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Examen sur le véhicule électrique de loisir Technologie de fabrication École Po

Examen sur le véhicule électrique de loisir Technologie de fabrication École Polytechnique universitaire de Lille (Polytech Lille) 17 pag. Document shared on www.docsity.com Downloaded by: rihem-souayeh (rihemsouayeh@gmail.com) 1 / 17 BACCALAUREAT GENERAL Session 2007 Série S Sciences de l’ingénieur ETUDE D’UN SYSTEME PLURITECHNIQUE Epreuve orale de contrôle Coefficient : 9 Durée de l’épreuve : 2 heures de préparation + 20 min d’interrogation Sont autorisés les calculatrices électroniques et le matériel nécessaire à la représentation graphique. Aucun document n’est autorisé. Les réponses seront données sur le sujet dans les cadres réservés à cet effet. Il est conseillé de traiter les différentes parties dans l’ordre. VEHICULE ELECTRIQUE DE LOISIR FUN ELEC SOMMAIRE PRESENTATION DU SYSTEME, MISE EN SITUATION ET PROBLEMATIQUE durée conseillée : 10 min pour la lecture des pages 2/17 à 4/17. PREMIERE PARTIE : VITESSE DU VEHICULE ET FREQUENCE DE ROTATION DES ROUES MOTRICES durée conseillée : 15 minutes pages 5/17 et 6/17 (/3 points) DEUXIEME PARTIE : CHOIX DES ELEMENTS SUR LESQUELS IL EST POSSIBLE D’AGIR durée conseillée : 5 minutes page 7/17 (/2 points) TROISIEME PARTIE : MODIFICATION DE FREQUENCE DE ROTATION DU MOTEUR durée conseillée : 50 minutes pages 8/17 à 10/17 (/8 points) QUATRIEME PARTIE : MODIFICATION DU RAPPORT DE REDUCTION DE LA TRANSMISSION durée conseillée : 30 minutes pages 11/17 (/5 points) CINQUIEME PARTIE : COMPARAISON ET CHOIX durée conseillée : 10 minutes page 12/17 (/2 points) ANNEXES : pages 13/17 à 15/17 FORMULAIRE : pages 16/17 et 17/17 Document shared on www.docsity.com Downloaded by: rihem-souayeh (rihemsouayeh@gmail.com) / 17 2 PRESENTATION DU SYSTEME Le FunElec est un quadricycle léger à moteur carrossé à deux places homologué aux nouvelles normes européennes. Il est conçu et fabriqué par la société SECMA implantée à ANICHE, dans le Nord de la France. Il peut se conduire sans permis de conduire dès l’age de 16 ans par les titulaires du brevet de sécurité routière car sa puissance doit être inférieure ou égale à 4 kW et sa vitesse limitée à 45 km/h. Son autonomie est d’environ 40 km. Il est utilisé par des entreprises ou les particuliers dont la propriété s'étend sur une vaste superficie. Tableau de bord Coffre Vue arrière Structure fonctionnelle globale du système TRAITER et COMMUNIQUER Module de gestion Chaîne d’information Ordres de commande Véhicule en position initiale Chaîne d’énergie DISTRIBUER Variateur de vitesse (intégré au module de gestion) CONVERTIR Moteur à courant continu TRANSMETTRE Système pignon-chaîne Action ACQUERIR Contact à clé, potentiomètres accélérateur et limitation vitesse, contacts frein, sens de marche et inhibition pendant charge. Recharge sur réseau EDF Véhicule déplacé Acquisitions Commandes conducteur ALIMENTER Batteries + chargeur Avertisseur sonore Led d’état Indicateur de vitesse Document shared on www.docsity.com Downloaded by: rihem-souayeh (rihemsouayeh@gmail.com) / 17 3 MISE EN SITUATION Description des différents composants participant à la chaîne de transmission de puissance Description de la commande moteur Schéma de câblage Fonctionnement Le variateur électronique de vitesse 4 quadrants programmable Curtis PMC 1227-34xx assure la commande du moteur. Le fonctionnement à haute fréquence rend l'utilisation efficace et silencieuse. La commutation de l’énergie aux bornes de l’actionneur est réalisée par des commutateurs statiques (transistors MOSFET) montés en pont en H (voir formulaire pages 17 et 18) qui permettent de mettre le moteur sous tension lorsqu’il est commandé ou de le mettre hors tension dans le cas contraire. Um MOTEUR ELECTRIQUE PIGNON MOTEUR Z4 = 12 dents PLATEAU Z1 = 48 dents SYSTEME DE FREINAGE SYSTEME DE FREINAGE ARBRE DE ROUES MOTRICES ROUE MOTRICE ( x 2 ) AMORTISSEUR CHAINE SIMPLE DE TRANSMISSION Document shared on www.docsity.com Downloaded by: rihem-souayeh (rihemsouayeh@gmail.com) / 17 4 La commande de l’alimentation du moteur se fait par une commande de type MLI : Modulation de Largeur d’Impulsion (PWM en anglais). Ainsi, la valeur moyenne de la tension appliquée au moteur est liée à la valeur du rapport cyclique de la tension de commande du commutateur statique. Ce rapport cyclique varie en fonction de la rotation de la poignée d’accélérateur (potentiomètre accélérateur 5k). La valeur maximale de ce rapport cyclique est ajustable à l’aide du potentiomètre LIMITATION VITESSE de 100 k. Caractéristiques du variateur  Signal de commande (accélérateur) fourni par un potentiomètre 5kΩ. L'inversion du sens de marche peut se faire automatiquement par la position de l'accélérateur (point milieu pour la position repos) ou bien par un interrupteur.  