Memoire PFE [PDF]

Zitiervorschau

Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Kénitra

Mémoire de projet de fin d’étude Véhicule électrique et e-mobilité

Réaliser par :  Mohamed As-sadek Etssailali

Encadré par :  Mr Jarou Tarek

Année universitaire : 2020-2021

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Dédicace Je dédie ce modeste effort accompagné d’un profond amour : A mes parents : Vous m’avez offert le climat affectueux et propice à la poursuite de mes études et vous m’avez donné beaucoup de soutien et d’encouragements. Vous êtes le symbole de sacrifice, et la lumière qui éclaire ma vie. A mes formateurs : Vous m’avez dirigé vers le chemin de succès, vos conseils et votre expérience m’ont permis de mieux me développer. Mes amis : Vous êtes le symbole de sincérité et de fidélité, et avec qui j’ai passé des moments inoubliables. Tous mes enseignants : Pour leurs encouragements, aide et conseils. Et à tous ceux qui ont collaboré, de près ou de loin, à la réalisation de ce travail et à l’élaboration de ce rapport.

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Remerciements Avant tout, je remercie le bon DIEU pour tout ce qu’il a fait pour moi parce que sans lui, illuminant mon chemin, rien ne serait possible. Au terme de ce travail, j’ai le plaisir d’exprimer mes remerciements les plus profonds et ma Sincère gratitude à toutes les personnes qui m’ont trop aidé à réaliser ce projet de fin d’étude, pour leur soutien et leur accompagnement, avec tant de patience et de pédagogie qui étaient l’origine de ce modeste travail. Le résultat d’un tel projet résulte en effet d’un travail d’équipe et non d’une seule personne. Je voudrais remercier Mr. Jarou Tarek mon encadrant à l’ENSA, d’accepter de m’encadrer et de m’aider dans ce travail, J’adresse aussi mes vifs remerciements aux membres des jurys, Pr ;;;;;;;;;;;; et ;;;;;;;;;;;;;;;;;;; pour honorer ma soutenance et pour l’effort fourni afin de juger Ce travail, et à mes sincères professeurs qui m’ont formé et aidé. Mes remerciements seront incomplets, si je n’adresse pas mes chaleureux remerciements à ma Mère, Mme. Zahra chlih, mon père, Mr. Mohamed Etssailali et toute ma famille pour leurs aides durant mes études et leurs soutiens, à tous mes proches, qui m’ont toujours soutenus et encouragés au cours de la réalisation de ce mémoire.

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.SOMMAIRE Introduction................................................................................................................................................ Chapitre 1 : information général sur le véhicule électrique …………………………………………………….6 I.

Introduction………………………………………………………………………………………………..….……7

II.

Etude économique……………………………………………………………………………………………10

III.

Généralité sur la VE……………………………………………………………………..…………………..12

IV.

Les qualités et les défauts liés au fonctionnement de la voiture électrique……….17

Chapitre 2 : électrique……………………………………………………………...18

étude

détaille

sur

le

véhicule

I.

Etude des documents……………………………………………………………………………………….19

II.

Mode de fonctionnement du véhicule……………………………………………………….…….22

III.

Problèmes rencontré………………………………………………………………………………………..25

Chapitre 3 : Information général sur l’e-mobilité……………………………………………………………….…26 I.

Généralité………………………………………………………………………………………………………..27

II.

L’autonomie d’une voiture électrique……………………………………………………..……..29

Chapitre 4 : étude de la partie matérielle et logiciel du projet………………………………………….…..36 I.

Introduction…………………………………………….……………………………………………………..37

II.

Réalisation du projet………………………….…………………………………………………………..39

Conclusion ……………………………………………………………………………………………………………….…….43

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Introduction  :

Le projet de fin d’étude est un projet complet en situation professionnelle qui marque la fin des études dans une école d’ingénieurs. Il a pour but de permettre à l’étudiant de démontrer ses compétences au travers d’un travail de longue durée et de mettre en pratique, une dernière fois dans le cadre académique, les enseignements qu’il a reçus et ainsi de développer l’autonomie et la responsabilité des étudiants, à créer une dynamique de groupe et l’esprit d’un travail collectif. Ce travail est conclu par une soutenance et une rédaction de rapport, support du travail et des conclusions réalisés par les étudiants. La voiture électrique reste la meilleure alternative pour les véhicules thermiques. Elle permet, bien qu’ayant un problème d’autonomie, une solution très intéressante, dans des cadres urbains ou extra-urbains de faible distances. Elle présente des performances dynamiques équivalentes aux véhicules actuels ce qui est un plus pour le consommateur. Tout d’abord on va commencer par citer plusieurs informations concernant la véhicule électrique tel que son historique, sa consommation, sa généralités, ses qualités et ses défauts …. . Puis on va passer à l’objectif de notre projet : conception d’un radar de recul .

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Chapitre 1  : informations générales sur la véhicule électrique

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I. Introduction  :  Définition  : Le principe de la voiture électrique (VE) est très simple : à la place d’un moteur thermique (essence ou diesel), un VE est équipé d’un moteur électrique alimenté par une batterie directement intégrée au véhicule. Si le système est simple, tout le challenge est de proposer un véhicule avec les meilleures performances, le tout au service du confort et de la tranquillité du conducteur et de ses passagers.

 Historique  : L’apparition de la motorisation électrique remonte au commencement même de l’ère automobile. Les performances de ce type de motorisation furent très vite convaincantes : le 29 avril 1899, le seuil symbolique des 100 km/h fut ainsi franchi près de Paris. Le record de vitesse de 105.8 km/h fut atteint par une voiture électrique baptisée la « Jamais contente », qui était équipée de deux moteurs de 25 kW (possédant une autonomie de 85 km) et alimentée par des batteries au plomb (fournissant près de 200 V 124 A) pour un poids de 1450 kg. Voiture électrique la « Jamais contente »

Source : Académie de Paris - Véhicules électriques et hybrides (ac-paris.fr) À la même époque, Ferdinand PORSCHE déposa un brevet de motorisation électrique dont la spécificité était d’être incorporée aux moyeux de roues. Fruit d’une collaboration avec le constructeur automobile viennois Jacob LOHNER, ce modèle se distinguait de ceux déjà existants par le fait qu’il associait motorisation électrique et thermique. En effet, le principe de ce nouveau moteur consistait à alimenter les quatre moteurs électriques au moyen d’une batterie rechargée par une dynamo, laquelle dynamo était associée à un moteur thermique. La première voiture hybride série était née.

