Dossier personnel : La voiture Solaire : PPE : Projet Pluridisciplinaire Encadré : La voiture solaire : Thème sociétal : Energie, Environnement. Environn 1 Groupe : - Anthony Casisa. - Quentin Depoers. - Julien Verhamme. - Kevin Leclercq. - Guillaume Thiriet. Nom et Prénom : Guillaume THIRIET. Présentation : La raréfaction des ressources d’hydrocarbures naturelles et le réchauffement climatique global actuel pose le problème de la transition énergétique. Dans la situation actuelle, l’énergie solaire apparait à l’Homme comme une énergie inépuisable, renouvelable est surtout, comme une énergie propre. C’est donc dans l’optique de répondre à un problème crucial de l’Humanité que nous avons décidé de concevoir concevoi un prototype miniature de véhicule solaire Notre projet sur la voiture solaire s’inscrit, s’inscrit ainsi, dans le cadre du développement durable. L’enjeu étant ici, de conserver notre mobilité, tout en préservant l’environnement. Schémas, étude des contraintes, étude du projet : Cahier des charges : Fonction de service : Permettre à un utilisateur de réaliser un déplacement d’un véhicule sur une surface en utilisant l’énergie solaire Respecter l’environnement Avoir un encombrement de véhicule acceptable Utiliser l’énergie solaire S’adapter à la surface de déplacement Diagramme des intéracteurs : Diagramme « bête à cornes » : Critère : Vitesse 1m/sec Niveaux : Maxi Flexibilité : F2 Rayon de braquage Production de CO2 Bruit 50db Volume 400*350*24 Masse 2 Kg Le plus petit possible Nulle F1 Maxi Maxi F1 F2 A 10% prés F0 F0 F0 Bitume F0 2 Recherche et Planification : Voitures et Panneaux solaires : Définition : Panneaux solaire : Dispositif ingénieux qui convertit le rayonnement solaire en énergie électrique grâce à l’effet photovoltaïque. Qu’est ce que l’effet photovoltaïque ? La voiture solaire reposant intégralement sur ce principe, il est très important de comprendre ce qu’il est. L’effet Photovoltaïque : L’effet Photovoltaïque à été découvert par Antoine Becquerel fin 1839, il est le produit du choc des photons de la lumière sur un matériau semi-conducteur conducteur (Silicium notamment) qui transmet leur énergie aux électrons qui génèrent une tension électrique. Nous allons donc, lors de ce projet utiliser L’effet Photovoltaïques, Nous utiliserons donc des panneaux solaires. La Fabrication du panneau solaire : Un panneau solaire regroupe en fait une multitude de cellules photovoltaïques reliées en série ou parallèle. La fabrication de ces cellules présentes des risques pour l’environnement notamment en matière de réchauffement climatique. En cause, la transformation de la Silice en Silicium très gourmande en énergie et le recyclage difficile de ce matériau. Mais selon les études industrielles menées en France un panneau solaire produirait 10 fois plus d’énergie qu’il n’en nécessite pour sa fabrication. Du point de vue : Bilan Carbone : sur un cycle de 20 ans, l’émission de CO2 par KW/h électrique produit par un panneau solaire représente, selon le type de cellule utilisée de 7 à 37 % des émissions par KW/h produit par une centrale thermique classique. 3 La Voiture Solaire : + Avantages : Pas d’émission de gaz et de particules nocives. Pas de carburant, coût de fonctionnement nul, entretien faible. -Inconvénients : Faible autonomie. La voiture doit être très légère, toutes charges supplémentaires réduit encore les performances. Coût d’achat élevé. La première voiture solaire fut construite en 1981 par Hans Tholstrup. Celle-ci atteint 30 km et traversera l’Australie en 20 jours. Nom de la voiture : « Quiet Achiever » . Hans Tholstrup initie dans le même temps le World Solar Challenge qui consiste en la traversée de l’Australie sur 3000Km, en utilisant uniquement l’énergie solaire. Les projets de voiture solaire sont généralement initiés par de grandes firmes technologiques indépendantes comme les grands constructeurs automobiles par exemple ou par des organismes à caractère scientifique tel que les universités ou des laboratoires. Cependant, la technologie solaire n’est pas, pour l’heure adaptable aux transports, la production de voitures exclusivement alimentées par l’énergie solaire