Entrée de limitation de vitesse par le biais d'un potentiomètre externe.  Courant limité en marche avant/arrière et en freinage régénératif.  Entrée MultiModeTM permettant de sélectionner l'un des deux modes de fonctionnement programmés et ainsi de changer la vitesse, l'accélération, la décélération, le courant limite et la compensation de charge. Il est donc possible d'optimiser les performances du véhicule dans chaque configuration  Entrée de mise hors tension du variateur durant la charge de la batterie.  Gestion par micro contrôleur 8 bits. PROBLEMATIQUE L'adaptation du véhicule à son utilisation sur les terrains de golf nécessite, pour des raisons de sécurité, que sa vitesse maximale soit limitée à 25km/h. Afin de réduire les coûts, cette adaptation ne doit pas engendrer d’importantes modifications du système et de changements des principaux éléments du véhicule (batterie et moteur électrique doivent rester identiques). DEROULEMENT DE L’ETUDE  Calcul de la relation liant la vitesse du véhicule et la fréquence de rotation des roues motrices.  Choix des éléments sur lesquels il est possible d’agir.  1ere solution : modification de fréquence de rotation du moteur  2ème solution : modification du rapport de réduction de la transmission  Conclusion Document shared on www.docsity.com Downloaded by: rihem-souayeh (rihemsouayeh@gmail.com) / 17 5 TRAVAIL DEMANDE Pour toute l’étude, on considère que le mouvement du véhicule FUN ELEC est un mouvement de translation rectiligne uniforme de vitesse V(25 km/h). On suppose que les roues motrices ne patinent pas et donc qu’il y a roulement sans glissement entre le sol et la roue. Dans cette étude, les pièces 2 et 3 font partie du même ensemble cinématique : il n’y a donc pas de mouvement relatif entre elles. Le mouvement de l’ensemble {2,3} sera considéré comme un mouvement de translation rectiligne porté par l’axe des X. La vitesse nominale du moteur électrique est de 2000 trs/min. Le rapport de réduction R de la transmission par chaîne est actuellement de 0,25 et l’entraxe BC du réducteur est de 395 mm. Le plateau est soudé sur l’arbre des roues motrices. Le rayon des roues motrices est 236 mm. 1ère Partie :Calcul de la relation liant la vitesse du véhicule et la fréquence de rotation des roues motrices. Question 1 : Analyse de la chaîne de transmission de puissance Compléter le synoptique suivant : LISTE DE VOCABULAIRE A UTILISER EN GLOBALITE OU EN PARTIE : ENERGIE MECANIQUE DE TRANSLATION -ENERGIE MECANIQUE DE ROTATION -ROUES -ENERGIE ELECTRIQUE -TRANSMISSION PAR CHAINE -MOTEUR ELECTRIQUE CHAINE DE PUISSANCE : ROUES Pu Pt VEHICULE Puissance fournie au véhicule Pv Cr 1 / 2 ω Energie électrique ……………… ……………… ……………… ……………… …………… …………… ……………… ……………… ……………… ……………… Ct 1 / 2 ω …………… …………… 8 Ressort de l’amortisseur 7 Tige de l’amortisseur 6 Corps de l’amortisseur 5 Chaîne 4 Arbre moteur Pignon Z4 = 12 dents 3 Châssis 2 Bras oscillant 1 Roue Motrice Plateau Z1 = 48 dents Rep Désignation C 0 1 2 3 4 5 6 8 X Y A B D E F Z Plateau Document shared on www.docsity.com Downloaded by: rihem-souayeh (rihemsouayeh@gmail.com) / 17 6 Question 2 : De quoi dépend la vitesse du véhicule ? Définir le mouvement de 1/2. Définir le mouvement de 2/0.(ATTENTION AUX HYPOTHESES) Trouver une relation vectorielle entre VA1/0, VA2/0 et VA2/1. VA1/0 Que signifie l’hypothèse roulement sans glissement en A ? Conclure Que faut-il faire pour diminuer cette vitesse ? Question 3 : Relation entre || VA1/2|| et ω1/2 Donner une relation entre ces deux grandeurs. Question 4 : Valeur maxi de ω1/2 dans la nouvelle utilisation.(25 km/h) Calculer ω1/2. (Ne pas oublier de préciser l’unité !) Document shared on www.docsity.com Downloaded by: rihem-souayeh (rihemsouayeh@gmail.com) / 17 7 2ème Partie : Choix des éléments sur lesquels il est possible d’agir Question 5 : Que faire pour diminuer la vitesse afin de respecter le cahier des charges fonctionnel pour utiliser ce véhicule sur un parcours de golf ? Compléter le tableau en vous référant aux deux exemples donnés. ELEMENTS OUI NON ROUES QUE FAIRE ? Il faudrait diminuer le diamètre des roues motrices. Conséquences : Cette modification engendrerait une baisse de la distance entre le sol et le châssis. SI NON, JUSTIFIER : TRANSMISSION PAR CHAINE QUE FAIRE ? Conséquences : SI NON, JUSTIFIER : BRAS OSCILLANT QUE FAIRE ? Conséquences : SI NON, JUSTIFIER : MOTEUR QUE FAIRE ? Conséquences : SI NON, JUSTIFIER : VARIATEUR ELECTRONIQUE QUE FAIRE ? Conséquences : SI NON, JUSTIFIER : BATTERIES QUE FAIRE ? Conséquences : SI NON, JUSTIFIER : Non respect du cahier des charges Document shared on www.docsity.com Downloaded by: rihem-souayeh (rihemsouayeh@gmail.com) / 17 8 3ème Partie : 1ère solution : Modification de la tension d’alimentation du moteur Les caractéristiques du moteur (annexe uploads/s1/docsity-examen-sur-le-vehicule-electrique-de-loisir 1 .pdf