Source : Ferdinand Porsche : électrique, hybride et 4RM... il y a 115 ans ! (automobile-sportive.com) 7

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 L’impact environnemental de l’automobile  : Un siècle plus tard, le parc automobile mondial est devenu gigantesque, se stabilisant dans les pays industrialisés mais explosant dans les pays émergents .

Évolution du parc automobile mondial de 1930 à 2005 Cette croissance très importante du parc automobile a imposé aux pouvoirs publics de prendre des mesures afin de réduire les émissions polluantes. À l’orée des années 70, les premières normes antipollution sont ainsi apparues et ont contraint les constructeurs automobiles et les pétroliers à trouver des solutions techniques afin de réduire les rejets nocifs. L’alerte des scientifiques sur le réchauffement climatique va amener les pouvoirs publics de nombreux pays industrialisés à signer le protocole de Kyoto en 1997. Entré en vigueur en 2005, ce traité international engage les pays signataires à réduire les émissions de gaz à effet de serre, responsables du réchauffement climatique. À ce jour, les émissions de CO2 demeurent la préoccupation majeure des pouvoirs publics internationaux. Bien qu’il ne possède pas le plus grand PRG (Potentiel de Réchauffement Global), ce gaz constitue néanmoins une menace réelle pour l’homme et l’environnement. Le rejet de CO2 dans l’atmosphère progresse chaque année de 2 %. Au cas où rien ne serait fait, on assisterait d’ici 2050 au doublement de ces rejets… Les conséquences seraient dramatiques et irréversibles pour l’homme et l’environnement : dérèglements climatiques, modifications des écosystèmes . Source : Fichier:Évolution du parc automobile mondial.jpg — Wikipédia (wikipedia.org)

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 La voiture électrice a l’assaut du Maroc  : L’automobile reste le moyen de transport le plus favorable chez les marocains. Des études réalisées par l’observatoire wafasalaf, nous ont permis de mettre en lumière les comportements de consommation dans le secteur automobile au Maroc. EN avril 2013 –Aujourd’hui le Maroc effectué un sondage qui a révélé que 31% des ménages au Maroc possèdent un véhicule, contre 69% non équipés. Chaque année ce n’est pas moins de 12% des foyers non équipés qui expriment le besoin d’acquérir un véhicule, et de cette minorité en ressort 53% des ménages souhaitant s’équiper d’un véhicule neuf.  Les Marocains dépensent en moyenne à l’achat d’un véhicule : -50 à 100 000 DH pour une automobile d’occasion -100 à 200 000 DH pour un véhicule neuf.  Cependant les automobilistes marocains ne jurent que par le diésel -Le prix à la pompe du diésel, qui est relativement bas par rapport à celui de l’essence. Si le plein d’un véhicule diesel de type Dacia Logan 2017 coûte environ 392 DH, celui d’un véhicule essence du même modèle se situe à 499 DH soit une différence de 107 DH. (Chiffres fournis par le concessionnaire Dacia dans son site officiel). -La durée de vie du moteur et du rapport performance/ consommation. Toujours sur la base du même modèle de voiture que précédemment, la consommation au 100 km du moteur diésel coutera 27,44 DH (3,5L/100Km) contre 58,882 DH (5,9L/100Km). (La consommation d’un véhicule est évaluée sur un parcours de 100 km. Les valeurs données un peu plus haut sont déduites des prix à la pompe effectués par Total à savoir 7,84 dh pour le diésel et 9,98 dh pour le super). Le véhicule électrique au Maroc, n’a pas encore fait l’objet d’expériences pouvant nous en dire plus sur un usage domestique. Les avantages écologiques et environnementaux de ce type de locomotion seront sans appel. Mais encore faut-il que le problème de son klaxon, assez silencieux, soit résolu. En y adaptant un autre beaucoup plus sonore et moins nocif que ceux utilisés pour le véhicule classique.

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II.

ETUDES ECONOMIQUES  :

 Consommation de la voiture électrique au Maroc : Le VE consomme en moyenne 10KwH/100km. (Consommation moyenne donnée par tous les constructeurs). En partant sur la base de bornes de recharges domestiques, nous opteront pour une tarification du même ordre (hypothèse). Les tarifs de l’électricité domestique sont fixés par l’ONEE selon les tableaux ci-dessous :

Selon l’état observé, la consommation de la voiture électrique sera de 12.467 DH/100km ; 1,2467*10 kw consommation électrique sur 100 km parcourus (nous avons choisi la tarification normale, sur la base d’une recharge effectuée dans la nuit). Pour une batterie dont l’autonomie est de 500km, il faudra donc compter environ (12,467*5=) 62,365 DH ; si pour 100 km on dépense 12,467 dh, pour 500 km, ce sera le produit de 12,467*5 pour une recharge pleine. En dressant un tableau récapitulatif de la consommation des différents types de véhicules, nous obtenons :

Le véhicule électrique sera très avantageux pour le consommateur marocain. Mais encore faudra-t-il des installations électriques adéquates et une culture de la patience parce que, contrairement à un plein à la pompe réaliser en quelques minutes, la recharge d’un véhicule

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électrique ne s’effectue pas en moins de 20 minutes (pour les batteries les plus performantes).

 .conclusion à propos de l’évaluation de la voiture économique au Maroc  :

En conclusion, nous pouvons considérer que l’adoption du véhicule électrique dans le paysage marocain, n’est pas chose impossible. Il s’agira de : 

Prendre en considération les infrastructures électriques, les adapter aux normes internationales qui régissent le fonctionnement de l’automobile électrique,



Prévoir des bornes de recharge publique et domestique tout en proposant les tarifications les meilleures,



Instaurer les systèmes de bonus-malus et avantages fiscaux afin d’encourager et accompagner les consommateurs dans l’acquisition du VE,



Revoir la variable prix, qui est de loin le plus grand obstacle,



Amener les populations à un éventuel changement de mode de comportement (qui sera l’étape la plus difficile à réaliser).

Source  : Etude sur l’usage de la voiture électrique au Maroc - Master Intelligence Economique et Stratégies Compétitives (master-iesc-angers.com)

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III.