est encore non viable. Le principal obstacle étant, aujourd’hui le faible rendement offert par les panneaux solaires (20% pour les meilleurs). De plus, la voiture solaire utilisé par le citoyen moyen n’a rien à voir avec les prototypes de compétition crée par les grands groupes. En effet, il faut que la voiture s’adapte à la circulation urbaine et à ces nombreuses zones d’ombres ; les dimensions du véhicule sont limitées restreignant le nombre de cellules photovoltaïques. Les voitures solaires apparaissent de nos jours, plutôt comme des concepts et des vitrines technologiques. L’énergie solaire est alors surtout exploitée dans le cadre d’une complémentarité énergétique. Quelques voitures électriques sont équipées de capteurs pour augmenter de quelques kilomètres leur autonomie ou pour alimenter une batterie de secours. Vision schématique du fonctionnement d’un « véhicule solaire » : 4 Quelques compétitions célèbres : - « World Solar Challenge » : Le World Solar Challenge est une course de voitures propulsées à l'énergie solaire.. Depuis sa création en 1987, des véhicules expérimentaux parcourent rent un circuit de 3 021 km (1 877 miles) à travers l'Australie centrale, entre les villes de Darwin et d'Adélaïde. 5 - - «North American solar challenge » : est une course de voiture solaire à travers les Etats-Unis Unis et le Canada. Et bien d’autres comme le « Défi solaire Afrique du Sud », « Défi Dell Winston »….. Quelques concepts : - La Sunswift IV : Un projet universitaire australien et qui a établi un record de vitesse pour une voiture solaire sur 500m en 2010. - La « Power of one » : Voiture ayant établie le record de distance pour un véhicule solaire en 2008 en parcourant 15000Km en 140jrs grâce à l’énergie solaire uniquement. - La Toyota Solar Prius : Conçue par Solar Electrical Vehicles pour une production de voitures hybrides (solaire, électricité, essence) en série sur la base d’une Toyota Prius. Un des premiers véhicules solaires destinés au grand public. Les roues : Nous définissons communément la roue comme une pièce mécanique circulaire en rotation autour d’un axe passant par son centre. Il s’agit d’une invention très ancienne dont les premières traces remontent à 3500 av JC en Mésopotamie. Elle est presque indispensable pour tous les transports terrestres. A l’époque les roues étaient faites de bois ; aujourd’hui l’on utilise des pneumatiques en caoutchouc naturels ou synthétiques qui procure une meilleure adhérence, un amortissement de chocs et vibrations et améliorant le confort des passager. Dans notre système, la roue servira à assurer le contact sol/arbre moteur (châssis), mais il existe de nombreux types de roues différentes comme « la roue dentée » dans les engrenages, « la roue à aube » dans les moulins à eau… et des alternatives à la roue tels que les chenilles, ou l’aéro-glissage (coussin d’air) par exemple… Les Radios-commandes : Les radios-commandes sont des dispositifs généralement de taille réduite servant à en manipuler un autre à distance en émettant des ondes radios (onde électromagnétique de faible énergie). Nous pouvons ainsi, interagir avec des appareils de toutes sortes (jouets, électroménagers, robots militaires, médicales…). Il existe différent types de Télécommandes, utilisant chacun un moyen différent pour transporter l’information. Les télécommandes infrarouges utilisent le rayonnement infrarouge pour commander les systèmes, sa portée est faible, il est nécessaire de viser le récepteur pour une transmission optimale et il est perturbé par les rayons solaires, les néons… Les télécommandes à Ultrason utilisent les fréquences sonores supérieures à 20 KHz pour transporter l’information. Il est à courte porter mais très efficace, de plus il est inaudible (pour l’Homme). Cependant, il gène certains animaux sensibles aux ultrasons comme les chiens par exemples. Les télécommandes hertziennes qui elles, utilisent les ondes radio, c'est-à-dire un signal électromagnétique pour transporter l’information. Cette onde est non visible, sa portée est nettement supérieure à celle de l’Infrarouge et l’onde radio peut aussi franchir certains obstacles de faible épaisseur (contrairement