Étude et conception d'un groupe motopropulseur électrique à faibles niveau vibratoire et sonore pour véhicule électrique. Aspects "contrôle - commande" PDF Download

Author: Mohammad-Waseem Arab
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Languages : fr
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Dans un contexte mondial régi par de multiples facteurs économiques, énergétiques et environnementaux, la transition vers des modes de transport à zéro émission polluante semble inévitable. De ce fait, les constructeurs automobiles s'investissent de plus en plus dans le développement de groupes motopropulseurs électriques afin d'anticiper les besoins du marché. Parmi les différentes technologies de machines électriques considérées pour cette application, la Machine à Réluctance Variable à Double Saillance (MRVDS) présente des caractéristiques très attractives pour le milieu industriel.Les travaux présentés dans cette thèse visent à élaborer des solutions qui répondent aux points qui bloquent encore l'adoption de la MRVDS dans les véhicules électriques. Dans un premier temps, la commande en couple d'une MRVDS destinée à la traction électrique est analysée. En prenant en considération les exigences imposées par l'application envisagée, une stratégie de commande en couple est développée en intégrant deux méthodes complémentaires sur le plan de fonctionnement de la MRVDS choisie.Dans la deuxième partie, l'asservissement en courant est abordé. Les problématiques du contrôle propres à la MRVDS à forte dynamique de courant sont d'abord identifiées. Ensuite, deux régulateurs de courant, qui répondent à différents conditions d'implantation, sont présentés et validés par simulation.La dernière partie de cette thèse aborde le problème des à-coups d'accélération induits à basse vitesse et de leurs répercussions sur l'agrément de conduite. En effet, ce type de motorisation électrique introduit un nouvel aspect sur cette problématique. Une loi de commande anti-à-coups, composée de deux actions, est développée. Les simulations ont montré la conformité de la performance obtenue en utilisant la loi de commande proposée avec le cahier des charges industriel visé.

Author: Walter Zamboni
Publisher: Springer Nature
ISBN: 3030371611
Category : Science
Languages : en
Pages : 749

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This book collects a selection of papers presented at ELECTRIMACS 2019, the 13th international conference of the IMACS TC1 Committee, held in Salerno, Italy, on 21st-23rd May 2019. The conference papers deal with modelling, simulation, analysis, control, power management, design optimization, identification and diagnostics in electrical power engineering. The main application fields include electric machines and electromagnetic devices, power electronics, transportation systems, smart grids, electric and hybrid vehicles, renewable energy systems, energy storage, batteries, supercapacitors and fuel cells, and wireless power transfer. The contributions included in Volume 1 are particularly focused on electrical engineering simulation aspects and innovative applications.

Author: Pierre Bidan
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Languages : fr
Pages : 99

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L'ensemble de travaux présenté dans ce mémoire traite globalement de la conception, de la modélisation et de la commande de systèmes dans un cadre très applicatif. La première partie concerne le domaine automobile et s'inscrit dans le contexte toujours actuel de recherche d'économie d'énergie et de réduction de la pollution atmosphérique, par amélioration de la gestion du groupe motopropulseur et plus particulièrement du moteur à allumage commandé. Dans ce but, une première étude porte sur la régulation de la richesse du mélange dans les phases transitoires et propose l'utilisation d'un asservissement de la pression collecteur au moyen d'un papillon électrique, en vue de maîtriser le remplissage en air. Une stratégie originale de contrôle coordonné des admissions de l'air et du carburant est alors proposée. Une autre voie d'amélioration, par une assistance électrique ponctuelle du moteur thermique au moyen d'une machine synchrone autopilotée, est ensuite développée. Dans le cadre de la régulation de ralenti, un prototype permet de mettre en évidence l'apport de cette assistance en terme de réduction de la consommation et de robustesse aux perturbations. La deuxième partie du mémoire traite principalement de la modélisation et de la commande des convertisseurs d'énergie électrique. Après un premier volet décrivant une méthodologie de modélisation orientée commande et adaptée à certaines classes de convertisseurs statiques, un exemple de synthèse conjointe convertisseur-commande est proposée. Sur la base d'un onduleur de tension à découpage d'ordre 4 devant fonctionner en générateur de signaux, l'interaction étroite entre qualité de filtrage, dimensionnement de la structure et performances de la commande est analysée et une solution présentée. Pour chaque thème abordé, des éléments de prospective sont proposés.