Généralités sur les véhicules électriques

A. Voiture électrique  : constitution du système de propulsion  : Au côté conducteur, la conduite d’une voiture électrique n’est pas compliquée que celle d’un véhicule thermique : il suffit d’appuyer sur la pédale d’accélérateur pour provoquer l’avancement. À partir de là, un capteur enregistre la demande du conducteur à la position pédale accélérateur par un signal électrique envoyé à un module, appelé convertisseur onduleur. Cette information, associée à d’autres fournies par des capteurs disséminés dans le véhicule (capteurs de roue, capteur de vitesse, etc.) est traitée par le convertisseur qui alimente le ou les moteurs électriques de traction des roues suivant les besoins du conducteur. à l’aide d’autres composants disséminés dans le véhicule, complémentaires du convertisseur onduleur.

 Le système de mobilité électrique : Pour le comprendre, prenons cette visualisation  :

Le constructeur automobile fabrique un véhicule électrique qu’il vend à un nouveau conducteur heureux. Celui-ci va se charger sur une infrastructure de recharge dotée de bornes. C’est l’opérateur d’infrastructure de recharge qui pilote l’infrastructure de recharge. Celui-ci se fait distribuer de l’énergie électrique qu’il a souscrite auprès d’un fournisseur d’électricité. Ce dernier va lui-même acheter son électricité auprès d’un producteur, qu’il soit local, régional, national ou international. Quand vous êtes dans une maison, c’est le propriétaire de la maison qui joue le rôle d’opérateur d’infrastructure. Il possède sa borne, souscrit un contrat d’électricité lui permettant de recharger sa voiture électrique. Par exemple, un contrat spécifique lie les conditions d’usages d’électricité de sa maison avec heures creuses et pleines et 13

recharges de son véhicule. Le propriétaire peut même se doter d’un panneau photovoltaïque pour baisser la facture.

B .Les composantes de la chaine cinématiques : La chaîne cinématique est composée des éléments suivants : 

les batteries Haute tension ou HT : leur rôle est de stocker. Pour fonctionner, le véhicule électrique a besoin de l’énergie électrique embarquée, à l’instar des réservoirs de carburants pour les véhicules à moteur thermique. Les batteries alimentent le moteur en énergie électrique pour la traction du véhicule ;La batterie est l’entité clé de la voiture électrique, elle influe directement sur les performances et l’autonomie de cette dernière. Ce qui en fait une unité de stockage d’énergie faisant fonction de réservoir et récupérateur d’énergie. Il existe plusieurs types de batteries à traction : -Batteries en plomb acide,

-Batteries en cadmium nickel,

-Batteries Nickel metal hybride,

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Batteries lithium.-



le module chargeur : c’est lui qui permet la recharge des batteries HT et qui est l’interface entre celles-ci et le réseau électrique de distribution. Pour cela, il transforme la tension domestique de 220 volts alternatif en tension continue (400 volts) ;



le convertisseur onduleur : c’est le « cerveau » du système. Les informations qu’il reçoit des différents capteurs du véhicule lui permettent de gérer le moteur électrique dans ses différentes phases de fonctionnement (traction, régénération…). Il est l’interface entre les batteries HT et le moteur électrique ;



le moteur électrique : placé en bout de chaîne cinématique, il entraîne les roues. Son rôle est de convertir l’énergie électrique des batteries en énergie mécanique durant les phases de traction du véhicule, mais aussi d’inverser le processus en phase de freinage (régénération électrique) ;



la batterie 12 volts : elle alimente le circuit de bord et les consommateurs électriques comme pour les autres types de véhicules (signalisation (feux, avertisseur sonore, essuie-glace, etc.), confort (ventilation, lève vitres électriques, multimédias, etc.), etc. ;



le convertisseur 400-12 v : il assure la recharge de la batterie 12 v.



Les bornes électriques : Pour résoudre cela, on a inventé les bornes de recharge électriques. Elles offrent des capacités de puissance différentes, tout en tenant compte de la sécurité des personnes et des biens. Les fabricants les ont aussi dotées de capacité de communication. Cela permet de les piloter à distance. Et aussi de les maintenir sans être obligé d’y accéder et d’obtenir les informations lorsqu’une recharge est terminée. Il est par exemple possible de programmer ou de démarrer ultérieurement la charge selon des mécanismes externes, comme des contacteurs heures creuses ou un gestionnaire d’énergie du bâtiment. Pour alimenter les bornes de recharge, il faut les relier au réseau électrique. Dans le cas de puissances délivrées élevées, l’infrastructure nécessaire est plus importante, car il faut pouvoir délivrer de fortes tensions et ampérages au point de transfert d’énergie, tout en sécurisant et assurant la qualité du processus.

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Pour les puissances inférieures ou égales à 22 kW, le courant alternatif ou AC est utilisé. Dans le cas de fortes puissances, à partir de 50 kW, on recourt au courant continu ou DC.

C. Comparaison des capacités d’un véhicule thermique et d’un véhicule électrique  :

Dans les véhicules thermiques, les moteurs actuels ont des rendements énergétiques qui ne dépassent pas 20% dans des conditions réelles de circulation. Dans un plein de 60 litres d’essence, l’énergie de 12 litres va être transmise aux roues et 48 litres seront dissipés en chaleur. Par contre la densité énergétique massique de l’essence ou du diesel est très importante, de l’ordre de 12 kWh/kg, permettant aux voitures actuelles de disposer d’autonomies considérables, proches de 1 000 km pour 60 litres (de l'ordre de 50 kg de diesel) couramment stockées dans leurs réservoirs. Dans les voitures électriques, la problématique est l’inverse. Le moteur électrique a un rendement énergétique proche de 80%, presque 4 fois celui d’un moteur thermique (ce rendement n'inclut toutefois pas celui de la production d'électricité en amont, l'électricité étant un vecteur et non une source d'énergie). En revanche, les batteries des dernières générations de véhicules électriques ne peuvent stocker qu'environ 150 Wh/kg, soit près de 80 fois moins que les hydrocarbures. Au global, l’énergie électrique stockable dans 1 000 kg de batteries serait nécessaire pour parcourir la même distance qu’avec 50 kg de gazole (60 litres), soit environ 1 000

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km. Des progrès considérables des performances des batteries sont ainsi encore attendus.

