Contribution à la conception, la modélisation et la commande du groupe motopropulseur automobile et de convertisseurs d'énergie électrique PDF Download
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Author: Pierre Bidan Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 99
Book Description
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: Pierre Bidan Publisher: ISBN: Category : 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.
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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: Abdelmounaïm Tounzi Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 18
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La conception, l'étude ou la commande de machines électriques fait appel à différents modèles mathématiques. L'approche analytique, largement utilisée, est assujettie à des hypothèses simplificatrices. Au travers de différents travaux, nous avons montré ses limites pour décrire des fonctionnements spécifiques. L'approche numérique, basée sur la méthode des éléments finis, permet d'éviter une grande partie des hypothèses simplificatrices et d'aboutir à des résultats plus précis. En 2D, nous l'avons utilisée, pour différentes études, soit en tant qu'outil d'investigation, soit pour la quantification des performances de systèmes électromécaniques complets. Pour cela, nous avons tenu compte des circuits électriques extérieurs (dipôles ou convertisseurs statiques), de l'équation mécanique et de diverses boucles de commande du système. Dans ce dernier cas, le choix du pas de calcul à utiliser est délicat. Nous nous sommes inspirés des dispositifs réels pour effectuer ce choix. Enfin, des effets tridimensionnels, tels les inductances de têtes de bobines ou les inclinaisons, ont été introduits dans le modèle 2D par le biais de dipôles ou de calculs supplémentaires. Dans le domaine de la conversion électromécanique, hormis quelques exceptions, les structures à réluctance variable sont souvent négligées alors qu'elles se déclinent suivant plusieurs topologies et pourraient s'insérer dans le cadre d'applications spécifiques.
Author: Mohammad-Waseem Arab Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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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.
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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
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Le travail présenté s'inscrit dans la problématique de modélisation et de commande de la dynamique d'un véhicule automobile associant études théoriques et simulations numériques. L'originalité de ce travail consiste à utiliser les énergies développées par le véhicule et la fonction de dissipation de Rayleigh pour une modélisation globale de sa dynamique. Le modèle global, ainsi obtenu, est ensuite simplifié pour faciliter la synthèse des lois de commande aussi bien avec une approche linéaire que non linéaire. La premère partie de la thèse est dédiée à la modélisation globale de la dynamique du véhicule en utilisant le formalisme complet de Lagrange. Le modèle complet obtenu est de 20 degrés de liberté. Il tient compte du comportement des différentes parties composant le véhicule. Le but de cette modélisation est de disposer d'un modèle capable de décrire et d'évaluer le comportement non linéaire du véhicule dans des différentes situations délicates. Par exemple, le freinage ou l'accélération dans un virage. La deuxième partie de la thèse a été consaccrée particulièrement au problème de la synthèse des lois de commandes stabilisantes par rétroaction et le suivi de trajectoire. Les modèles considérés sont ceux établis dans la première partie. Ces modèles sont fortement non linéaires. Les stratégies de commande ont été conçues en tenant compte de ces non linéarités et sans aucun type de linéarisation.
Author: Kamal Ejjabraoui Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 246
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Les travaux de cette thèse sont effectués dans le cadre du projet O2M (Outil de Modélisation Mécatronique), labellisé par les pôles de compétitivité Mov'eo et System@tic, dont l'objectif est de développer une nouvelle génération d'outils dédiés aux différentes phases de conception de systèmes mécatroniques automobiles. Nous avons montré à travers de cette thèse l'absence d'une plateforme logicielle permettant la conception de l'ensemble des éléments d'une chaine d'actionnement mécatronique avec la même finesse et d'une méthodologie globale capable de formaliser le choix d'architecture et de considérer plusieurs contraintes multi-physiques y compris des contraintes d'intégration 3D. Dans ce contexte et au sein du sous-projet "Pré-dimensionnement" dont lequel ces travaux sont principalement concentrés, nous nous sommes intéressé au développement d'une approche de prédimensionnement de systèmes mécatroniques réalisée en trois niveaux : choix d'architecture et de technologies des composants, optimisation sous contraintes multi-physiques et optimisation avec intégration de la simulation numérique 3D. Une évaluation sur des outils de simulation et de conception les plus répandus sur différents critères a permis de conclure qu'une plateforme logicielle mécatronique peut être une association de certains outils tels que MATLAB-SIMULINK, DYMOLA, AMESim pour les niveaux 1 et 2 de prédimensionnement et COMSOL pour le niveau 3. Une adaptation de la démarche proposée est réalisée sur un élément essentiel de la chaine mécatronique, le convertisseur DC-DC. Des bases de données technologiques de composants actifs et passifs sont mises en place afin d'alimenter la démarche de pré-dimensionnement. Des modèles nécessaires à la réalisation de chaque niveau de cette démarche sont développés. Ils permettent dans le premier niveau de réaliser le choix d'architecture, d'estimer rapidement le volume des composants et de faire le choix technologique des composants selon une contrainte majeure (volume dans notre cas). Ils assurent dans le deuxième niveau l'optimisation sous contraintes multiphysiques (volume, rendement, température, spectre électromagnétique et commande). Enfin, dans le troisième niveau une association de deux logiciels (COMSOL pour la simulation éléments finis et MATLAB comme environnement d'optimisation) a été mise en place en vue d'une optimisation du placement des composants de puissance sous contrainte thermique en utilisant un modèle thermique plus fin basé sur la méthode des éléments finis. La démarche est appliquée à trois cahier des charges : convertisseur Buck, convertisseur Boost et l'onduleur triphasé. Des optimisations mono-objectif (volume) et multi-objectif (volume et rendement, volume et temps de réponse) sous contraintes multi-physiques ont été réalisées. Nous avons montré à travers ces optimisations l'impact direct des contraintes liées à la commande (temps de réponse, stabilité) au même titre que celles classiquement utilisées lors de la conception des convertisseurs statiques. De plus, nous avons montré la possibilité de lever des risques d'intégration 3D très tôt dans la phase de conception de ces convertisseurs. Cette démarche de pré-dimensionnement multi-niveau, multi-physique proposée a permis de répondre à des besoins exprimés par les partenaires industriels du projet O2M en termes de méthodologie de conception de systèmes mécatroniques automobiles.
