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DS n°1 : 1 er octobre 2016 Récupération d'énergie au freinage sur véhicules électriques (d'après Centrale-Supélec MP 2012) MP DS-0-PSI*-17 septembre 2016 sujet Page 1 Pour réduire l’empreinte carbone du secteur transport des particuliers, plusieurs constructeurs automobiles développent des véhicules électriques avec des systèmes de récupération d’énergie au freinage. Le principe de récupération d’énergie est identique chez tous les constructeurs mais la réalisation et les algorithmes diffèrent quelque peu. Le support utilisé comme illustration de ce principe innovant est la Renault « Fluence Zéro Émission » commercialisée courant 2012 en Europe. Afin de respecter la confidentialité du développement de ce véhicule, les données ont été modifiées pour les besoins de ce sujet et les cas d’usage étudiés sont limitatifs. Figure 1 Bilan énergétique d’un véhicule électrique Les chiffres de la figure 2 correspondent à un point de fonctionnement moyen pour un cycle de roulage donné et ne doivent pas être généralisés. I. Vérification de la pertinence de la récupération d’énergie au freinage Objectif : Valider la pertinence d’un système de récupération d’énergie au freinage et mettre en évidence les limites d’un freinage purement électrique. I.1. Analyse fonctionnelle externe Afin de minimiser la consommation électrique des véhicules électriques, une solution consiste à récupérer l’énergie cinétique et/ou potentielle du véhicule lors des phases de freinage. Pour cela, on exploite la réversibilité de la chaîne d’énergie électrique en faisant fonctionner l’actionneur électrique de la chaîne de transmission en mode générateur. Le système de récupération d’énergie lors des freinages obéit au cahier des charges suivant : Figure 2 Diagramme de contexte Batterie Consommateurs Pertes 4 % Electronique Puissance Pertes 20 % Machine Electrique Chaîne Transmission Énergie récupérée ~30% Pertes 5 % Pertes 5 % Pertes Résistance Roulement 12% Pertes Aérodyna miques 18% Pertes dans les freins mécaniques 40% en l’absence de récupération Énergie récupérable 40%

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DS n°1 : 1er octobre 2016

Récupération d'énergie au freinage sur véhicules électriques

(d'après Centrale-Supélec MP 2012)

MP

DS-0-PSI*-17 septembre 2016 sujet Page 1

Pour réduire l’empreinte carbone du secteur transport des particuliers, plusieurs constructeurs automobiles développent des véhicules électriques avec des systèmes de récupération d’énergie au freinage. Le principe de récupération d’énergie est identique chez tous les constructeurs mais la réalisation et les algorithmes diffèrent quelque peu. Le support utilisé comme illustration de ce principe innovant est la Renault « Fluence Zéro Émission » commercialisée courant 2012 en Europe. Afin de respecter la confidentialité du développement de ce véhicule, les données ont été modifiées pour les besoins de ce sujet et les cas d’usage étudiés sont limitatifs.

Figure 1 Bilan énergétique d’un véhicule électrique

Les chiffres de la figure 2 correspondent à un point de fonctionnement moyen pour un cycle de roulage donné et ne doivent pas être généralisés.

I. Vérification de la pertinence de la récupération d’énergie au freinage

Objectif : Valider la pertinence d’un système de récupération d’énergie au freinage et mettre en évidence les limites d’un freinage purement électrique.