Contexte Malgré les obstacles technologiques aujourd’hui rencontrés, un développement croissant des voitures électriques est à prévoir car il répond aux 3 défis majeurs du 21e siècle.

D. La lutte contre le changement climatique  : La communauté scientifique mondiale, au travers des travaux du GIEC, a sensibilisé au fait que les émissions de gaz à effet de serre imputables aux activités humaines sont la cause principale d’une augmentation de la température moyenne du globe. L'accord de Paris (conclu à l'issue de la COP21 en décembre 2015) fixe pour objectif de limiter à 2°C au maximum le réchauffement global par rapport aux températures de l'ère préindustrielle. Selon le GIEC, il faudrait réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 40% à 70% d’ici à 2050 (par rapport au niveau de 2010) et d'atteindre une économie quasiment neutre en carbone durant la deuxième partie du XXIe siècle pour espérer atteindre cet objectif.    Plus de la moitié de la consommation mondiale de pétrole est destinée aux transports (en particulier au transport routier). En phase d'usage, une voiture électrique, selon qu’elle est de type PHEV, EREV ou BEV, émet de quelques grammes de CO2/km jusqu'à 100 g/km, soit beaucoup moins que les véhicules thermiques qui émettent en moyenne de 100 à 200 g/km. Cependant, ce gain environnemental global dépend étroitement des émissions elles-mêmes générées pour produire et stocker l’électricité qui leur est fournie. Dans les pays recourant peu aux énergies fossiles dans leur mix énergétique, ce gain peut être très important. Ainsi, en France où la production d’électricité est très « décarbonée » (à près de 91% en 2016), un facteur de réduction considérable peut être atteint. Mais aujourd’hui, la plupart des pays produisent encore leur électricité à partir d’énergie fossile, principalement de charbon (source d'énergie utilisée pour produire près de 39% de l’électricité mondiale avec un rendement de conversion moyen de seulement 30%). Dans ces conditions, le gain environnemental du véhicule électrique est alors faible. Précisons par ailleurs que la fabrication des véhicules électriques engendre elle aussi des émissions de gaz à effet de serre, notamment lors de la constitution des batteries.

E. La pollution atmosphérique  : L’augmentation continue des populations urbaines et de l’utilisation de véhicules thermiques s’accompagnent d’une pollution croissante de l’atmosphère des villes, en particulier dans les pays émergents. On y constate une recrudescence d’affections pulmonaires liées aux oxydes d’azote (NOx) et aux particules de carbone (gazole). Le développement des voitures électriques en zone urbaine permettra une réduction de cette pollution « thermique ». 17

Selon le rapport « Energy and air pollution » publié en 2016 par l'AIE, le transport routier serait responsable de 58% des émissions mondiales de NOx et de 73% de celles de particules fines PM 2.5.

IV.

Les qualités et les défauts liés au fonctionnement de la voiture électrique  :



Les avantages du fonctionnement de la voiture électrique  :  Le fonctionnement de la voiture électrique est pratiquement la solution idéale pour de nombreux points 



l'absence de pollution : les émanations sont inexistantes, tout comme la pollution sonore.



les performances : contrairement à ce que l’on peut croire, le moteur électrique est très performant, son rendement théorique avoisine 100 % (35 % pour les moteurs thermiques). Il possède un couple maximal sur toute la plage de régime moteur, favorisant les accélérations (en comparaison dans un moteur thermique, le couple est maximal seulement à un régime moteur donné, soit entre 1 500 et 2 000 t/mn).



l’entretien : le moteur électrique est d’une conception simple, avec peu d’éléments mécaniques en mouvement, contrairement aux voitures thermiques, notamment les dernières générations et leurs systèmes antipollution, complexes et onéreux à l’entretien.



Les inconvénients du fonctionnement de la voiture électrique   :  Si la voiture électrique possède beaucoup de qualités, il faut garder quelques limites à l'esprit :



L'impact environnemental : malgré les aides gouvernementales favorisant l’achat de ce type de véhicule considéré peu polluant, il faut prendre en compte différents impacts ; de sa conception (notamment la production des batteries), en passant par son utilisation (avec la prise en compte des émanations produites par les centrales électriques, nécessaires à la recharge des mêmes batteries) et son recyclage (difficile, notamment toujours à cause des batteries, très polluantes), l'impact global est comparable à celui des véhicules thermiques ;



L’autonomie : malgré les progrès constants, elle reste toujours limitée en situation réelle, restreignant d’autant son rayon d’action (entre 150 et 300 km) ;



le coût d’achat : bien que le prix d’achat net d’un véhicule électrique soit aujourd’hui abordable, il est conditionné par les primes gouvernementales (jusqu’à 6 000 € ou jusqu'à 11 000 € avec la prime à la conversion) ;



le poids : les batteries chargent considérablement la masse totale du véhicule, et pour ne pas dépasser les contraintes dynamiques, ne permettent pas une autonomie acceptable.

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Chapitre 2  : études détaillés sur le véhicule électrique

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I. Etude des documents On va commencer par l’étude des documentations constructeur du matériel utiliser au niveau du véhicule afin d’avoir une idée sur tout ce qui a été réalisé auparavant On va commencer par vous présenter les caractéristiques du véhicule ainsi que le matériel présent sur le véhicule

 Caractéristiques du véhicule • Largeur: 1,4 m Longueur: 2,5m Hauteur: 1,1m • Le roadster pèse 394 Kg et annonce une vitesse de pointe de 110 Km/h • Vitesse maxi : 100 Km/h • Puissance : 8,47 KW • Couple nominal 26,84 N.m • Couple crête 113 N.m

 BMS : Il surveille l’état des différents éléments de la batterie, tels que : - T° : T° moyenne, T° d’admission de refroidissement, T° de sortie de liquide de refroidissement ou T° des cellules individuelles ; - Tension total ou des cellules individuelles - Etat de charge ou la profondeur de décharge : indique niveau de charge de la batterie - Etat de santé : mesure définie de l’état général de la batterie ; - Débit de réfrigérant : air ou fluides - Courant : dans ou hors batterie Mais aussi la récupération d’énergie lors du freinage.