à l’infrarouge). Enfin, elles « arrosent » une zone ce qui permet de ne pas viser constamment le capteur récepteur de l’objet à piloter. Pour éviter de nuire aux animaux et à la vue des multiples avantages des ondes radio sur l’infrarouge, il nous semble logique et nécessaire d’utiliser les commandes dites « Hertziennes » : les radiocommandes. Pour un bon fonctionnement de la radiocommande, il est impératif que la fréquence du quartz (horloge) de la radiocommande soit identique à la fréquence du quartz de l’antenne récepteur. On dit qu’ils sont réglés sur la même fréquence. Il semble, par souci d’adéquation avec le matériel, que nous prendrons un quartz de 40 MHz. (Le quartz à la propriété d’osciller à une fréquence précise lorsqu’il est stimulé électriquement) La fonction du récepteur radio : les signaux formés par les ondes électromagnétiques sont captés par une antenne. Celle-ci reçoit énormément de signaux qu’il faut différencier. Ce récepteur doit être capable de trois choses : - Sélectionner le signal désiré parmi tous les signaux reçu. - Amplifier ce signal pour son futur traitement. - Démoduler le signal, qui est modulé en amplitude, en fréquence, en phase, ou de type numérique pour récupérer une copie fidèle du signal original. La liaison entre la télécommande et la voiture se fait par ondes hertziennes. Ces ondes sont captées par L’antenne de réception. Cette antenne de réception est reliée au récepteur Radio. De ce récepteur partent deux informations destinées au servomoteur de direction et aux motoréducteurs pour les actions de démarrage. /!\ : Les ondes radios sont des ondes électromagnétiques dont la Fréquence est comprise entre 9KHz et 300 GHz ce qui correspond à une longueur d’onde de 33Km à 0.1 mm. (Long.Ond=Célérité*Per.T) ; (Freq=1/T). 6 Le Syren 10 Dimension Engineering: - - - Le Syren 10 est un contrôleur de moteur Régénératif (il peut recharger les batteries lors du freinage) Syren 10 A 6V-24V est un contrôleur de moteurs très versatile, permettant de contrôler des machines de masse moyennes (13 kg à 45 kg). Le Syren 10 peut contrôler un moteur CC avec un courant maximum de 10 A. Néanmoins, celui-ci peut supporter des courants allant jusqu’à 15 A pour une durée de quelques secondes. Il est à noter que le contrôleur possède une protection permettant d’éviter les dommages si l’on branche un moteur trop puissant ou que celui-ci est bloqué. Le Syren 10 dispose de plusieurs modes d’opérations qui peuvent être changés à partir de commutateurs « DIP ». Le Syren est un contrôleur de moteur avec synchronisation régénérative, c'est-à-dire qu’il est capable de recharger les batteries lorsque le robot ralentit. Les modes de Fonctionnements : Il y a 4 modes d’entrées différents : - Le mode d’entrée analogique a une ou deux entrées qui servent à établir la vitesse et la direction du moteur. La plage d’entrée valide est de 0V à 5V ce qui rend le Syren facilement contrôlable à l’aide d’un potentiomètre par exemple… Les utilisations principales de ce système comprennent les joysticks, les interrupteurs, les engins commandées par pédales… - Le mode d’entrée R\C a une ou deux entrées R\C standard servant à régler la vitesse et la direction du moteur. La plage d’entrée valide est de 0us à 2000us de pulsation. Ce type d’entrée est utilisée lors de l’utilisation d’une radio commande est se base sur les durées de pulsations reçu. - Le mode d’entrée « série simplifié » utilise les données fournies par un port TTL RS-232 (prise fréquemment utilisé sur les ordinateurs) pour régler la vitesse ou la direction du moteur. Ce mode d’entrée est utilisé si l’on souhaite utiliser le Syren via un ordinateur. La plage d’entrée valide est constituée de Bit : 0 bit signifiant une rotation des moteurs à 255 bits signifiant une rotation inverse des moteurs. On peut faire varier la vitesse de transmission du signal en jouant sur les interrupteurs DIP. - Le mode d’entrée « série par paquets » utilise aussi des données fournies par un port TTL RS-232 pour régler la vitesse ou la direction des moteurs. Ce mode d’entrée est utilisé si l’on souhaite utiliser le Syren via un ordinateur. La plage d’entrée valide est ici, en Octet. Partant du principe que notre véhicule sera radiocommandé, nous utiliserons pour le Syren le mode d’entrée R\C. Plus précisément, nous utiliserons « Le mode R\C standard » fixé par les interrupteurs DIP comme ci contre : Cette configuration permet le recul, l’arrêt et l’avancé du véhicule. A 1500us de pulsation : Vitesse=0. A 1000us de pulsation : Vitesse=- 1. A 2000us de pulsation : Vitesse=1. 