Sur un v lo le freinage est de 70 l avant et 30 l arri re Sur un tricycle avec deux roues avant le frein arri re n est pas tr s utile Page 6 3 Diff rents types d instrumentation Il existe plein d instrumentation Nous allons d tailler trois types d instrumentations pour pouvoir les comparer Elogger cycle analyst Road station 3 1 L instrumentation avec Elogger du fabriquant Eagle Tree Nous avons test en premier temps le Elogger qui permet de faire l instrumentation et l enregistrement de vitesse temp rature tension courant puissance GPS vid o Le co t de cette instrumentation est relativement import
29. ous n avons pas r ussis concr tiser tous nos tests ceci d en grande partie aux conditions m t orologiques assez d favorables durant les mois d hiver Cependant pendant ce temps la nous avons r alis diff rentes r alisations et am liorations sur les kartings Page 18 6 6 Freinage du karting Sur la figure 6 3 la d c l ration de notre v hicule est linaire et produit une d c l ration de 6 6m s Sachant qu un pilote de 80kg a son haut de corps qui fait 50 kg donc il devra avoir 33kg de force dans ces bras pour ne pas avoir son corps projet sur le volant lors de cette d c l ration Malgr un bon freinage il faut 80m pour s arr ter 110 km h Sur la figure 6 3 il y a plat sur la d c l ration car le karting a eut une perte d adh rence donc le pilote a rel ch le frein pour r appuyer tr s fort A partir des quations 1 17 et 1 18 Dans le cas pr sent la force de freinage est de 1727N avec une puissance max de 52KW et moyenne de 26 kW pendant 4 68 100 pates D BO e 4 t 7 spin 7 60 NOM i d c ration E ji 5m s vitesse Fig 6 6 courbe de la distance de freinage en fonction de la vitesse Page 19 7 Tricycle Le tricycle consomme comme le v lo droit De plus le tricycle fait 40 kg speedikph Powers 30 ame nite nsity A am Voltage Vv o 01234567 8 9 10111213 141516 1718 1920 21222324252627 2829 Fig 7 1 D marrage 100 et ar
30. ple de charge de 2 5 N m videment le couple de charge est n gligeable devant le couple moteur La vitesse du moteur pour atteindre 70km h 63 de 110km h correspond a quation suivante N moteur RPM V km h 60 D Dn 2 Roue 3 6 2180 tr mn 70 km h 60 44 30 2 7 0 125 3 6 On peut remarquer qu il y a une diff rence de 1 seconde entre la valeur du temps d acc l ration th orique et mesur Page 17 6 4 Estimation avec un 44 dents 15 dents 2 250 A Par manque de temps et a cause du mauvais temps nous n avons pas r ussi a r aliser ces tests avec cette configuration 6 5 Estimation avec un 44 dents 30 dents 2 400 A Grdce a ces valeurs on peut estimer le temps d acc l ration pour des diff rents courants de programmation du variateur et pour diff rentes valeurs de ratio des pignons Exemple en th orie Th orie Mesure Umax Imax Inerti Vmax t s 63 Vmax Se a km h Vmax km h Vmax a bus 250A nae 70km h 11 of V 100A 4430 19 no 70km h 278 o RS PS ee ee es es RS ee o ooo 1 36s Pour v rifier nos estimations nous avons fait 2 courbes avec freinage Fig 6 4 ratio 44dents 30dents 2 125A Fig 6 5 ratio 44 dents 15 dents 2 250 A Nos batteries sont pr vues pour sortir 500A et non 1000A Il serait possible de leur faire sortir 1000A car le c blage le permet mais est ce que la dur e de vie des batteries ne sera pas diminu Pour conclure n
31. r t en freinant de 50km h 0 en 3s D c l ration en 4 6m s faire un bilan des Dn AE dynamiques le tableau suivant peut tre donn ss d marage sid d c l ration 63 Vitesse tpower Lis Di tarret 1 max ai i mini Mini 45km h 45km h 3 4 7 8 9 trike 55 60s 35s SOs 520m 18m km h 7 1 Freinage du trike Sur la figure 7 1 on peut voir que la d c l ration du trike est aussi linaire et et elle est d environ 4 6m s Le pilote du trike faisait 80kg et la masse du trike fait 40kg Donc partir des quations 1 17 et 1 18 Dans le cas pr sent la force de freinage est de 555N avec une puissance max de 8 4KW et moyenne de 4 2kW pendant 3 3s Page 20 8 Am lioration du trike Page 21 Ecran powerpanel Instrumentation Eagle Tree Eagle Tree Le but tait d installer un module intelligent que Nous avons aussi nous pouvons param trer comme nous le voulons fabriqu et installer Ce module sert de cerveau r cup rant toute les un support d cran informations int ressantes tel qu un module annexe LCD permettant de prot ger cet cran tr s fragile tout en ayant la possibilit d orienter l cran comme on le voulait Sacoche pour batterie Nous avons eu l id e d abaisser le centre de gravit du trike En effet les batteries initialement en hauteur et derri re le v hicule provoquait un centre de gravit haut C est pourquoi le fait de ra