Ceci est possible grâce au calcul du courant de charge maximum, de décharge max, l’énergie fournie depuis la charge ou dernier cycle de charge, l’énergie totale utilisée et le temps total de fonctionnement depuis la 1er utilisation et permet donc la protection des batteries contre tout fonctionnement en dehors des plages de fonctionnement (Surintensité, surtension(lors du chargement), Sous tension (lors de la décharge), particulièrement important pour le plomb-acide et cellules li-ion, Surchauffe, Sous température, Surpression (Ni MH batteries)) via un contrôle de l’environnement et un interrupteur interne ou des dispositifs externes qui réduiront ou mettront fin à l’utilisation en cours des batteries. Ainsi que l’optimisation de l’utilisation de charge cellule lithium avec un phénomène de Bypass qui permet l’équilibrage de la charge de chaque cellules (au reversement du Surplus énergétique à partir des cellules les plus chargées vers les cellules les moins 20

chargées) évitant ainsi l’endommagement des cellules. Dans notre cas de la voiture électrique (application mobile), le BMS aura un espace réduit pour son intégration et communique avec un chargeur donc privilégierons un BMS centralisé et complet.

 Le moteur Le moteur électrique est une machine asynchrone à aimant permanant (MSAP). D’un point de vue GE le moteur est une MSAP à flux axial. Les principaux intérêts sont un rapport de puissance massique élevé, ainsi qu’une certaine souplesse de la commande de ces moteurs. La puissance nominale de ce moteur est de 8,5 KW, sa vitesse nominale est de 3000 tr/min sous une tension de 32,5 V. Pour ce qui est du couple nominal, il est de 27,4 N.m pour un courant absorbé de 192 A. Le couple en pointe peut être au max de 75,35 Nm. Les courants admissibles par le moteur sont de 220 A pendant une heure ou de 550 A pendant une minute. Les valeurs ont été données pour tension d’entrée de variateur de 48 V. • Puissance (KW) : 8,6 • Couple Nominal (Nm) : 27,4 • Vitesse de rotation (tr/min) : 3000 • Couple crête (Nm) : 79 • Poids (Kg) : 22,3

 Le variateur Sevcon GEN4 séries G48 : « Onduleur couplé à une commande gérant les instants de conducteur des interrupteurs (transition) (PWM) »  Il a pour but de créer des signaux de commandes pour les moteurs alternatifs grâce au logiciel Drive Wizard.  Il nous permet de contrôler le moteur selon 2 modes :  En couple : le moteur doit fournir un couple constant pour une position d’accélérateur donnée. C’est ce mode qui se rapproche le plus du comportement d’un véhicule électrique  + En vitesse : le moteur doit fournir une vitesse constante selon une position d’accélérateur donnée

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C’est un équipement ET alimentant un moteur électrique de façon à pouvoir faire varier sa vitesse de manière continue, de l’arrêt jusqu’à sa vitesse nominale. La vitesse peut être proportionnelle à une valeur analogique fournie par un potentiomètre ou par une commande externe : un signal de commande analogique ou numérique, issue d’une unité de contrôle.



Batterie

Les batteries au lithium fer phosphate (LiFePO4 ou LFP) offrent de nombreux avantages par rapport aux batteries au plomb ou aux autres batteries au lithium. Une durée de vie plus longue, pas d'entretien, une extrême sécurité, de la légèreté, une décharge améliorée et une efficacité de charge, juste pour n'en citer que quelques-uns. Les batteries LiFePO4 ne sont pas les moins chères du marché, mais en raison de leur longue durée de vie et du fait qu'elles sont sans entretien, elles représentent le meilleur investissement que vous pouvez faire dans le temps. Source : https://www.super-b.com/fr/batteries-lithium-fer-phosphate/avantages-desbatteries-au-lithium

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II. Mode de fonctionnement du véhicule  Mode décharge de la batterie : On a deux modes de fonctionnement du véhicule : un mode charge qui permet de brancher le véhicule à une borne afin de recharger les batteries et le mode décharge qui permet de libérer le véhicule afin de l’utiliser. Quand on met le contact, on a l’entrée numéro 2 « ready power » du BMS qui passe à l’état haut et permet de réveiller le BMS. Elle permet aussi d’indiquer la volonté de l’utilisateur de passer en mode décharge

Si la batterie B1 est en état de fonctionner, on passe alors en mode « impulsion » et le BMS autorise alors la décharge en mettant à la masse la sortie n°7 « Discharge enable » qui est une sortie digitale utilisée pour signaler à la charge qu’elle peut décharger la batterie. Le relais n°2 est alors alimenté ce qui permet aux broches 1,6 et 10 d’être sous tension et ainsi de fournir l’énergie nécessaire à partir de la batterie au circuit logique du variateur.

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Quand le variateur est activé, celui-ci ferme donc le contacteur A1 et se relie donc à la batterie et donc l’utilisateur peut choisir son sens de marche (marche avant ou marche arrière) et utiliser le véhicule

 Mode d’arrêt avec chargement de la batterie Quand on branche le chargeur au réseau, l’entrée n°3 du BMS passe à l’état haut (par l’intermédiaire d’un convertisseur AC/DC) afin de lui indiquer la présence de tension. L’entrée n°3 permet de signaler que le BMS va entrer en mode de charge

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La sorte n°6 « charge safety » du BMS est mise, en interne, à la masse. Le relais n°1 s'active afin d'inhiber le fonctionnement de la clé et ne pas démarrer le moteur

Le chargeur est activé par l'intermédiaire du relais n°1

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III.

Problème rencontré

Lorsque nous passons de la position contact à impulsion au niveau du pupitre, le variateur ne démarre pas ou il affiche un code erreur. Une LED est présente au niveau du variateur qui permet de déterminer l’état du contrôleur. Si le variateur est opérationnel, la LED verte s’allume de manière continue. Mais dans le cas où il y a présence d’erreur, la LED clignote. Dans notre cas, la LED clignote 2 fois. Le tableau fourni dans la documentation constructeur nous indique que l’erreur provient soit d’un défaut de frein à main, de siège ou de la ceinture de sécurité. Nous avons alors adopté une stratégie afin de déterminer la source de l’erreur. Nous avons commencé par vérifier la connectique à l’aide d’un multimètre.

Nous avons constaté une mauvaise connexion au niveau du câble connectant le variateur au box le problème se situe au niveau du connecteur cylindrique relié au box. Des faux contacts se produisent lorsque le câble bouge. Nous avons donc choisi de refaire le câblage du connecteur.