I.1. Analyse fonctionnelle externe

Afin de minimiser la consommation électrique des véhicules électriques, une solution consiste à récupérer l’énergie cinétique et/ou potentielle du véhicule lors des phases de freinage. Pour cela, on exploite la réversibilité de la chaîne d’énergie électrique en faisant fonctionner l’actionneur électrique de la chaîne de transmission en mode générateur. Le système de récupération d’énergie lors des freinages obéit au cahier des charges suivant :

Figure 2 Diagramme de contexte

Batterie

Consommateurs Pertes 4 %

Electronique Puissance

Pertes 20 %

Machine Electrique

Chaîne Transmission

Énergie récupérée ~30%

Pertes 5 % Pertes 5 %

Pertes Résistance Roulement

12%

Pertes Aérodynamiques

18% Pertes dans les freins

mécaniques 40% en l’absence de

récupération

Énergie récupérable

40%

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DS-1-MP-1er octobre 2016 sujet Page 2

Fonctions Énoncé Critères Niveaux

FS1 Assurer la décélération du véhicule imposée par le conducteur

Freinage nominal en cycle urbain

Route horizontale

Vitesse initiale 50 km.h

-1

Distance d’arrêt 50 m

FS2 Récupérer une quantité optimale d’énergie dans la batterie

Minimum d’énergie économisée par rapport à un véhicule électrique traditionnel sur une séquence urbaine type

25 % d’énergie économisée

FS3 Assurer le confort du conducteur et de ses passagers

Décélération en régime permanent à la levée du pied

2 m.s

-2

Limitation des à-coups

Premier dépassement en décélération inférieur à 50% de la valeur en régime permanent, lors d’un freinage nominal

Limitation des vibrations

Moins de 5 oscillations en décélération en dehors de la bande 5% autour de la courbe

gabarit

FS4 Arrêter le véhicule en toute sécurité

Mode freinage mécanique privilégié lors d’un freinage d’urgence

Pour une vitesse initiale de 50 km

.h

-1, la distance d’arrêt

maximale doit être de 15 m

On appelle séquence urbaine type, un trajet entre deux feux tricolores, en ligne droite, sur une route horizontale et composé :

d’une phase d’accélération de 10km h à 150km h (durée 1 0 at t t ),

d’un parcours de 500m à une vitesse constante de 0 50 /V km h (durée 2 1t t ),

puis d’une phase de décélération (durée 3 2 ft t t ) avec arrêt au feu à l’instant 3t en respectant la

situation de freinage nominal évoquée précédemment.

La décélération commandée par la levée du pied de la pédale d’accélérateur, correspond au « frein moteur » d’un véhicule thermique. Pour des raisons de confort et d’habitude de conduite, elle est choisie proche de 2 m

.s

-2. Cette

valeur est légèrement supérieure à celle obtenue par le frein moteur d’un véhicule thermique. De plus, cette décélération a l’avantage d’être très reproductible, contrairement à celle d’un véhicule thermique qui est fonction notamment de la vitesse engagée. Sur un véhicule électrique, le compte-tours est remplacé par un compteur dédié aux informations relatives à l’autonomie, en particulier le niveau de charge de la batterie.

Q1. Indiquer trois raisons incitant les usagers des véhicules électriques à décélérer sans utiliser la pédale de frein, par rapport aux habitudes de conduite d’un véhicule thermique.

I.2. Étude de la séquence urbaine type

On adopte un modèle ramené dans le plan ( , )x y , dans la mesure où l’on considèrera que le véhicule se déplace

en ligne droite horizontale.

Figure 4 Paramétrage

On note : ( / ) ( )hvéhicule sol tV V x la vitesse du véhicule par rapport au sol et

( / ) ( )véhicule sol t x l’accélération du véhicule par rapport au sol.

Q2. Dans le cas d’un freinage nominal, 2( ) 2nt m s , déterminer la distance parcourue en partant d’une

vitesse initiale 1

0 50V km h . Conclure au regard des critères du cahier des charges.

Pour simplifier, on considère que la phase d’accélération de 0 à 150km h se fait avec l’accélération 2

( ) ( ) 2nt m s .

x

y

z

( / ) ( )

0, ( ) 0

h

h

véhicule sol t

t t

V V x

V

Figure 3

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DS-1-MP-1er octobre 2016 sujet Page 3

Q3. Tracer l’évolution temporelle de la vitesse ( )h tV du véhicule par rapport au sol en fonction du temps sur la

séquence urbaine type et définir son expression en fonction de n , 0V et 2t sur chaque intervalle de temps 0 1,t t ,

1 2,t t et 2 3,t t . Donner les valeurs numériques des durées 1 0 at t t , 2 1t t et 3 2 ft t t .