7 Conception préliminaire : Les moteurs : (Motoréducteurs) : Tension de seuil des motoréducteurs oréducteurs : Nous disposons de 4 motoréducteurss physiquement identiques : nous cherchons leurs tensions de seuil à l’aide d’un générateur de tension variables fixée par défaut à 1 ampère. Les tests indiquent que 3 motoréducteurs oréducteurs ont une tension de seuil de 4 V tandis que le derniers à une tension te de 2.5 V. Nous avons choisis 2 motoréducteurs d’une tension de seuil d’à peu prés 4 V. Caractéristiques des motoréducteurs : (caractéristiques du constructeur) : à vérifier : Couple de sortie maximum Diamètre d’arbre Gamme de puissance Dimensions (largeur-longueur) Profondeur Matériau noyau Tension nominale Vitesse de sortie Vitesse de sortie du réducteur Rapport de réduction 0.5 N.m 4 mm 3W 54.2 mm - 61.3 mm 65.9 mm acier 24 V 4300 tr/min 215 tr/min 1/20 Non vérifié Vérifié Non vérifié Vérifié Vérifié Non vérifié Non vérifié Non vérifié Vérifié Vérifié (en admettant 4300 tr/min) Vérification de la vitesse de sortie des motoréducteurs : On soumet les motoréducteurs à leur tension nominale de 24 V, V a l’aide d’un Tachymètre, je mesure la vitesse de rotation de l’arbre de sortie du motoréducteur : on mesuree réciproquement pour les 3 moteurs les vitesses de rotations suivantes : 237 tr/min, 236 tr/min et 234 tr/min. On peut donc affirmer que les motoréducteurs respecte assez bien l’indication du constructeur : (215 tr/min). Vitesse de rotation du motoréducteurs en fonction de la tension: 250 1,4 1,2 1 Rotation en tr/min: 150 0,8 0,6 100 0,4 50 0,2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Tension en Volt: Vitesse linéaire en m/s : 200 tr/ min m/ sec… 8 Poids et dimensions des motoréducteurs : A l’aide d’une balance électronique, on trouve un poids de 150 g. 9 La plupart des dimensions ci-contre ont été vérifié par la mesure. Couple et Vitesse de rotation : (donnée du constructeur) : Tr/min Cette courbe nous montre la vitesse de rotation en tr/min relative aux couple développés par le motoréducteurs Plus le véhicule sera lourd et le coefficient d’adhérence des roues élevé, plus le couple à fournir sera élevé et plus la vitesse de rotation des roues sera faibles. Inversement, si le véhicule est léger est que les roues ont un faible coefficient d’adhérence, le couple à fournir sera plus faible et la vitesse augmentera. Rappelons que le couple est relatif à l’intensité électrique et que la vitesse de rotation est relative à la tension électrique. Le panneau solaire : Poids et dimensions : A l’aide d’une balance électronique, on trouve un poids de 1kg 730g. (Le constructeur annonce 2.6 kg). A l’aide du matérielle géométrique, je mesure une Longueur de 38.55 cm et une largeur de 34.85 cm et une épaisseur de 3 cm. Les dimensions indiquées par le constructeur concordent avec les dimensions mesurées. Caractéristiques électriques : (Caractéristiques du constructeur) : à vérifier : 10 Puissance Maximale Tension Nominale Tension à circuit ouvert Courant en court circuit Tension à puissance maximale Courant à puissance maximale Masse Dimension Durée de vie 12 Watts 12 V 20 Volts 950 mA 16.1 Volts 820 mA 2.6 Kg 386*350*30 mm + 20 ans Non vérifié Vérifié Non vérifié Non vérifié Non vérifié Non vérifié Vérifié /!