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Chapitre 3  : Information général sur L’E-mobilité

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I. Généralité  : « Exploration de l’e-mobilité et de ses conséquences économiques, sociales et spatiales. Introduction et synthèse » Les transports donnent lieu à des activités diversifiées à toutes les échelles. Ces activités ont évolué en intégrant les évolutions permises par  l’apparition de matériaux ou de moyens techniques nouveaux. Les technologies de l’information et de la communication ne font pas exception, Après la domestication des animaux de trait, après la roue, la vapeur, l’électricité,  les TIC ouvrent des horizons nouveaux en termes d’applications.  En particulier, la convergence entre informatique, Internet, et la téléphonie a donné naissance à des terminaux – les Smartphones – qui permettent une navigation plus facile sur la toile.

La diffusion de terminaux mobiles dont l’encombrement est négligeable, jointe au déploiement de l’Internet mobile, rende possible de nouvelles fonctionnalités (communications homme-homme, homme-machine ou machine-machine). Cela conduit à la mise au point de nouvelles applications qui, si elles sont adoptées, débouchent sur de nouveaux usages.  Après les Smartphones, se confirme l’émergence prochaine des Smartwach et des objets connectés (tels des vêtements, des équipements automobiles) qui pourront jouer un rôle notable en situation de mobilité (y compris vers des domiciles pour télécommander des appareils variés).

Ces usages sont regroupés commodément sous le terme générique de « e-mobilité », un néologisme de la même famille que d’autres mots composés selon la même structure : e28

commerce, e-travail, e-learning. Le « préfixe » « e- » tend à compléter ou remplacer la préfixe « télé » qui était plus à la mode dans les années 80 : télé-enseignement, téléactivités, télétravail (on parlait déjà de télédétection)… Je préfère personnellement parler de mobilité numérique car « e-mobilité » s’entend comme immobilité si les deux « m » du mot « immobilité » ne sont pas prononcés convenablement – et il faut bien reconnaître que cela est de plus en plus rare. Ces usages en situation de mobilité sont nombreux : géo localisation (GPS), téléachat, télépaiement, interaction avec l’environnement, services en ligne des prestataires de transports (tarifs, horaires, correspondances),  etc.

Entre autres, signalons quelques applications récentes : – le retour d’informations venant des voyageurs permet à l’opérateur de savoir quels trains auront le plus de places disponibles ; – le smart driving. Dans ce domaine, un exemple est fourni par le boîtier Click drive qui équipe des automobiles en déplacement tout en réunissant des données de serveurs distants afin d’informer le conducteur. Voir le document explicatif. Source : http://www.clickdrive.io/product.html (consulté. sept. 2014); –  certains vêtements sont déjà aptes à capter des signaux vitaux et peuvent donner l’alerte en cas de malaise. On pourrait multiplier les exemples.  Il convient d’explorer systématiquement ces usages notamment à travers des études de cas comparées tout en assurant une veille technologique systématique.

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II. L’autonomie d’une voiture électrique : Pour les voitures électriques, l’autonomie est le nerf de la guerre. C’est en effet le sujet qui revient le plus souvent chez les acheteurs potentiels. La peur de tomber en panne sèche semble réelle, mais qu’en est-il vraiment ?

L’autonomie des différents modèles de voitures électriques L’autonomie moyenne des voitures électriques commercialisées actuellement est de 150 à 600 km en cycle WLTP, soit environ 100 à 500 kilomètres réels, ce qui permet de répondre à de nombreux trajets du quotidien même si la réalisation de longs trajets risque d’être toujours problématique pour les modèles à faible autonomie. L’autonomie réalisée dépend essentiellement de la capacité des batteries lithium-ion utilisées par la plupart des véhicules qui remplace finalement le réservoir essence des voitures thermiques. Plus sa capacité sera élevée, plus longue sera l’autonomie. Mais à la différence des voitures thermiques, ce réservoir coûte cher, ce qui explique pourquoi les constructeurs tendent à limiter la capacité des batteries pour parvenir à proposer des voitures électriques à des coûts qui ne soient pas prohibitifs pour l’usager.

L’autonomie des voitures électriques conditionne leur usage

Exception faite des modèles Tesla, la plupart des voitures électriques auront du mal à traverser la France. La faute à des autonomies encore limitées sur autoroute et à un réseau 30

d’infrastructures de charge loin d’être optimal. Le terrain de prédilection de la voiture électrique reste l’urbain et le péri-urbain. La voiture électrique s’adapte néanmoins à la majorité des trajets. Ainsi, 82% des Européens (77% des Français) font moins de 100 km par jour. Pour la plupart de ces personnes, les voitures électriques actuelles proposent une autonomie suffisante. Un moyen pour faire de plus longues distances est d’utiliser les bornes de recharge publiques, notamment les bornes de recharge rapide .Celles-ci sont de plus en plus nombreuses, et un site comme ChargeMap permet de les localiser facilement.

 Les facteurs qui diminuent l’autonomie Le style de conduite  : La voiture électrique est très sensible au style de conduite. Ainsi, une conduite sportive utilisera beaucoup plus d’énergie qu’une conduite douce. C’est pour cette raison que l’écoconduite a une importance toute particulière quand on roule en voiture électrique. Le différentiel entre les conduites peut faire varier l’autonomie d’environ 10% suivant les conducteurs. C’est pour cette raison que certains constructeurs proposent des voitures électriques avec un mode “éco” : cela permet d’atténuer la puissance du moteur dans les accélérations, et donc d’améliorer l’autonomie de la voiture.

La vitesse : Plus on roule vite, plus on consomme d’électricité, et c’est exponentiel ! A titre d’exemple, la Zoé ZE 40 et sa batterie 40 kWh ne permettent pas de faire plus de 130*150 km sur autoroute tandis qu’elles peuvent faire jusqu’à 250 km en utilisation citadine. Ce point est très important, et les utilisateurs de voitures électriques le savent. Ainsi, si vous vous retrouvez un jour avec une autonomie trop juste pour faire un trajet, vous pouvez toujours réduire votre vitesse pour arriver à destination.