I.3. Pertinence de la récupération d’énergie au freinage

Pour valider la pertinence d’un système de récupération d’énergie au freinage, on se propose d’évaluer la quantité d’énergie fournie par la batterie puis restituée à la batterie au cours d’une séquence urbaine type. Le véhicule étudié a une masse 1600M kg .

Des calculs énergétiques, que nous justifierons un peu plus tard dans l’année, permettent d’aboutir aux résultats suivants :

Energie fournie par la batterie pendant la phase d’accélération de 0 à 1

0 50V km h :

0 50 0,230elecE MJ

Energie fournie par la batterie pendant la phase à vitesse constante : 50 0,158elecE MJ

Energie récupérée (d’où le signe négatif) par la batterie lors de la phase de freinage nominal, en exploitant

la réversibilité de la chaîne de transmission : 50 0 0,108elecE MJ

Q4. En déduire alors la pertinence du système de récupération d’énergie électrique.

I.4. Limites du freinage électrique

Soit ( )F F tC C z , le couple de freinage uniquement exercé sur la paire de roues avant du véhicule. La chaîne

d’énergie du véhicule étudié entraine uniquement l’essieu avant. Lors d’une phase de freinage, en négligeant

l’inertie des roues, nous obtenons 960FC Nm .

Dans une situation de freinage nominal, le couple de freinage électrique demandé à la machine électrique est assimilé à un échelon afin de représenter la soudaineté des situations classiques de freinage. Dans la phase de conception du système de récupération d’énergie au freinage, les ingénieurs réalisent des essais sur un véhicule électrique, exploitant la réversibilité de la chaîne d’énergie de traction électrique. Au cours de ces essais, il est possible d’acquérir la mesure de l’accélération du véhicule lorsqu’on impose une variation en échelon du couple de freinage au niveau du moteur électrique. La courbe d’essai figure 5 a été obtenue lors d’une

décélération d’environ 22m s .

Figure 5 Mesure de la décélération longitudinale d’un véhicule freiné (tout électrique)

Q5. A partir de la courbe de la figure 5, analyser les performances du système de freinage électrique, sans commande adaptée, et les comparer à celles du cahier des charges.

Conclusion : le système de freinage électrique doit donc être complété par une commande adaptée et par des freins à disque sur les quatre roues. En effet, un freinage électrique uniquement sur les roues avant ne permet pas de satisfaire les performances demandées en cas de freinage d’urgence (il y aurait glissement des roues avant par rapport à la route).

Remarque : il n’est pas possible de se dispenser des freins à disque pour deux autres raisons : la première est que la batterie peut être pleine et ne peut donc récupérer l’énergie cinétique du véhicule ; la deuxième est qu’à bas régime, la capacité de freinage de la machine électrique est insuffisante.

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DS-1-MP-1er octobre 2016 sujet Page 4

II. Validation d’une solution utilisant un freinage mixte électrique et friction

Objectif : analyser la structure de la chaîne d’énergie de freinage mixte électrique et friction et discuter de sa pertinence.

Figure 6 Diagramme d’exigence du système de gestion de l’énergie.

II.1. Structure de la chaîne d’énergie envisagée

Objectif : analyser la structure du dispositif de récupération d’énergie lors d’un freinage.

Figure 7 Chaîne de conversion énergétique de la Renault Fluence Z.E.

Afin de satisfaire aux exigences du CdCF, le véhicule comporte une chaîne de conversion d’énergie réversible et un système classique de freinage par friction, actionné électriquement. Ce dernier équipe chacune des quatre roues du véhicule et sera simplement désigné dans la suite par le terme « système de freinage par friction ».

