Conception mécanique d'un accouplement à roue-libre pour le moteur thermique d'un véhicule hybride parallèle thermique et électrique PDF Download
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Book Description
Ce mémoire porte sur la conception d'un accouplement à roue-libre. Il est destiné à remplacer l'embrayage piloté d'un véhicule hybride parallèle " ZEV ", simple arbre, à boîte de vitesses pilotée. Le premier chapitre définit le véhicule hybride étudié. Il développe ses modes de fonctionnement et montre la nécessité d'isoler le moteur thermique du reste de la chaîne de traction, en fonction des conditions de roulage. Le chapitre deux présente et compare deux solutions possibles : l'embrayage à sec piloté et la roue-libre. La mise au point de la solution à roue-libre a nécessité d'étudier les vibrations de torsion dans la transmission. Un outil modulaire spécifique a été développé sous MATLAB SIMULINK. Il est présenté dans le chapitre trois. Enfin, le chapitre quatre montre comment cet outil a été employé en phase de conception et présente une solution constructive. Cet accouplement doit être implanté dans un véhicule hybride prototype réalisé conjointement par le LAMIH et PSA.
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Ce mémoire porte sur la conception d'un accouplement à roue-libre. Il est destiné à remplacer l'embrayage piloté d'un véhicule hybride parallèle " ZEV ", simple arbre, à boîte de vitesses pilotée. Le premier chapitre définit le véhicule hybride étudié. Il développe ses modes de fonctionnement et montre la nécessité d'isoler le moteur thermique du reste de la chaîne de traction, en fonction des conditions de roulage. Le chapitre deux présente et compare deux solutions possibles : l'embrayage à sec piloté et la roue-libre. La mise au point de la solution à roue-libre a nécessité d'étudier les vibrations de torsion dans la transmission. Un outil modulaire spécifique a été développé sous MATLAB SIMULINK. Il est présenté dans le chapitre trois. Enfin, le chapitre quatre montre comment cet outil a été employé en phase de conception et présente une solution constructive. Cet accouplement doit être implanté dans un véhicule hybride prototype réalisé conjointement par le LAMIH et PSA.
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La motorisation hybride est considérée comme un moyen prometteur pour réduire la pollution et la consommation d'énergie imputables a la circulation automobile. Cette étude, réalisée en étroite collaboration avec PSA, s'applique au groupe motopropulseur d'un véhicule hybride parallèle associant un moteur électrique et un moteur thermique. Après un état de l'art dans le domaine, une modélisation réalisée a l'aide du logiciel MatlabSimulink a permis de simuler le fonctionnement, les performances et les échanges énergétiques dans un tel véhicule lorsque les deux moteurs sont sollicités simultanément. Ensuite, l'élaboration de la stratégie de commande générale visant a minimiser la consommation a été entreprise. Dans ce cadre, différentes techniques d'optimisation ont été étudiées. La solution proposée repose sur une minimisation instantanée d'une consommation équiVALEnte. Afin de valider les travaux en grandeur réelle, un prototype roulant a été conçu et réalisé sur la base d'un véhicule de série psa. Il met en œuvre une architecture hybride parallèle simple arbre avec une boite de vitesses pilotée a deux rapports. Les différents algorithmes pour la commande en temps réel du véhicule sont implémentés a l'aide de cartes dsp.
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La crise du pétrole et les contraintes écologiques obligent de nombreux constructeurs automobiles à développer des programmes de recherche importants dans le développement des véhicules électriques et hybrides électriques. Dans ce contexte, cette thèse a pour but de vérifier la faisabilité d’une chaine de traction hybride innovante consistant à partir d’unvéhicule thermique existant et à réduire la puissance du moteur thermique tout en ajoutant des moteurs intégrés dans les roues du train arrière. Ce travail a été réalisé dans le cadre d’un projet financé par l’ADEME et en collaboration notamment avec le constructeur automobile AIXAM-MEGA.Plus précisément, le travail de thèse a donc porté sur le dimensionnement des sources énergétiques, la modélisation énergétique et fonctionnelle du véhicule et enfin la réalisation et la caractérisation expérimentale du véhicule.Dans le premier chapitre, l’auteur développe une revue bibliographique relative aux véhicules hybrides électriques existants. Cela permet ensuite d’introduire le concept innovant de chaine de traction hybride décrit ci-dessus, reposant en quelque sorte sur un couplage par la route des puissances de propulsion thermiques et électriques.Dans le deuxième chapitre l’auteur aborde le dimensionnement des sources énergétiques en se focalisant sur les super-condensateurs. Il propose une approche analytique simple de calcul reposant sur les missions définies par le constructeur AIXAM-MEGA. Les modules de supercondensateurs retenus sont ensuite caractérisés expérimentalement (capacité, résistance interne, rendement de stockage...) en prenant en compte l’effet de la température.Les troisième et quatrième chapitres sont consacrés à la modélisation du véhicule. En premier lieu, le troisième chapitre aborde la modélisation énergétique du véhicule. Le véhicule a entièrement été modélisé en utilisant le formalisme de représentation énergétique macroscopique développée initialement au Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électroniquede Puissance de Lille. Ce modèle a permis de développer le contrôle du véhicule. Ensuite, dans le quatrième chapitre, l’auteur présente la modélisation fonctionnelle du véhicule par machine d’état. Cela permet de prévoir le comportement du véhicule dans ses différentes phases de vie et de définir les transitions entre ces différentes phases. Cette étape deprototypage virtuel est essentielle afin de vérifier en amont la fonctionnalité du véhicule et sa sécurité.Enfin, le cinquième et dernier chapitre est entièrement consacré à la caractérisation expérimentale du véhicule. Les différents fonctionnements thermiques, électriques et hybrides sont testés lors de vrais essais de roulage.En conclusion, le travail de thèse a abouti à la réalisation d’un véhicule hybride. Les approches de dimensionnement des sources et de modélisation sont ainsi validées, tout en faisant également la preuve de la faisabilité d’une chaine cinématique hybride électrique avec couplage par la route.