Author: Pascal Mestre
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Languages : fr
Pages : 169

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LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MEMOIRE CONSTITUE UNE CONTRIBUTION AU DEVELOPPEMENT D'UN SIMULATEUR DE VEHICULE ELECTRIQUE PERMETTANT D'ETUDIER LE DIMENSIONNEMENT DE SES COMPOSANTS ET LES STRATEGIES DE COMMANDE A TRAVERS UNE APPROCHE SYSTEME. LES MODELES DES COMPOSANTS DE LA CHAINE DE TRACTION SONT ASSOCIES AU SEIN DE L'ENVIRONNEMENT DE SIMULATION EASY V#T#M. LE SIMULATEUR ELABORE, EVSYS (ELECTRIC VEHICLE SYSTEM SIMULATOR), INTEGRE LES CARACTERISTIQUES DYNAMIQUES DU VEHICULE ELECTRIQUE, LE COMPORTEMENT ELECTROMECANIQUE DU GROUPE MOTOPROPULSEUR ASSOCIE A SON CONVERTISSEUR D'ALIMENTATION ET LA BATTERIE. LE TRAVAIL A CONSISTE A VALIDER CE SIMULATEUR EN EXPLOITANT UN VEHICULE ELECTRIQUE DE TYPE RENAULT EXPRESS A COURANT CONTINU COMME PLATE-FORME EXPERIMENTALE ET A EN ELARGIR LES POSSIBILITES EN COMPLETANT L'EVENTAIL DES COMPOSANTS DISPONIBLES AU NIVEAU DES MOTEURS ELECTRIQUES ET DES STRATEGIES DE COMMANDE, DE L'ELECTRONIQUE ET DES ELEMENTS DE STOCKAGE (MOTORISATIONS SYNCHRONES ET SUPERCONDENSATEURS). LE DIMENSIONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE ET DIFFERENTES STRATEGIES DE COMMANDE DES GROUPES MOTOPROPULSEURS SYNCHRONES A ROTOR BOBINE ET A AIMANTS PERMANENTS SONT ETUDIES ET COMPARES AU MOYEN DE SIMULATIONS DU SYSTEME PAR EVSYS ET LES CHOIX QUI AMELIORENT L'AUTONOMIE DU VEHICULE SONT DEGAGES. L'INTERET D'UNE STRATEGIE MINIMISANT LES PERTES TOTALES PAR EFFET JOULE EST DEGAGE POUR LES MACHINES BOBINEES. L'INFLUENCE DU CHOIX DE LA VITESSE NOMINALE, LIEE A L'ADAPTATION DU BOBINAGE DE LA MACHINE A LA TENSION D'ALIMENTATION, EST ETUDIEE. LE SIMULATEUR EST EGALEMENT ENRICHI ET EXPLOITE POUR ETUDIER L'INTERET D'UNE ARCHITECTURE MULTISOURCES UTILISANT DES SUPERCONDENSATEURS COMME SOURCE AUXILLIAIRE DE PUISSANCE. UNE ARCHITECTURE D'IMPLANTATION ET LE DIMENSIONNEMENT DE SUPERCONDENSATEURS SONT DEFINIS. LES PERFORMANCES SUIVANT DEUX STRATEGIES DE COMMANDE SONT ETUDIEES ET COMPAREES, METTANT EN EVIDENCE LA REDUCTION DES CONTRAINTES APPLIQUEES AUX BATTERIES DURANT LES REGIMES TRANSITOIRES ET LE GAIN EN AUTONOMIE APPORTE PAR LES SUPERCONDENSATEURS.

Author: Philippe Chapoulie
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Languages : fr
Pages : 204

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Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception de la chaîne de propulsion du véhicule électrique. Un état de l'art des architectures montre que le véhicule est un système complexe au sens de la systémique, organisé en fonction des missions à remplir dans son environnement et associant des éléments hétérogènes en interaction. Une modélisation systémique permet de développer un simulateur modulaire prenant en compte les interactions internes et externes au système véhicule électrique et ses missions, implanté dans le logiciel SABER. Il permet de mettre en oeuvre plusieurs niveaux de finesse de représentation des composants, en fonction des objectifs d'exploitation du modèle, et de réaliser une expérimentation simulée de la solution projetée dans son environnement pour en évaluer et améliorer les performances. Sur cette base est menée une analyse du véhicule électrique associé à ses missions. Une méthodologie de conception est proposée, permettant d'extraire les grandeurs dimensionnantes des composants. Le dimensionnement du groupe moto-propulseur à moteur asynchrone, basé sur une procédure de caractérisation thermique simplifiée et électromagnétique par calcul de champ, est illustré. Puis la méthode et les outils sont exploités pour la conception de la gestion d'énergie à bord d'un véhicule équipé d'accumulateurs électrochimiques et de condensateurs. Deux stratégies de gestion sont proposées et comparées grâce au simulateur et les avantages d'un filtrage actif du courant dans la batterie sont dégagés. Enfin est traitée la conception globale d'un véhicule de course solaire, équipé d'un générateur photovoltaïque, au cahier des charges extrême en raison de la faible puissance. La problématique de conception du véhicule est analysée, mettant en évidence le fort couplage entre l'aérodynamique et l'architecture électrique ; particulièrement celle du générateur photovoltaïque. L'ingénierie du générateur réalisé pour un véhicule opérationnel est détaillée, et des stratégies de gestion de l'énergie sont étudiées au moyen du simulateur de véhicule solaire développé sous SABER afin de maximiser les performances.