7 : Freins à disque

1: Batterie

5 : Arbres de transmission

Motorisation

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La figure 8 donne le diagramme de définition des blocs de la fonction « Gérer l’énergie ».

Q6. Compléter, sur le document réponse, les structures de la chaîne d’énergie lors d’une phase de traction et lors d’une phase du freinage du véhicule électrique muni d’un système de récupération d’énergie associé à des freins dissipatifs à disque. Pour simplifier, on considérera que le véhicule se déplace sur une route horizontale (l’énergie potentielle est donc constante).

Conclusion : la structure de la chaîne d’énergie mettant en œuvre les deux actionneurs (machine électrique et freins à disque) étant connue, il est maintenant nécessaire de déterminer la loi de commande permettant de satisfaire les exigences du CdCF.

Figure 8 Diagramme de définition des blocs du « Système de gestion de l’énergie »

II.2. Loi de mise en œuvre des deux actionneurs

En vue de respecter les performances liées au confort du conducteur et de ses passagers, il est nécessaire de mettre en place une structure de commande qui assure la réalisation de la totalité de l’effort de freinage souhaité par le conducteur tout en optimisant l’énergie récupérée, voir figure 9.

Objectif : Comprendre l’influence du filtrage sur la récupération d’énergie.

On note :

fcC la consigne de couple de freinage total ;

ecC la consigne de couple imposée au système de freinage électrique ;

fricC la consigne de couple imposée au système de freinage par friction.

Figure 9 Structure de commande à deux actionneurs

Le filtrage proposé est un filtre du premier ordre, dont la fonction de transfert dans le domaine de Laplace

s’écrit :1

1( )

1filtrageH p

p

avec 1 en seconde.

La décélération nominale conduit à une expression du couple de freinage au niveau des roues, à répartir entre les

deux actionneurs, sous la forme : ( ) Ffc

CC p

p , FC constante en N m .

Q7. Déterminer les expressions, dans le domaine de Laplace, des consignes de couples théoriques ( )ecC p et

( )fricC p en fonction de FC , puis donner l’expression temporelle de ecC .

+ -

Acquérir et interpréter la volonté de freinage

du conducteur

Capteur de position des pédales de frein et d’accélérateur et

calculateur

Filtrage fcC ecC

fricC

Élaborer les consignes de couple des deux

actionneurs

Pédales de frein et d’accélérateur

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L’évolution de l’énergie récupérée dans la batterie en fonction de la constante de temps du filtrage 1 est donnée

sur la figure 9.

Energie recupérée en Joules

85000

90000

95000

100000

105000

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Temps t1 (s)

Figure 10 Évolution de l’énergie récupérée en fonction de 1

Q8. En utilisant la courbe de la figure 10, déterminer la valeur maximale de 1 permettant de satisfaire le cahier

des charges en terme de récupération d’énergie au freinage. Conclusion : il est maintenant nécessaire de vérifier la pertinence de cette structure de commande sur la limitation des à-coups et des vibrations pour valider les critères du cahier des charges.

III. Modèle du véhicule et des actionneurs en phase de freinage

Objectif : déterminer et valider un modèle du véhicule et des actionneurs afin de l’utiliser pour prévoir le comportement du système de freinage muni des deux actionneurs.

III.1. Paramétrages

III.1.1. Schéma de la transmission

Figure 11 - Modélisation de la transmission à deux types d’actionneurs

Transmission flexible

Réducteur r = 0,1

Roues avant freinées par la machine électrique et les freins à friction

Roues arrière freinées par les freins à

friction

m mr r

Machine électrique

x

z

y

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III.1.2. Paramétrage cinématique

Grandeur Notation Valeur

Angle de rotation du rotor de la machine électrique par rapport au stator

( )m t z avec ( ) 0m t

Angle de rotation des roues par rapport au châssis du véhicule

( )r t z avec ( ) 0r t

Décélération du véhicule ( )t x avec ( ) 0t

Rapport de réduction du réducteur r 0,1r

Rayon des roues rR 0,3rR m

Vitesse du véhicule par rapport au sol ( )h tV x avec ( ) 0h tV

III.1.3. Paramétrage des masses et inerties

Grandeur Notation Valeur

Masse totale du véhicule (incluant l’ensemble de la transmission)