\ Vérifié Non vérifié La masse indiquée par le constructeur est de 2.6 Kg. Lors du pesage, cette masse n’a pas été vérifiée. Nous avons trouvé une masse égale à 1.730 Kg. Technologie utilisée : Il s’agit d’un panneau solaire Monocristallin. Les panneaux Cristallin utilisent de fines plaques de silicium, un élément chimique très abondant et qui s’extrait notamment du sable ou du quartz. Le silicium est obtenu à partir d’un seul cristal ou de plusieurs cristaux : on parle alors de cellules monocristallines ou multicristallines. Panneaux Multicristallins • • Panneaux Monocristallin Le silicium multicristallin (mc-Si) : à lui seul plus de 57% du marché mondial, il offre un rendement intéressant (11 à 15%) pour des coûts de fabrication modérés, profitant notamment du fait qu’il a pu longtemps utiliser les déchets de l’industrie électronique. Cet avantage historique s’est toutefois estompé avec les progrès de l’industrie électronique (réduction des déchets) et l’augmentation des besoins du marché photovoltaïque. Le silicium monocristallin (sc-Si) : environ 30 % du marché, son rendement est supérieur au silicium polycristallin (13 à 19%), mais sa fabrication à partir de minerai est plus délicate et donc plus coûteuse. Il existe, cependant d’autres technologies pour la fabrication de panneaux solaire. Je pense à la technologie au Silicium amorphe ou à la technologie des couches minces. Nous ne les traiterons pas ici. Intensité Lumineuse et Puissance surfacique : Intensité lumineuse du Nord: Intensité Lumineuse 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 11 Chronologie: Intensité Lumineuse Moyenne Intensité Lumineuse Nous avons ons réalisé à chaque séance une mesure de l’intensité lumineuse extérieure. Cette intensité s’exprime en Lux. Activité ou Lieu Concerné Rue de nuit bien éclairée Local de vie Local de travail Extérieur par ciel couvert Extérieur par temps ensoleillé Intensité Lumineuse 20 à 100 lux 100 à 300 lux 200 à 3000 lux 500 à 30000 lux 50000 à 150000 lux A partir de cette intensité nous avons pu en déduire la Puissance surfacique de notre panneau solaire. On sait que pour les panneaux Monocristallins, la puissance surfacique est de l’ordre de 1000W/m² (valeurs pris arbitrairement selon une source internet) lorsque que l’intensité lumineuse est élevée (> (> 100000 lux). Notre panneau fait 0.34*0.38 m² soit o.13 m². m² Par division, je trouve qu’il faut 7.69 fois la surface de notre panneau pour obtenir 1 m² de panneau solaire. Sachant que, selon le constructeur,, notre panneau solaire fait 12W. Je peux dire que 12*7.69= 100 W/m². Notre panneau solaire délivre 100 W/m². W/m² Pour 100000 lux, on à donc 100 W/m². Selon les relevées d’intensité lumineuse effectuée entre début Mars et fin Mai.. J’obtiens une moyenne d’intensité lumineuse de 38000 lux,, avec un minimum de 1500 lux et un maximum de 140000 lux. En appliquant la règle de 3, j’obtiens : 1500 lux = 1.5 W/m². 38000 lux = 38 W/m². 140000 lux= 140 W/m² Chaine fonctionnelle : (Vue 3D étable avec le logiciel « Openmeca » (béta)) : 12 Câblage électrique du véhicule : 13 Commentaire : - Les 2 motoréducteurs sont branchés en dérivation pour que leur fonctionnement soit simultané. Ainsi, les 2 moteurs recevront le même ordre au même moment. Une batterie est nécessaire pour alimenter le récepteur radio : (nous utiliserons, ici, un boitier de 4 piles rechargeable fournit avec le kit de radio commande). Le servomoteur est lui aussi commandé par radio commande est relié par conséquent au syren 10. Chaine d’informations et d’énergies : Antenne radio Récepteur Radio Néant Néant Radio commande 40Mhz Panneau solaire + batterie Ordre électrique Syren 10 (pilotemoteur) Moteur à Courant Continu Pertes Réducteur ; 1/20 Conception Détaillée : (Vue 3D obtenue avec le logiciel « Solidworks ») : Roue motrice : 14 - Diamètre : 100 mm. Pas de roulement à bille. Epaisseur : 22 mm. Masse : 132.4 g. Axe de sortie : 5 mm. Adhérence : 0.546 : (mesuré par mes camarades). Roue directrice : - Diamètre : 50 mm. Cylindre centrale diminuant l’effet de frottement. Epaisseur : 20 mm. Masse : 22.82 g. Adhérence : 0.972 : (mesurée par mes camarades). Motoréducteur : - Dimensions : 54.2-61.3-65.9 mm (largeur-longueur longueur-profondeur). Tension nominale : 24V. Vitesse de sortie : 4300 tr/min ; 215 tr/min (arbre direct-arbre direct du réducteur). Rapport de réduction 1/20. Masse : 150 g. Prix : 80€-100€. 