Author: Ahmed Boucherit
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L'utilisation des plusieurs sources d'énergies de caractéristiques différentes, à bord du véhicule électrique VE) nécessite l'adoption de convertisseurs statiques. Ces derniers peuvent avoir la fonction de conditionneur 'énergie des différentes sources et/ou commander les machines électriques du véhicule.Généralement les VE disposent d'un bus continu « de quelques centaines de volts » dont la stabilité est assurée par un groupe de convertisseurs élévateurs de tension (du fait que les sources ont généralement un niveau de tension faible ; quelques dizaines de volts). Lors des démarrages/arrêts très fréquents du VE en mode urbain, les sources pourraient alimenter directement le moteur de traction sans avoir recours aux convertisseurs élévateurs de tension. Afin d'exploiter cette fonctionnalité, nous proposons d'explorer une deuxième architecture de convertisseur basée sur l'adoption d'un niveau de tension variable du bus continu. Dans cette approche, la tension minimale de ce dernier est fixée en fonction des niveaux de tensions disponibles du côté des sources et de la vitesse requise (niveau des f.é.m du moteur de traction). Ainsi, le rapport variable d'élévation de la tension est minimal à faible vitesse du véhicule en mode urbain et il est maximal à grande vitesse, en modes route et autoroute. Ceci apportera une amélioration du rendement énergétique de l'ensemble sources-moteurs notamment en mode urbain. Par ailleurs, l'utilisation grand public de ces véhicules exige des contraintes maximales de disponibilité (continuité de service) des fonctions principales notamment l'alimentation embarquée. A travers le travail de cette thèse nous proposons une nouvelle topologie du convertisseur de puissance entre les sources (une Pile à combustibles associée à un pack de super-condensateurs) et les charges (moteur de traction et réseau de bord alimentant les auxiliaires du véhicule). Ce convertisseur adopte une tension variable du bus continu et une redondance de l'alimentation du moteur de traction. Après la présentation du convertisseur proposé et son positionnement par rapport à la littérature, une analyse du fonctionnement et la modélisation de sa partie DC-DC est détaillée notamment à travers des résultats de simulation de ses différents modes. A ce titre un programme de simulation fine (à l'échelle des impulsions de commande) du système entier a été développé. Dans un deuxième temps, la commande automatique et rapprochée des interrupteurs de puissance a été développée en se basant respectivement sur la méthode de contrôle par petits signaux et la commande hystérésis de courant, triangulaire-rapport cyclique et triangulaire-sinus. Les résultats de simulation des fonctionnalités principales attendues mettent en évidence la faisabilité de l'architecture du convertisseur de puissance proposée. Enfin, une maquette expérimentale à échelle réduite a été développée dans le but de valider l'étude théorique. Les premiers tests expérimentaux de la partie DC-DC du convertisseur donnent des résultats satisfaisant et valident ainsi le processus de conception. Le travail futur sera la réalisation d'une maquette à échelle 1 dans laquelle la conception du refroidisseur sera intégrée en amont de la réalisation du plan de masse dudit convertisseur. Nous pensons que cela permettra une meilleure optimisation de l'espace à bord du véhicule et améliorera le rendement énergétique de la chaine de traction.

Author: Sébastien Legand
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Depuis une vingtaine d'années, de nombreux industriels ainsi que des laboratoires de recherche ont entrepris des projets sur la pile à combustible. Bien qu'elle soit encore marginale dans le paysage énergétique français, elle suscite de vastes espoirs notamment dans le domaine automobile. Dans le cadre d'un projet de plate-forme multi-sources, mené par le laboratoire LSIS - CER Arts et Métiers, une étude sur l'impact économique des piles à combustibles a permis de montrer l'intérêt de cette technologie mais aussi les faiblesses rencontrées sur la technologie des membranes échangeuses de protons (PEMFC). Dans la perspective de monter une plate-forme expérimentale, une modélisation du groupe motopropulseur permet de simuler le comportement de la charge vue de la plate-forme, en utilisant une approche systémique grâce à la Représentation Energétique Macroscopique (REM). Une transposition sur un système de simulation dit hardware In the Loop est réalisé au travers d'un couplage de deux moteurs à courant continu.