Author: Nicolas Marc Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Ce travail de thèse propose une méthodologie systématique d'évaluation et de comparaison des gains en émissions de CO2 de véhicules hybrides électriques de différentes architectures et intégrant différentes fonctionnalités. Une méthodologie de dimensionnement a été mise en place, elle se base sur la définition d'un cahier des charges en performances dynamiques des véhicules, la mise en place d'algorithmes de mise à l'échelle afin de générer les données des composants de la chaîne de traction (batterie, machine électrique, moteur thermique), et l'utilisation de procédures de dimensionnement du véhicule sous contrainte de minimisation des émissions de CO2. L'évaluation énergétique des différentes configurations de véhicule ainsi dimensionnées s'articule autour de la définition de différents usages du véhicule et sur l'implémentation d'une loi de gestion optimale de l'énergie de type Principe du Minimum de Pontriaguine. Ces méthodologies ont été appliquées à une architecture conventionnelle, servant de référence pour les performances dynamiques et les consommations énergétiques, et d'une architecture hybride parallèle pré-transmission, pour laquelle une configuration hybride rechargeable et une configuration hybride non rechargeable ont été implémentées.
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Pour lutter contre le changement climatique, la Commission européenne a fixé un objectif de réduction d'au moins 30 % des émissions de CO2 des véhicules commerciaux d'ici 2030 par rapport à une période de référence de 2019-2020. De plus, l'introduction de zones à faible émission et zéro-émission dans les grandes villes européennes, comme Paris en 2024, est prévue par les autorités locales afin de limiter ou d'interdire l'utilisation des moteurs à combustion interne dans le but d'améliorer la qualité de l'air. L'hybridation de la chaîne cinématique des véhicules et le développement de moteurs thermiques dédiés à ces applications semble donc s'imposer comme une solution adéquate afin de réduire significativement la consommation de carburant et les émissions de polluants. Cependant, le choix du dimensionnement des composants et de la stratégie de commande de ce type de véhicule peut s'avérer complexe pour répondre aux exigences de performance tout en limitant les coûts du système. En effet, la résolution de ce problème d'optimisation non-linéaire inclut de nombreuses variables continues et discrètes et nécessite l'utilisation d'outils fiables et performants. Dans cette thèse, nous proposons une méthode d'optimisation globale pour le dimensionnement et la commande optimale de véhicules électriques hybrides rechargeables basée sur l'optimisation combinatoire. Le problème couplé original de conception et de gestion de l'énergie de la chaîne cinématique est reformulé en une combinaison de sous-problèmes linéaires en nombre entiers qui sont résolus à l'aide d'un algorithme de type Branch and Bound. La prise en compte de nouvelles contraintes dans le problème d'optimisation sur les émissions de NOx, le nombre d'activation des différents actionneurs ou les zones zéro-émission permet d'améliorer les résultats obtenus. Par ailleurs, l'ajout de nouvelles variables de conception pour le moteur thermique et la batterie permettent de mieux définir les spécifications nécessaires au développement détaillé de ces composants dédiés aux véhicules hybrides. Le problème d'optimisation est évalué sur un cas d'usage moyen de livraison régionale à l'horizon 2030 et les résultats sont validés avec un outil de simulation métier. Enfin, une nouvelle approche analytique pour l'analyse de sensibilité est proposée pour étudier la sensibilité du coût total de possession du véhicule par rapport à la variation de certains paramètres comme les missions de transport ou le dimensionnement de la propulsion électrique avec un coût de calcul très faible.
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A l’heure où l’automobile doit répondre à des enjeux environnementaux majeurs, le dimensionnement de la chaîne de traction est l’une des problématiques clef dans la conception d’un véhicule électrique hybride afin d’améliorer sa consommation énergétique. Dans ce contexte, nous proposons de pré-dimensionner les éléments de la chaîne de traction (moteur thermique, machine électrique et batterie) en considérant les profils de mission liés à l’usage du véhicule (urbain, extra-urbain) et sans choix a priori, ni de la structure (série ou parallèle), ni de la puissance nominale des composants. L’originalité des travaux repose ainsi sur deux axes. D’une part, un modèle de l’usage d’un véhicule est développé afin de caractériser une mission définie par le trio de variables {vitesse ; accélération ; inclinaison}. Ce modèle, basé sur la matrice de Markov, permet de conserver la corrélation entre les trois variables ainsi que leurs caractéristiques statistiques. Suite à cette modélisation, de nombreuses missions peuvent être générées aléatoirement. D’autre part, la chaîne de traction hybride est modélisée selon une approche par flux de puissance pour les deux structures série et parallèle. Des modèles génériques adimensionnels des composants sont alors utilisés de manière à ne pas faire de choix a priori sur leur valeur nominale et une stratégie de gestion de l’énergie en ligne maximisant le rendement de la chaîne de traction est proposée. Enfin, un algorithme de dimensionnement a été développé de manière à minimiser la consommation de carburant du véhicule sur un ensemble de missions simulées. Le dimensionnement obtenu est donc optimisé par rapport à l’usage prévu du véhicule.
Author: Jean-Jacques Santin
Author: Jean-Jacques Santin
Author: Gino Paganelli
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Author: Destiny Conscience Eland Loukakou Bounzeki Mbemba
Author: Gino Paganelli
Author: Nicolas Marc
Author: 
Author: Xavier Huin
Author: Gwenaëlle Souffran
Author: Serge Campeau