M 1600kg

Inertie du rotor de la machine électrique autour de son axe de rotation mJ 20,034 .mJ kg m

Inertie de deux roues d’un même essieu autour de leur axe de rotation rJ

21,5 .rJ kg m

Masses et inerties de la transmission flexible et du réducteur

négligées

III.1.4. Paramétrage des actions mécaniques

Grandeur Notation Valeur

Couple imposé par le stator de la machine électrique sur le rotor (rechargeant la batterie)

meC z avec 0meC

Couple de freinage de friction imposé par les freins à disque sur l’ensemble des deux roues avant

friC z avec 0friC

Couple de freinage de friction imposé par les freins à disque sur l’ensemble des deux roues arrière

friC z avec 0 , rapport du

répartiteur de freinage

est constant pour une

décélération constante

La transmission ayant un comportement élastique, elle sera modélisée par un dispositif ressort-amortisseur. Elle est donc caractérisée par :

un coefficient de raideur en torsion k ramené sur l’arbre des roues ;

un coefficient d’amortissement en torsion ramené sur l’arbre des roues.

III.2. Traduction d’un modèle de connaissance sous la forme d’un schéma bloc

L’application des théorèmes fondamentaux de la dynamique permet d’obtenir les équations 1 et 2, dans lesquelles

les paramètres et k restent inconnus :

m r mm me r mJ C r k r r

équation 1

(1 )r r meq fri r mJ C k r r

équation 2 avec 2147 .eqJ kg m

Q9. Quelle est la relation entre thV vitesse du véhicule et tr ou tr vitesse de rotation des roues. En

déduire la relation en ( )t et tr .

Q10. A partir des équations fournies et celle déterminée à la question précédente, compléter alors le schéma bloc de la transmission et du véhicule sur le document réponse.

Conclusion : à ce stade, les coefficients k et de la transmission restent inconnus et doivent être identifiés

grâce à des essais.

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III.3. Identification d’un modèle de comportement

Objectif : identifier les paramètres d’un modèle de comportement proche du modèle de connaissance.

Afin d’identifier les coefficients de raideur et d’amortissement en torsion de la transmission, on utilise la réponse expérimentale du système à un échelon de couple de freinage au niveau de la machine électrique, présentée dans la première partie.

Q11. Dans le cas où 0friC , déterminer la fonction de transfert ( )

( )( )

FE

me

pp

pH

C

, puis exprimer cette fonction

numériquement, uniquement en fonction de et k , sous forme canonique.

La réponse expérimentale en accélération à un échelon d’amplitude inconnue en couple est rappelée sur le document réponse, avec un zoom sur le régime transitoire. Q12. Dans un premier temps, en assimilant ce système à un système du second ordre du

type2

2

0 0

( )2

1

FEFE simplifiée

FE

FE FE

KH p

pp

, et en se servant de l’abaque du document réponse, proposer des valeurs

identifiées de 0FE

et de FE puis en déduire les valeurs de k et de .

III.4. Validation du modèle de connaissance

Objectif : valider les coefficients identifiés par un retour sur le modèle de connaissance.

On affine le modèle avec la forme complète de ( )FE pH trouvée à la question 10 et on prend en compte la

dynamique de la machine électrique, qui peut être modélisée sous la forme d’un premier ordre de constante de

temps 20me ms . Après quelques itérations, on optimise les valeurs de k et de puis on procède à une

simulation (figure 12).

-3,5

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

Temps en seconde

Accélé

rati

on

en

m.s

-2

Figure 12 Simulation de la décélération longitudinale du véhicule pour un modèle sans les freins à friction

Q13. Valider le modèle de connaissance identifié. Conclusion : on dispose maintenant d’un modèle de connaissance du comportement dynamique du véhicule en phase de freinage. Ce modèle permet de procéder à une simulation pour déterminer une commande du système de freinage.