32. sible to know with the following formula B2 C2 20 The starting power is 2000W 50V 40A We have chosen to divide by 20 to get a relative value of 100 S lectionner la source de donn es LE Plage de donn es du graphique La plage de donn es est trop complexe pour tre affich e Si vous s lectionnez une nouvelle plage ces donn es remplaceront automatiquement celles de la s rie affich e dans l onglet S rie i M RO DE MONTE WU KL E LIL i L Entr es de l gende S rie Etiquettes de l axe horizontal abscisse Nom de la s rie speed Valeurs de la s rie Feuil 116062 60649 0 0 8 74 8 Fig 12 2 Add or edit the series to display Fig 12 2 file curves Page 25 With the capture tool it is possible to display only the curve in your file Normally in automatic The response time is the time a system of up to 95 of its steady state and the rise time of between 10 and 90 of the steady state But in automatic there is a compromise between stability and speed For a vehicle the acceleration can be considered when the dimmer to impose his power and not when the resistive power as can be seen in the following figure In this case without pedaling on the flat it takes 4 seconds to power down For these 4 seconds the speed with 47 km h and 10 seconds to reach 66 km h speed kph Power 30 Intensity A _ V1 Fig 12 4 speed acceleration and power as
33. t 1 max i mini Mini 45km h 45km h 3 7 8 9 V lo 66 60s 35s 4 2s 46m 21m couch km h 1 Temps de r ponse pour que la vitesse atteigne 63 du r gime finale 2 Temps de r ponse pour que la vitesse atteigne 95 du r gime finale 3 Vitesse maximale 4 Temps puissance maximale 5 Temps pour que le v hicule s arr te en roue libre 6 Temps de r ponse pour que la vitesse atteigne 36 en roue libre partir de la vitesse maximale 7 Temps d arr t minimal a partir de la vitesse maximale freinage maximum 8 Distance d arr t minimale partir de la vitesse maximale 9 Temps d arr t minimal a partir de 45 km h 10 Distance d arr t minimale a partir de 45 km h Temps de m morisation avec le datalogger Sachant que chaque variable est sur 6 octets et qu il y a 5 variables enregistrer Avec un sampler de 5 il y aura 150 octet par seconde donc 9Koctet pour une minute et 540 koctet en 1 heure Donc avec une carte SD de 1GB le temps de m morisation est de 77000 jours Dingue gt Voir annexe 12 tutorial Excel en anglais Page 11 5 Consommation et dynamique du v lo couch Nous allons voir les diff rents essais r alis sur tout d abord sur le v lo couch Nous allons pr senter la puissance en fonction de la vitesse qui correspond a sa consommation Nous en d duirons les coefficients m caniques a rodynamique et frottement Puis nous pr senterons les caract
34. v hicules lectriques de l IUT par rapport d autres et de pouvoir les comparer Les dynamiques permettent de connaitre la possibilit de relance d un v hicule donc de savoir si l on peut passer un carrefour facilement si l on peut doubler en toute s curit et comparer 2 v hicules sans faire un run de 400m d acc l ration c te a c te L acc l ration d pend essentiellement de la force motrice des forces r sistantes de la masse du v hicule de la commande avec capteur et sans capteur Nous avons aussi effectu de nombreux petits travaux cruciaux sur ces v hicules Changement de potentiom tre de r glage de l quilibreur de batterie Modification de c blage du karting Param trage des variateurs du karting C blage du nouveau karting Dans un premier temps nous pr senterons l tude th orique et dynamique des v hicules lectriques puis les essais qui ont caract ris ces v hicules lectriques Page 2 2 Th orie des dynamiques d un v hicule 1 Force et puissance motrice En r gime tabli de vitesse la force motrice est gale a la force r sistante Cette force d pend de la force de roulement de la pente de la route et des frottements de I air Leurs quations respectives sont F esistan te N Es F Fy 1 a Fo eme ON k V avec V vitesse en m s 1 2 F N M kg g pente constant de gravitation 10 m s E F N f V Km h V 5 P S Cx
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