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LE BUT DE CETTE ETUDE EST L'ELABORATION D'UN SIMULATEUR DES GROUPES MOTOPROPULSEURS AUTOMOBILES EN REGIME TRANSITOIRE. EN EFFET, L'ANALYSE DU COMPORTEMENT DYNAMIQUE DES GROUPES MOTOPROPULSEURS EST NECESSAIRE A LA REDUCTION DES EMISSIONS DE POLLUANTS ET A L'AMELIORATION DE L'AGREMENT DE CONDUITE DES VEHICULES AUTOMOBILES. CES DEUX POINTS SONT QUASIMENT LES DEUX PREOCCUPATIONS LES PLUS IMPORTANTES DES CONSTRUCTEURS AUTOMOBILES. DANS NOTRE ETUDE, LE SYSTEME CONSTITUE PAR LE GROUPE MOTOPROPULSEUR A ETE DIVISE EN DEUX SOUS-ENSEMBLES: LE MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE ET LA TRANSMISSION ASSOCIEE AU VEHICULE. UNE ANALYSE FONCTIONNELLE DE CHACUN DE CES SOUS-ENSEMBLES NOUS A PERMIS DE DEFINIR DES ELEMENTS QUI REPRESENTENT CHAQUE PHENOMENE RENCONTRE. LES TRAVAUX ONT ALORS CONSISTE A MODELISER CHAQUE ELEMENT. APRES AVOIR ETABLI LE MODELE FORMEL DES ELEMENTS A PARTIR DES LOIS PHYSIQUES, UN MODELE MATHEMATIQUE EST DEDUIT. LES EQUATIONS DE CES MODELES SOIT RESULTENT DES LOIS FONDAMENTALES DE LA PHYSIQUE SOIT SONT CONSTITUEES PAR DES MODELES PARAMETRIQUES DONT LES PARAMETRES SONT IDENTIFIES A PARTIR DE MESURES EXPERIMENTALES QUE NOUS AVONS EFFECTUEES SUR UN MOTEUR. EN UTILISANT LE LOGICIEL CADNA QUI IMPLEMENTE AUTOMATIQUEMENT LA METHODE CESTAC (CONTROLE ET ESTIMATION STOCHASTIQUE DES ARRONDIS DE CALCUL) DANS DES PROGRAMMES ECRITS EN FORTRAN, NOUS AVONS QUALIFIE LES RESULTATS DE DEUX LOGICIELS UTILISES EN PRATIQUE ET VALIDE LES MODELES PARAMETRIQUES EN TENANT COMPTE DE LA PROPAGATION DES ARRONDIS DE CALCUL ET DES ERREURS EXPERIMENTALES DE DONNEES. LE SIMULATEUR QUI EST LA MISE EN UVRE INFORMATIQUE DES MODELES MATHEMATIQUES PRECEDEMMENT ETABLIS, A ETE ECRIT A L'AIDE DU LOGICIEL SIMULINK. EN UTILISANT COMME DONNEES CELLES CORRESPONDANT A UN GROUPE MOTOPROPULSEUR CONSTITUE, D'UNE PART, D'UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE, A ALIMENTATION ATMOSPHERIQUE ET A INJECTION MONOPOINT ET, D'AUTRE PART, D'UNE TRANSMISSION COMPRENANT UNE BOITE DE VITESSES MANUELLE, LE SIMULATEUR FOURNIT DES RESULTATS REPRESENTATIFS DU FONCTIONNEMENT EN REGIME TRANSITOIRE DES GROUPES MOTOPROPULSEURS
Author: Pierre Bidan
Author: Pierre Bidan
Author: Société des ingénieurs de l'automobile (France)
Author: Claude-Éric Barbier
Author: Abdelmounaïm Tounzi
Author: Mohammad-Waseem Arab
Author: Rémi Dubouil
Author: Laurent Fournier
Author: Younès Abbassi
Author: Kamal Ejjabraoui
Author: STEPHANE.. GUILAIN