IV. Limite du filtrage et mise en place d’une correction par amortissement actif

IV.1. Limite du filtrage

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Objectif : Mettre en évidence les limites de l’action de filtrage.

On procède à une simulation, à l’aide du modèle dynamique et de la structure de commande rappelée figure 12. La dynamique du système de freinage à friction est prise en compte sous la forme d’un premier ordre de constante

de temps 40fri ms .

On note mecC la consigne de couple imposée à la machine électrique.

Figure 13 Structure de commande des deux actionneurs

En freinage nominal et pour les constantes de temps de filtrage 1 0,1s , 0,2 s et 0,3s : la figure 14 décrit :

les décélérations simulées ;

les écarts entre la décélération simulée et la courbe gabarit.

Q14. Quelle est la condition sur 1 permettant de respecter le cahier des charges en terme de vibrations ? En se

référant à la réponse de la question 8, que peut-on dire de l’effet de 1 sur les performances des fonctions de

service FS2 et FS3 ?

-3,5

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60

Temps en seconde

Accélé

ration e

n m

.s-2

t1=0,1 s

t1=0,2 s

t1=0,3 s

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60

Temps en seconde

Ecart

en a

ccélé

ratio

n p

ar

rapport

à la

courb

e g

abarit

en m

.s-2

t1=0,1 s

t1=0,2 s

t1=0,3 s

Figure 14 Simulations de l’accélération en fonction de la constante 1

+ -

Acquérir et interpréter la

volonté de freinage du conducteur

Capteur de position des pédales de

frein et d’accélérateur et

calculateur

Filtrage fcC mecC

Élaborer les consignes de couple des deux actionneurs

fricC Pédales de frein et d’accélérateur

ecC r

Accélération du véhicule

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On choisit définitivement pour la suite une constante de temps pour le filtrage 1 0,1s

IV.2. Implantation d’un asservissement de la vitesse angulaire de la machine électrique

Afin de limiter les vibrations et de respecter les performances associées à la fonction de service FS3, la commande proposée précédemment est enrichie. Dans cette commande évoluée, les actionneurs sont commandés par une régulation de la vitesse angulaire de la machine électrique, comme le montre la structure de la figure 14.

IV.2.1. Cahier des charges de l’asservissement

Les performances associées à la fonction de service FS3 sont désormais traduites en terme de spécifications dédiées à l’asservissement :

FS3

Assurer le confort du conducteur et de ses

passagers

Limitation des à-coups

Premier dépassement en décélération inférieur à 50% de la valeur en régime permanent, lors d’un freinage nominal

Limitation des vibrations

Amortissement des différents modes de vibrations en Boucle Fermée

0,3

IV.2.2. Insuffisance de l’amortissement sans asservissement

Objectif : Confirmer l’insuffisance de l’amortissement en l’absence de régulation en vitesse du moteur électrique à l’aide des spécifications d’asservissement.

En l’absence d’asservissement en vitesse, il est possible de calculer les pôles de la fonction de transfert :

( )

( )sanscorrection

fc

p

pFTBF

C

. Les résultats de ce calcul sont :

1 2 3 4 5 61 621000 ; 50 ; 25 ; 10 ; 1,96 40 ; 1,96 40p p p p p p j p j

On rappelle que pour les pôles complexes conjugués, il est possible de calculer le facteur d’amortissement i et la

pulsation 0i associés, en utilisant la propriété :

2

0 01i i i i ip j , ip pôles complexes conjugués.

Q15. Justifier que le système non asservi est stable. Que peut-on dire des pôles 4p , 5p et le couple 61p et 62p par

rapport aux pôles 1p , 2p et 3p ? Calculer alors le facteur d’amortissement 6 associé aux pôles complexes

conjugués 61p et 62p . Conclure quant au respect du cahier des charges.