 Les systèmes embarqués Définition  : Un système embarqué est un ensemble d’éléments informatiques et électroniques interagissant entre eux de façon autonome et complémentaire. Ces systèmes sont conçus de manière à pouvoir répondre spécifiquement aux besoins de leur environnement respectif. Le terme « système » désigne l’ensemble des éléments qui constituent le système embarqué, souvent ces systèmes sont composés de sous-systèmes étant donné leur complexité. Le terme « embarqué » représente la mobilité et l’autonomie du système en interaction directe avec son environnement dans l’exécution de tâches précises, afin de répondre à la finalité de celui-ci. Contrairement aux systèmes classiques, les systèmes embarqués sont conçus pour réaliser des tâches bien précises. Certains doivent répondre à des contraintes de temps réel pour des raisons de fiabilité et de sécurité, indispensables selon l’utilisation du système. Un système embarqué regroupe à la fois la partie software (logicielle) et la partie hardware (matériaux) étroitement liées afin de produire les résultats escomptés.

Contraintes 31

Du fait que ce type de système soit « embarqué » ou « enfoui », plusieurs contraintes lui sont imposées. Les systèmes embarqués se retrouvent aujourd’hui partout dans différents types d’environnements (téléphone, véhicule, avion…) et liés à différents types d’utilisations. C’est le secteur d’activité dans lequel est utilisé le système qui va permettre de définir ses contraintes. Voici un aperçu général des principales contraintes des systèmes embarqués :

Tableau des contraintes de système embarqué selon secteur d’activité

(Institut d’électronique et d’informatique Gaspard-Monge, IGM, 2002) Toutes ces contraintes sont à respecter lors de la conception d’un système embarqué. Certaines sont importantes comme le design ou le coût mais d’autres sont indispensables comme la fiabilité ou la performance, sans quoi le système ne peut être mis en production. La contrainte de la taille physique peut également s’ajouter, par exemple un téléphone portable à peu de place pour contenir un système embarqué. L’enjeu est donc de pouvoir réaliser un système puissant répondant aux contraintes précitées, sous forme physique assez réduite pour être exploitable. Etant autonome, ces systèmes nécessitent une alimentation en énergie régulière afin d’avoir un fonctionnement stable et sûr du produit. Il est donc indispensable de prévoir une alimentation adaptée, même si une consommation trop élevée du système aurait un impact sur son coût.

Contexte Aujourd’hui, un véhicule contient une grande quantité d’électronique et d’informatique : on retrouve plus de 100 capteurs, 30 à 50 calculateurs selon le type de véhicule et parfois près d’un million de lignes de codes pour les véhicules de dernière génération. Cette évolution s’explique par les demandes exigeantes des consommateurs et l’envie de différenciation des concurrents sur marché de l’automobile. S’ajoute à cela les contraintes économiques et écologiques où l’électronique embarquée répond à ces nouvelles attentes. De nouvelles fonctionnalités impliquent parfois une intégration électronique et informatique par le biais de systèmes embarqués. Voici une représentation des systèmes intégrés d’un véhicule moderne.

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Figure : Fonctions d’un véhicule moderne Toutes ces fonctions se catégorisent selon leur domaine d’action :  Habitacle / Confort (climatisation, siège chauffant, allumage automatique des feux…)  Moteur / Transmission (contrôle injection, commande boite de vitesses…)  Sécurité (ABS, Airbags, ESP, radar de recul…)

 Radar de recul : Le radar de recul est un système utilisé dans l'industrie automobile pour améliorer la visibilité à l'arrière du véhicule. Ce type de radar fonctionne sur le même principe qu'un radar classique, sans toutefois utiliser les mêmes types d'ondes. Alors qu'un radar classique utilise des ondes radio, le radar de recul se caractérise par l'utilisation d'ondes ultrasonores. Il est également composé d'une centrale électronique et d'un avertisseur sonore. La plupart des véhicules récents sont équipés d’un radar de recul. Cet accessoire permet de détecter la distance entre le pare-chocs arrière de la voiture et l'objet le plus proche. Un tel système est capable de signaler la distance à laquelle se trouve l’obstacle, comprise entre 5 cm et 1,5 m.

Figure : Stationnement du véhicule

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Principe de fonctionnement d’un radar de recul : Garer son véhicule, effectuer une manœuvre en toute sécurité, n’est pas toujours chose facile. Les constructeurs, conscients de ces difficultés, apportent une aide aux conducteurs en équipant les véhicules d’un dispositif de détection d’obstacles. Le capteur utilisé pour la détection d’un obstacle émet d’abord un signal d’ondes sonores et le réceptionne ensuite en retour par le phénomène de l’écho, sous une fréquence variable, fonction de la distance avec l’obstacle de réflexion. Lors de l’enclenchement de la marche arrière, le système mesure la distance comprise entre l’arrière du véhicule et l’obstacle le plus proche. Un signal sonore à rythme variable est émis par le bruiteur pour informer le conducteur du rapprochement de l’obstacle dans la zone de détection. Le rythme d’émission du signal s’accélère au fur et à mesure que le véhicule se rapproche de l’obstacle. Le signal sonore devient continu lorsque la distance mesurée est inférieure à 0,30 m (cette valeur est une moyenne qui peut varier selon la marque et le type du véhicule). Le calculateur a accès aux informations suivantes :  Temps séparant l’onde d’émission de celle de réception venant de l’écho;  La vitesse de propagation des ondes ultrasonores (déplacement dans l’air ~340 m/s).

Principe de mesure : Le principe du calcul de la distance est simple: il faut émettre une trame d'impulsion ultrasonore, et compter le temps d'attente à la réception. Étant donné que la vitesse du son est connue, on aura : d = v * t / 2

Figure : Principe de mesure de distance à base d'un capteur ultrason

Détection d’obstacle : Les principes de la détection d'obstacles inclut aussi la présence humaine, et d'un autre côté, sur l'utilisation des dispositifs de détection sur des véhicules industriels. Les principes de détection de présence humaine ou d'objets sont nombreux: à base d’ultrason, de détecteurs capacitifs, de détecteurs à infrarouge, de radar micro-onde, et d'autres. L'utilisation des détecteurs, que ce soit à base d'ultrason ou autres, est présente aussi dans plusieurs domaines, on peut citer la sécurité, les systèmes antivol ou en robotique.

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Figure : Les différentes étapes de calcul de distance.