15 Antenne-Radio : Zebra ZR-002SA : Il s’agit de l’antenne recevant les ondes radios émises par la manette manett radiocommandé. Le récepteur est munis de 3 ports/ prises. Le port isolé, situé en haut est le port réservé à une batterie fournissant l’énergie nécessaire au fonctionnement de l’antenne. Les 2 ports en dessous du port batterie sont les ports reliant l’antenne l’a au moteurs/ ampoules (récepteurs de toutes sortes). Ils transmettent à travers de fils l’information traduisant une action (s’allumer/ ne pas fonctionner). - Masse : 30 g. Dimensions : 54*35*20 mm. Syren 10 : - - Batterie : - 10 A ; 6V-24V. Interface analogique. Différents modes de fonctionnement (voir plus haut). Protection thermique contre les courants trop élevés (le contrôleur est protégé et ne peut pas être endommagé par un excès de température). Masse : 25 g. Prix : 50 €. Masse : + ou – 180 g Prix : 70 €. Pour le prototypage, nous utiliserons finalement non pas une batterie mais 4 piles AA rechargeables. Néanmoins, la masse reste sensiblement la même est nous conserverons pour la modélisation 3D, le « dessin » ci-contre. Manchons : Le manchon est une pièce mécanique flexible permettant de relier directement l’arbre de sortie du motoréducteur à l’axe centrale des roues motrices (après usinage de ces axes). - prix : 10€-20€. 16 Réalisation de l’assemblage final : Assemblage motoréducteur-manchon-roue roue motrice : Assemblage : - Assemblage final : Du Motoréducteur, Du Manchons, De la roue Directrice. 17 Assemblage motoréducteur ; roue motrice. Assemblage servomoteur ; roue directrice. Syren 10 18 Equerre Batterie Barre usinée face.. Bien qu’il s’agisse d’une fixation rudimentaire, le double face a beaucoup d’avantage La plupart des pièces simples sont fixées avec du scotch double face - Il n’abime pas le panneau solaire lors de la fixation (contrairement aux vis et aux clous qui perceraient les cellules photovoltaïques). photov Il permet d’enlever les composant (la batterie, le Syren 10, l’antenne) pour les déplacer, les remplacer, ou tout simp simplement lement les retirer pour s’en s’ servir sur un autre système,, ce qui à la vue du prix élevé de certains composant est un élément non négligeable. (70€ € pour le Syren 10, 70€ pour la batterie). Le double face ne réagit pas avec le panneau solaire comme pourrait le faire certain types de colles non adaptés. Le prix du double face est faible. Le poids du double face est négligeable comparé au poids d’une vis qui alourdirait encore un prototype déjà trop lourd. L’assemblage Motoréducteur-manchon-roue roue motrice est relié au châssis grâce à la pièce : « équerre » : L’assemblage servo moteur-roue directrice est relié au châssis grâce à la pièce : « barre usinée » : Equerre Barre usinée Prototypage : Fonction motrice du véhicule : Roue motrice Manchons 19 Motoréducteur Equerre Fixation de la « fonction motrice du véhicule » sur le châssis (panneau solaire). Vis+ rondelle + écrou = Fixation (sur le châssis) Fonction directrice du véhicule : Pièce directionnelle dîtes en U Servomoteur Roue directrice Barre usinée Assemblage Final : Générateur remplaçant pour les tests le panneau solaire Panneau solaire Fonction Motrice fixée 20 Fonction directrice fixée Récepteur radio+ antenne Batterie pour récepteur radio Syren 10 relié au récepteur radio, au motoréducteur et au panneau solaire Interrupteur Fils relié aux motoréducteurs Courant et tension apporté par le panneau solaire Fils relié au servomoteur DEL : bon fonctionnement/ problème Validation des performances du véhicule : Validation des performances du panneau solaire : - Le panneau solaire doit pouvoir, si l’on en suit les données du constructeur fournir une puissance de 12W pour 12 Volt (soit 1 Ampère) maximum. Etant donnée le manque flagrant de soleil, des tests réels n’ont pas pu être réalisé. Mais, Il semble que le panneau solaire respect plus ou moins ces paramètre. Validation des performances des moteurs : - Le cahier des charges souhaitait une vitesse de 1m/s maximum. Théoriquement, cette vitesse est atteinte, à vide lorsque l’on impose une tension de 24V, soit la tension nominale des motoréducteurs. On dépasse légèrement les 1m/s, le cahier des charges est donc théoriquement respecté. Réellement, la vitesse des 1 m/s est atteinte SI le motoréducteur RECOIT une INTENSITE SUFFISANTE pour faire avancer la masse du véhicule. Après tests, on remarque que la vitesse de rotation