Comparaison entre deux méthodes de freinage intégrant un système de récupération d’énergie pour le véhicule

Ce chapitre présente la comparaison entre deux méthodes de freinage pour un véhicule électrique à deux roues-moteurs avant. La première méthode consiste à réguler le taux de glissement des roues lors du freinage en utilisant une commande par mode de glissement. La seconde méthode proposée par nos travaux est basée sur les contraintes apportées par la règlementation ECE R13H pour un véhicule type M1. La récupération se fera au niveau des moteurs-roues avant entraînant le véhicule de puissance 30 kW chacun. Les dimensions du véhicule électrique qu’on a pris en compte est celui d’une Nissan Leaf®. Le modèle du véhicule sera développé et l’ensemble des équations régissant la cinématique et la dynamique du véhicule sera détaillé. Ce modèle sera ensuite intégré dans le logiciel Matlab/Simulink® et servira à simuler le véhicule et d’afficher les grandeurs cinématiques et dynamiques caractéristiques. Les simulations seront performés dans des conditions de freinage les plus extrêmes et pour des types de routes variés. Pour une vitesse initiale de 80 km/h, les résultats de simulation démontrent que la méthode basée sur les contraintes ECE R13H est meilleure que celle de la méthode par commande par mode de glissement des coefficients de glissement des roues en termes de quantité d’énergie récupérée. La stabilité de freinage est aussi discutée et détaillée.

L’objectif principal de notre étude concerne la comparaison entre deux méthodes de freinage régénératif en termes de stabilité et de récupération potentielle d’énergie selon plusieurs types et conditions de route. Dans un premier temps, une étude détaillée des forces principales responsables du freinage, de la traction et de la manœuvrabilité d’un véhicule développées au point de contact entre les pneus et la route s’avère nécessaire. En effet, le système de contrôle de forces de freinage adopté est basé sur la régulation du coefficient de glissement afin de maximiser ces forces de contact durant une opération de décélération. Le coefficient glissement est la différence entre la vitesse du véhicule et la vitesse tangentielle du pneu au contact. A tout instant, ces vitesses ainsi que d’autres paramètres cinématiques doivent être calculés. En fonction de l’état de la route, ce coefficient définira aussi le coefficient de friction. Le calcul de la charge normale sur chaque pneu est aussi indispensable pour pouvoir exprimer en temps réel les forces de friction. La charge normale de chaque roue découle de plusieurs autres paramètres cinématiques (angle/vitesse/accélération selon plusieurs axes,…) qui doivent aussi être identifiés. L’établissement des modèles cinématique et dynamique du véhicule est un passage nécessaire pour développer le modèle du véhicule. Ce modèle sera utilisé lors des simulations de freinage brusque et de traction. La méthode de commande de freinage proposée est basée sur les contraintes ECE R13H. L’objectif annoncé est d’assurer une capacité de récupération d’énergie maximale pour le véhicule à traction avant. En d’autres termes, c’est d’assurer des forces de freinage sur les roues avant maximales tout en assurant la stabilité et la sécurité du véhicule. Les dimensions du véhicule choisies sont celles d’une Nissan Leaf®. Le véhicule sera entraîné par deux machines synchrones à aimant permanent installées sur la suspension des roues avant, (Figure III.1). Le système de freinage régénératif est installé avec les disques de frein hydrauliques sur chaque roue.

présente la commande par mode de glissement du taux de glissement (SM). Dans le paragraphe III.5, la commande de freinage proposée sur la base du respect des contraintes de la règlementation R13H de l’ECE a été conçue et expliquée. Enfin, une discussion sur les résultats de simulation et les stratégies de commande est reprise dans le paragraphe ‎ Le modèle cinématique est important pour décrire le trajet du véhicule lors du freinage, pour afficher les différentes grandeurs cinématiques nécessaires pour le calcul des forces et pour avoir une analyse sur l’état du véhicule, notamment sa stabilité. De manière générale, il est utilisé la matrice de rotation d’Euler qui permet d’effectuer la transformation rotationnelle des coordonnées du repère lié à la carrosserie au repère inertiel fixe [156], [157]. Dans notre cas, on négligera les mouvements de tangage et de roulement, et la matrice de rotation sera réduite à :  III.4), [158], [159]. L’angle de braquage appliqué par le conducteur est appelé angle d’Ackermann. Les angles de braquage de chaque roue avant sont reliés à l’angle d’Ackermann par les équations suivantes (durant un virage à gauche) :