Activités Pratiques EE

B. Aublin / D. Guérin 1/7 STI2D EE Eiffel Dijon

Nom :

CI 4

Modélisation d’une chaîne d’énergie

AP1

Titre

SCOOTER EVT

3h00

Problématique

L’exigence de franchissement est-elle respectée pour le scooter EVT ?

Objectifs

Modéliser le comportement en vitesse d’un scooter électrique,

Mettre en œuvre le logiciel de simulation Matlab Simulink (Simscape).

1 Données du cahier des charges du scooter EVT

technologie

Caractéristiques

Moteur

Batterie

Vitesse

mode Eco :

Mode Puissance :

Franchissement

Roue

Diamètre 40 cm

Poids à vide

Poids en charge

2 Description de la machine à courant continu du scooter EVT

constructeur

technologie

actionneur

Paramètres électriques

Paramètres mécaniques

Résistance d’induit R (Ω)

Moment d’inertie de la roue J (kg.m²)

0.1

Inductance de l’induit L (H)

Grandeurs électriques nominales

Constant de f.e.m

Tension nominale U (V)

Constante k (V/rd/s)

Courant nominal I (A)

Grandeurs mécaniques

Tableau 1

Vitesse nominale nn (tr/min)

Q1 Calcul de la vitesse nominale de la machine à courant continu

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B. Aublin / D. Guérin 2/7 STI2D EE Eiffel Dijon

Q2 Calcul de la valeur nominale de l’intensité du courant dans la machine à courant continu

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3 Mesure des paramètres de la machine à courant continu : R, L , k.

3.1 Mesure de la constante de fem

Démarche mise en œuvre

Instrumentation

variable mesurée

ordre de grandeur attendu

Instrumentation utilisée

repère

Schéma de câblage

Points d’observation du courant moteur

(fils par paire, passer ensemble ceux de couleurs rouge et noire

Points de mesure

(tension moteur entre les bornes rouge et bleue)

B. Aublin / D. Guérin 3/7 STI2D EE Eiffel Dijon

dans la boucle de la sonde de courant).

Q3 Compléter le tableau de mesures

U (V)

I (A)

n (tr/mn)

Q4 Reporter les mesures dans le fichier Mesure_de_k.xls et donner la valeur de la constante de f.e.m

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Q5 Compléter le tableau 1

3.2 Mesure de la résistance et de l’inductance

Un essai a été effectué et est à votre disposition dans le fichier Essai_rotor_bloqué.xls.

Q6 Déduire le calcul de la résistance et de l’inductance à partir de l’essai proposé.

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Q7 Compléter le tableau 1.

4 Modélisation dans Matlab_Simulink

4.1 Scooter sur la béquille

Le premier modèle a pour but de vérifier la conformité du modèle à l’essai effectué pour la mesure de k.

Des ajustements de la tension batterie seront nécessaires pour ajuster le modèle à l’état de charge des batteries.

Rappel, pour trouver les éléments du modèle,

Clic Library Browser

rechercher en tapant le nom de l’élément

Q8 Quel est le coefficient de conversion K de m/s en km/h ?

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B. Aublin / D. Guérin 4/7 STI2D EE Eiffel Dijon

Q9 Lancer la simulation (temps de simulation 30 secondes) et lire la vitesse atteinte par le scooter en km/h ?

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Q10 En combien de secondes la vitesse maximum est-elle atteinte ? (le constructeur donne 15s) expliquer les écarts.

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Q11 A quelle valeur ajuster la tension batterie pour retrouver l’essai de mesure de la constante k ?

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4.2 Scooter avec conducteur

Sur la béquille, le moteur a une inertie très faible (0,1 kg.m2). Si on veut tenir compte dans le modèle de l’inertie due au poids du

scooter et du conducteur, il faut compléter le modèle par une inertie équivalente  calculée à partir de l’énergie cinétique.

  

  

   avec la relation ente la vitesse linéaire du scooter et angulaire de la roue    

en remplaçant :  



   on trouve    

Q12 Calculer l’inertie équivalente  si vous êtes le conducteur du scooter.

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Q13 Compléter l’inertie équivalente  avec sa nouvelle valeur dans le modèle matlab

Q14 En combien de secondes la vitesse maximum est-elle atteinte ? ((le constructeur donne 15 secondes sur terrain plat)

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4.3 Simulation du franchissement

Sur la route, le scooter doit vaincre 3 forces :

 Force Aérodynamique

 Force liée à la pente

 Force de roulement (déformation des pneus)

B. Aublin / D. Guérin 5/7 STI2D EE Eiffel Dijon

Pour simuler ces trois efforts, Il faut ajouter au modèle une charge (source de force idéale).

Le port S de la charge permet de rentrer la valeur de l’effort, variable selon la pente. Le bloc Signal

Builder permet de dessiner le profil d’effort attendu : sur le plat, pente à 8% et pente à 15 %.

Force aérodynamique

Cx = 0,8 ; Surface frontale S = 0,9 m² ; densité de l’air à 20°C



= 1,2kg/m3

Q15 Calculer la force aérodynamique pour la vitesse trouvée précédemment.

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Force liée à la pente

Masse totale : M=Scooter + conducteur (vous) : Gravité g=9,81 m/s2

une pente à 8%, correspond à une élévation de 8m sur une distance de 100m

Ce qui correspond à la tangente de l’angle θ

   

   soit       et    

Q16 Calculer la force liée à la pente de 8%

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Q17 Calculer la force liée à la pente de 14%

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Force de roulement

Coefficient de résistance au roulement Rf = 0,03 ; Masse totale : M=Scooter + conducteur (vous) : Gravité g=9,81 m/s2

Q18 Calculer la force de roulement

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Q19 Compléter le tableau

Route

Force aerody.

Force roul.

Force pente

Total

plat

pente à 8%

pente à 14%

Q20 Dessiner le graphe des efforts dans Signal Builder (Attention, les efforts s’opposent au mouvement, les compter négatifs)

θ

8 m