est légèrement plus élevée que prévue (+15 tr/min). La Masse et les autres paramètres correspondent bien à la donnée du constructeur. Validation de la masse du véhicule solaire : - Le cahier des charges souhaitait une masse de 2 Kg à 10% prés. Théoriquement et réellement, cette masse n’est pas atteinte, nous sommes largement à plus de 2Kg : (3Kg). Objet Panneau Solaire Motoréducteur Servomoteur Manchon Roue Motrice Roue directrice Récepteur radio Syren 10 Batterie Equerre Barre usinée Pièce usinée en « U » Vis et câble tout genre Totale Nombre *1 *2 *1 *2 *2 *1 *1 *1 *1 *2 *2 *1 *… ... masse 1730 g 300 g 46 g 28 g 264 g 23 g 30 g 25 g 180 g 200 g 20 g 30 g 50 g 3000 g= 3 kg Validation des dimensions du véhicule solaire : Le cahier des charges souhaitait des dimensions de l’ordre de 400*350*24 mm (Longueur, Largeur, Epaisseur) maximum. Notre véhicule ayant pour châssis, le panneau solaire, ces dimensions sont directement reliées aux dimensions du panneau qui sont : 385*348*30 mm. On peut donc considérer que le véhicule solaire répond réellement bien au cahier des charges. - Validation autres : - Le cahier des charges souhaitait un bruit maximal de 50 dB. Cette contrainte n’a pas été strictement vérifiée par l’expérience mais il semble que cette contrainte soit plus ou moins respectée. Le cahier des charges souhaitait une production de CO2 nul lors du fonctionnement du véhicule. Si l’on considère que l’énergie tirée de la batterie alimentant le récepteur ne dégage pas de CO2 et étant donné que notre véhicule utilise exclusivement l’énergie solaire, on peut considérer théoriquement cette contrainte comme réalisée. 21 - Le cahier des charges souhaitait une vitesse de 1m/s maximum. Théoriquement, cette vitesse est atteinte, à vide lorsque l’on impose une tension de 24V, soit la tension nominale des motoréducteurs. On dépasse légèrement les 1m/s, le cahier des charges est donc théoriquement respecté. Réellement, la vitesse des 1 m/s est atteinte SI le motoréducteur RECOIT une INTENSITE SUFFISANTE pour faire avancer la masse du véhicule. Malheureusement le panneau solaire ne peut délivrer qu’une tension de 12 V, ce qui suivant les tests, nous donne une vitesse de pointe de 0.492 m/sec. - Le cahier des charges souhaitait un rayon de braquage le plus petit possible. Grace à une rotation presque perpendiculaire de la roue directrice, le rayon de braquage est de l’ordre de la longueur du véhicule à basse vitesse (ce qui est le cas la plupart du temps). A haute vitesse, le rayon de braquage est plus grand à cause des nombreux frottements effectué par la Roue directrice sur le sol. Ce rayon de braquage à haute vitesse n’a cependant pas été vérifié expérimentalement. (Celui semble cependant, relativement réduit). - Le cahier des charges souhaitait une utilisation de l’énergie solaire. Cette contrainte est appliquée, le véhicule n’utilise que l’énergie solaire pour se déplacer. Notons, cependant, la présence des 4 piles rechargeable AA nécessaire au fonctionnement du récepteur radio. (Le véhicule n’est donc pas complètement autonome si l’on considère le radio guidage). Le cahier des charges souhaitait que le véhicule s’adapte à la surface du bitume. Cette contrainte est validée, le coefficient de frottement pour les roues motrices est de : 0.546. Le coefficient de frottement sur le bitume pour la roue directrice est de : 0.972. Le coefficient de frottement est donc moyen, cela engendre une perte moyenne d’énergie pour vaincre le couple résistant et lors du déplacement mais permet dans le même temps une bonne adhérence à la route. Quelles solutions envisager pour répondre aux critères du cahier des charges : Le prototype ne répond pas à plusieurs critères du cahier des charges : - La vitesse minimale de 1 m/sec n’est pas atteinte. La masse est trop élevée. Une batterie est nécessaire pour alimenter l’émetteur radio : le véhicule n’est donc pas autonome en énergie. • Les motoréducteurs dépassent théorique ment les 1m/sec lorsque l’on leur délivre leur tension nominale de 24 V. L’idéal pour atteindre l’objectif des 1m/sec serait d’avoir un panneau solaire plus puissant (pouvant délivrer 24V). Mais cela augmenterait