Author: Claude-Éric Barbier
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Pages : 202

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LA DEMARCHE DEVELOPPEE CONSISTE A ELABORER ET A EXPLOITER UN OUTIL DE SIMULATION PERMETTANT D'ANALYSER LE COMPORTEMENT DU VEHICULE ELECTRIQUE A L'ECHELLE DU SYSTEME QU'IL CONSTITUE. LE SIMULATEUR ELABORE INTEGRE LES CARACTERISTIQUES DYNAMIQUES DU VEHICULE, LE COMPORTEMENT ELECTROMECANIQUE DU GROUPE MOTO-PROPULSEUR ASSOCIE A SON CONVERTISSEUR D'ALIMENTATION ET LES PERFORMANCES DE L'ACCUMULATEUR ELECTROCHIMIQUE. APRES AVOIR EXAMINE LES ENJEUX DE LA TRACTION ELECTRIQUE AUTOMOBILE, UNE ANALYSE DES TECHNOLOGIES REPONDANT PLUS PARTICULIEREMENT AU CAS DU VEHICULE ELECTRIQUE URBAIN, EST PROPOSEE. LES DIFFERENTS SOUS-ENSEMBLES DU SYSTEME SONT ENSUITE MODELISES, EN ATTACHANT UNE IMPORTANCE TOUTE PARTICULIERE A LA CARACTERISATION DE LEUR COMPORTEMENT ENERGETIQUE. LES MODELES SONT ALORS ASSOCIES AU SEIN D'UN MEME ENVIRONNEMENT DE SIMULATION GRACE A L'UTILISATION DE C.A.O. SYSTEME EASY 5X. LE SIMULATEUR SYSTEME DEVELOPPE, EVSYS (ELECTRIC VEHICLE SYSTEM SIMULATOR) EST VALIDE, EN CONFRONTANT LES RESULTATS OBTENUS PAR SIMULATION, SUR DEUX VEHICULES DE REFERENCE AVEC LES PERFORMANCES DONNEES PAR LE CONSTRUCTEUR. LE SIMULATEUR EST, DANS UN PREMIER TEMPS, EXPLOITE EN TANT QU'OUTIL D'ASSISTANCE A LA CONCEPTION POUR ANALYSER LES CONTRAINTES SUR LES COMPOSANTS DU VEHICULE (ACCUMULATEUR, MOTEUR, CONVERTISSEUR, REDUCTEUR), POUR COMPARER LES DIFFERENTES SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES ENVISAGEABLES (ACCUMULATEUR PLOMB-ACIDE OU NICKEL-CADMIUM, MOTORISATION COURANT CONTINU, ASYNCHRONE OU SYNCHRONE) ET ENFIN POUR OPTIMISER LE DIMENSIONNEMENT INTERACTIF DES COMPOSANTS. MAIS L'INTERET DU SIMULATEUR DEPASSE LE CADRE INITIAL DU DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DU VEHICULE. L'OUTIL DEVELOPPE EST AINSI UTILISE POUR OPTIMISER LES STRATEGIES DE CONTROLE DE LA MOTORISATION. DIFFERENTS MODES DE GESTION DU FLUX RELATIFS AUX TROIS TYPES DE MOTORISATION ETUDIEES SONT PROPOSES ET EVALUES EN VUE NOTAMMENT DE MAXIMISER LES PERFORMANCES GLOBALES DU VEHICULE, EN TERME D'AUTONOMIE

Author: Gino Paganelli
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Pages : 169

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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.

Author: Rémi Dubouil
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La réduction de la consommation de carburant et des émissions de dioxyde de carbone par les transports, notamment automobiles, conduit au développement de groupesmotopropulseurs (GMP) plus économes. Parmi les technologies existantes, l'hybridation électrique des moteurs à combustion interne s'est fortement développée ces dernières années. La minimisation de la consommation d'un GMP de type hybride électrique requiert notamment la connaissance de l'impact des différents transferts thermiques y ayant lieu, notamment après un démarrage à température ambiante. Dans ce contexte, la thèse présentée dans ce mémoire a pour objet l'étude par simulation des transferts thermiques au sein des différents organes du GMP (moteur à combustion interne, moteur électrique, batteries). Elle repose tout d'abord sur un examen bibliographique détaillé des différentes architectures hybrides électriques, des transferts thermiques et les modèles associés, et des différentes stratégies de fonctionnement. Le développement d'un modèle zéro-dimensionnel d'un GMP hybride prenant en compte les différents transferts thermiques est ensuite présenté. Les choix des différents modèles de transferts thermiques sont présentés et justifiés, en termes de précision et de temps de calcul. Pas la suite, l'impact des transferts thermiques est étudié grâce au simulateur, notamment en termes de consommation instantanée et cumulée sur différents cycles de conduite. L'impact des transferts thermiques pour différents niveaux d'hybridation est également quantifié. Finalement, plusieurs études paramétriques et prospectives sont réalisées à la fin de ce mémoire, permettant d'envisager des moyens de réduction de la consommation de carburant