Détecteurs à ultrason : L'ultrason est un son dont la fréquence est supérieure à 20 kHz. Le nom vient du fait que leur fréquence est trop élevée pour être audible pour l'homme. Deux principes physiques sont utilisables pour constituer le capteur : par effet électronique ou par effet piézoélectrique. Ces capteurs utilisent l'air comme milieu de propagation. L'émetteur et le récepteur sont situés dans le même boîtier. L'émetteur envoie un train d'ondes qui est réfléchi sur l'objet (ou le travailleur) à détecter et ensuite revient à la source. Le temps mis pour parcourir un aller-retour permet de déterminer la distance de l'objet par rapport à la source. La distance trouvée doit être divisée par deux, car le signal aura franchi le double de la distance pour revenir à l'émetteur. La capacité de détection de ce type de capteur va de quelques centimètres à environ 10 mètres. 35

Figure : principe de fonctionnement du détecteur à ultrasonore. Les capteurs ultrasonores ont de nombreux avantages. Ils ont une large gamme d'utilisation, facile à mettre en œuvre, et leur coût est très faible par rapport aux autres capteurs comme les radars. En plus, l'utilisation des ultrasons est pratiquement sans danger sur la santé humaine. D'un autre côté, les détecteurs ultrasonores présentent les inconvénients suivants :  La vitesse de propagation des ultrasons peut être influencée de façon sensible par une variation de température;  La propagation de l'onde sonore peut aussi être influencée par l'humidité;  La lecture des capteurs peut être influencée par le bruit environnant et par le signal émis par d'autres capteurs sur le même système.

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Chapitre 4  : ETUDE DU PARTIE MATERIELS ET LOGICIELS DU PROJET

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I.

Introduction :

La plupart des véhicules récents sont équipés d’un radar de recul. Cet accessoire permet de détecter la distance entre le pare-chocs arrière de la voiture et l'objet le plus proche. Dans ce chapitre, nous allons chercher et définir le matériel nécessaires pour réaliser notre travail à partir d’une carte Arduino et les périphériques appropriés qui permettent de réaliser le radar de recule.

 Conception du radar de recul:

 Conception matériel : Les éléments constituant notre système sont :  Carte Arduino uno ;  Capteur ultrason ;  Buzzer.

 La carte Arduino uno : C’est une carte électronique basée autour d'un microcontrôleur ATmega du fabricant ATMEL, Le système Arduino donne la possibilité d'allier les performances de la programmation à celles de l'électronique. Plus précisément, pour programmer des systèmes électroniques. Dans notre projet nous utiliserons La carte Arduino UNO, est un microcontrôleur ATmega 328 programmable permettant de faire fonctionner des composants (moteur, LED…). Elle possède des «ports» permettant par exemple de se connecter à un ordinateur ou de s’alimenter.

Figure : Carte Arduino UNO

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 Le capteur ultrasonique : A. Module de détecteur HC-SR04 : Le capteur HC-SR04 utilise les ultrasons pour déterminer la distance d'un objet. Il offre une excellente plage de détection sans contact, avec des mesures de haute précision et stables. Son fonctionnement n'est pas influencé par la lumière du soleil ou des matériaux sombres, bien que des matériaux comme les vêtements puissent être difficiles à détecter.

Figure : capteur ultrason HC-SR04 B. Caractéristiques :  Dimensions : 45 mm x 20 mm x 15 mm;  Plage de mesure : 2 cm à 400 cm;  Résolution de la mesure : 0.3 cm;  Angle de mesure efficace : 15 °;  Largeur d'impulsion sur l'entrée de déclenchement : 10 μs (Trigger Input Pulse width). C. Broches de connexion :  Vcc = Alimentation +5 V DC  Trig = Entrée de déclenchement de la mesure (Trigger input)  Echo = Sortie de mesure donnée en écho (Echo output)  GND = Masse de l'alimentation

 Bipper (buzzer) : « Buzzer or beeper » est un dispositif de signalisation audio, qui peut être mécanique, électromécanique ou piézoélectrique. Parmi les utilisations typiques des avertisseurs sonores, citons les dispositifs d’alarme, les minuteries et la confirmation des entrées de l’utilisateur, comme un clic de souris ou une frappe au clavier. Largement utilisée dans les ordinateurs, les imprimantes, les photocopieurs, les alarmes, les jouets électroniques, les équipements électroniques automobiles, les 39

téléphones, les minuteries et autres produits électroniques pour appareils audio. Dans notre cas on va utiliser le buzzer électromécanique, buzzer actifs qui se présente sous la forme d'un petit boîtier rectangulaire ou cylindrique.

Figure : bipper

 Conception logiciel : Une carte d’acquisition que sa construction se base sur un microcontrôleur doit être dotée d’une interface de programmation comme est le cas de notre carte. L'environnement de programmation open-source pour Arduino peut être téléchargé gratuitement (pour Mac OS X, Windows, et Linux).

II.

Réalisation de projet :

On va procéder à l’application expérimentale, pour cette raison, plusieurs blocs ont été nécessaires afin de réaliser une telle combinaison avec le module Arduino et son environnement de développement IDE.

Figure : Schéma synoptique de notre projet.

Communication : 1. La connexion entre l’Arduino et le détecteur a ultrason HC-SR 04 :



Câblage :

La pin 5v du HC-RS04 ………………………. la pin 5v 40

La pin GND du HC-RS04 …………………… la pin GND La pin Trig ……………………………………….. la pin 9 La pin echo ……………………………………… la pin 10

Figure : La connexion entre l’arduino et le détecteur a ultrason HC-SR 04 2. La connexion entre l’Arduino et le buzzer:

 Câblage : La pat + vers la pin 11 La pat – vers la pin GND

Figure : La connexion entre l’arduino et le buzzer

3. La connexion entre l’arduino et les leds :

 Câblage : 41

LED bleu vers la pin 10 LED jaune vers la pin 9

 La programmation de commande :

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Conclusion général : L’importance de radar de recul est de plus en plus utile dans l’industrie automobile, Le radar de recul est un système d’assistance qui avertit de la présence d’un obstacle à l’arrière du véhicule, lors d’une opération de marche arrière. Cet équipement préserve donc non seulement l’intégrité du véhicule, mais aussi d’un éventuel piéton ou enfant hors de champ de vision. C’est un élément de signalisation, mais aussi de sécurité. Mon projet comporte un travail théorique accompagné d'une réalisation, son objectif consiste sur l’étude d'un radar de recule à ultrason. Pour faire preuve ma réalisation, j’ai utilisé une carte Arduino UNO, un capteur à ultrason, bipper, des leds.

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