IV.2.3. Élaboration de la commande asservie en vitesse

Objectif : L’insuffisance de l’amortissement en l’absence de régulation étant confirmé, on se propose de rechercher une correction appropriée.

Afin d’amortir correctement les modes oscillants, et en optimisant la récupération d’énergie, on décide de ne compenser que les variations de couple de décélération. La structure de cette commande est donnée figure 15.

Figure 15 Structure de la commande asservie

Dans la mesure où le système comporte deux entrées et deux sorties, on admettra que la Fonction de Transfert en

Boucle Ouverte Non Corrigée vis-à-vis de la vitesse de rotation du moteur s’écrit : ( )

( ) mnc

FTBOnc

p pFTBO p

E

.

+ -

1

1

1 p

fcC mecC

Élaborer les consignes de couple des deux actionneurs

fricC

Accélération du véhicule

+ +

Correcteur

m

FTBOncE

ecC r

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DS-1-MP-1er octobre 2016 sujet Page 11

Après calcul, simplifications et factorisations, l’expression numérique de cette Fonction de Transfert est :

2

1 0,22 1 0,180,46( )

1 0,02 0,00068 0,0028 1nc

p pFTBO p

p p p p

Les diagrammes de Bode (b1) de cette fonction de transfert en Boucle Ouverte sont tracés sur le document réponse. Q16. Tracer, en justifiant votre démarche, les diagrammes de Bode asymptotiques par-dessus les diagrammes de Bode réels b1. On justifiera très précisément les tracés, la méthode utilisée ainsi que les valeurs caractéristiques. Justifier le pic de résonance visible sur le diagramme de Bode réel. Les tracés seront effectués en BLEU.

Un correcteur du type « double dérivée filtrée » est alors envisagé. Sa fonction de transfert s’écrit : 2

2

2

( )(1 )

pC p K

p

. On choisit 2 0,1s .

Q17. Tracer, sur le document réponse, les diagrammes de Bode (b2) asymptotiques du correcteur, en prenant K=1. Les tracés seront effectués en VERT. Q18. Tracer, sur le document réponse, les diagrammes de Bode (b3) asymptotiques de la fonction de transfert corrigé, en prenant K=1. Les tracés seront effectués en ROUGE. Un réglage optimal du correcteur, graphiquement, permet d’opter pour la valeur K=0,0125, que l’on admettra pour la suite du devoir.

IV.3. Validation de l’effet du correcteur en Boucle Fermée

A partir de la commande déterminée précédemment, il est possible de calculer les pôles de la fonction

( )

( )aveccorrection

fc

p

pFTBF

C

et de simuler la réponse temporelle en accélération du système, sans correction et corrigée

(figure 15). Les pôles sont alors :

1 2 3 4 55000 ; 1000 ; 22,6 ; 10 ; 7,8p p p p p

61 62 71 7120 50 ; 20 50 ; 14 14 ; 14 14p j p j p j p j

Q19. Vérifier que la commande ainsi réglée devrait permettre de satisfaire les exigences du cahier des charges pour la fonction de service FS3.

Figure 16 Simulation de l’accélération, avec et sans correction

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V. Conclusion de l’étude

Le graphe de la figure 16 est l’enregistrement temporel expérimental de la décélération obtenue pour un véhicule prototype équipé d’une structure de commande avec correcteur anti-à-coup proche de celle déterminée précédemment.

-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Temps en seconde

Accélé

ration e

n m

.s-2

-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Temps en seconde

Accélé

ration e

n m

.s-2

Figure 17 Réponses en accélération expérimentales, avec et sans correction

Q20. Vérifier que le système de récupération d’énergie au freinage satisfait les exigences du cahier des charges pour la fonction de service FS3. Q21. Proposer une synthèse de l’ensemble de la démarche utilisée par concevoir la structure optimale du système de récupération d’énergie au freinage sur un véhicule électrique.