le cout du véhicule. On pourrait aussi trouver des motoréducteurs plus ou moins identiques dans leurs caractéristiques électriques mais avec un rapport de réduction moins élevés. Enfin, on peut aussi choisir des roues avec un rayon plus grand enfin de parcourir une distance plus grande tout en conservant la même vitesse de rotation. Le prototype est trop lourd d’à peu prés 1 kg. Pour réduire la masse du véhicule, il faudrait utiliser des objets et matériau plus léger. Ainsi, on pourrait remplacer les roues pleines par des roues à rayons, raboter le cadre du panneau solaire, utiliser le plastique plutôt que l’acier lorsque cela est possible, trouver un panneau solaire plus puissant pour pouvoir enlever la batterie… Le récepteur radio a besoin d’une batterie pour fonctionner. Pour combler ce problème de dépendance, il faudrait changer le panneau solaire pour un autre plus puissant afin de remplacer l’énergie des batteries par l’énergie du soleil. • • 22 Conclusion : L’objectif, lors de ce projet était de réaliser un prototype de voiture solaire radiocommandé. Après une rapide étude du produit au travers de différent diagrammes, des recherches personnelles ont été entreprises sur différentes parties/ composants de ce que pourrait contenir une voiture solaire radio guidée (roues, panneaux solaires, radio guidage…). Dans le même temps, les tâches ont été organisées minutieusement entre chaque membre du groupe dans un diagramme de GANTT. Une fois la phase préparatoire effectuée (planification, recherche documentaire et expérimentales…), nous avons chacun évolué à notre rythme s’entraidant dans les moments de difficultés, mais suivant tous un planning réalisée en début de projet. De la simulation 3D au prototypage, nous avons suivi la réalisation de notre véhicule solaire radioguidé. Un cahier des charges à été décidée en début de projet, toutes les contraintes n’ont pas été respectées ; en effet, de nombreux écarts se font sentir. Cependant, les contraintes prioritaires (F0) ont, elles étaient suivies. Ainsi, si l’on peut dire que le prototype n’est pas totalement aboutit, l’objectif principal est atteint. Ce PPE m’a appris la forme du travail d’ingénieur, de la planification des tâches à la réalisation du premier prototype, la majorité des étapes ont été suivies. Nous avons vue le projet se construire petit à petit d’abord en simulation puis en réel. L’organisation des tâches qui étaient le passage le plus important à surement été le passage le plus dur. Cependant, grâce à cette difficulté, la notion d’organisation et de travail en équipe s’est profondément ancrée dans notre esprit. Ce fut un très bon travail en équipe, nous sommes partis confiant, et nous nous en sortons assez satisfait de nous même. 23 Bibliographie : Recherche personnelle : Livre et revue : -Science et vie : n°1039 : avril 2004. -Science et vie Junior : Hors série : 100 inventions pour demain - Science et vie Junior : Hors série : les énergies de demain. - Science et vie Junior : Hors série : 100 mots clés de la science. - Science et vie Junior : Hors série : vivre en 2050. - Science et vie Junior : Prospectus : Solaire. Sites Internet : http://www.photovoltaique.info/Gestion-et-valorisation-des.html#DmantlementetCollecte http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_photovolta%C3%AFque http://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_photovolta%C3%AFque http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16679 http://www.moteurnature.com/voiture-solaire-photovoltaique.php http://www.ecosources.info/dossiers/Voiture_solaire http://www.parolesvaines.fr/un-chinois-construit-la-premiere-voiture-a-energie-solaire/ http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_car?oldid=cur https://www.youtube.com/watch?v=E8sICQ3UxPI http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9cepteur_radio http://fr.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9l%C3%A9commande http://fr.wikipedia.org/wiki/Roue#Les_diff.C3.A9rents_types_de_roues http://www.etab.accaen.fr/Les_embruns/file/cours/technologie/niveau4/Chaine_information_et_Chaine_energie.pdf http://fr.wikipedia.org/wiki/Horloge_%C3%A0_quartz 24