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Rapport de projet : motorisation électrique 1/16 2012/2013

Projet Rapport de projet

Motorisation électrique

Lycée Edouard BRANLY

REYNAUD Quentin



Sommaire

I/Introduction ................................................................................p.3

II/La batterie …...............................................................................p.4

1) L'achat de la batterie ……………………………………………………… p.4

2) Étude de l'existant ………………………………………………………… p.5

3) Hypothèses ……………………………………………………………………. p.5

a. Double face ……………………………………………………… p.5

b. Boîtier en croix ………………………………………………… P.5

c. Boîtier accumulateur ………………………………………… p.6

4) Modélisation CAO …………………………………………………………. P.7

a. Esquisses …………………………………………………………… P.7

b. Modèle 3D ………………………………………………………… P.8

c. Étude sustainability …………………………………………… p.9

d. Étude du matériau …………………………………………… p.10

III/Conclusion…………………………………………………………………………… p.11

Annexes …………………………………………………………………………………… p.12



I/Introduction

Dans le cadre de nouvelles initiatives du gouvernement en terme de développement durable, il est nécessaire de traiter certains problèmes écologiques, tel que l'utilisation de matériaux non recyclable, ou la pollution, qui est le phénomène le plus important à résorber. Ainsi le moteur de la voiture proposé pour notre projet devra être plus écologique et polluer moins.

Le projet motorisation électrique entre dans le cadre du projet de fin d'étude de STI2D présenté au BAC.

Notre problématique était la suivante : La motorisation actuelle est polluante et utilise des ressources non renouvelables. Il faut donc implanter une motorisation électrique sur le châssis d’une voiture radiocommandée.

L'objectif de ce projet était de modifier le système de motorisation d'une voiture de modélisme FG écoline 2002 afin de consommer moins d'énergie et d'obtenir ainsi un système écologique. Ce, tout en conservant au mieux les performances de la voiture.

Notre travail portait sur l'implantation de plusieurs composants de la motorisation : le moteur, le contrôleur, la transmission, les batteries et le châssis. Nous avons donc répartis le travail de la manière suivante :

− Implantation du moteur : Nicolas BOONE

− Implantation du contrôleur : DESCHAMPS Lucie

− Implantation de la batterie : REYNAUD Quentin

− Implantation de la transmission et modification du châssis : DORIN Étienne, GUIGUON Antoine

La priorité était de modifier le châssis pour pouvoir implanter les éléments de support ainsi que de trouver les composant requis afin de pouvoir effectuer des tests.

Mon travail consistait donc à l'étude du contrôleur et de son système de fixation.



II/ La batterie

La batterie est un composant essentiel de la motorisation d'une voiture électrique, il remplit plusieurs fonctions : celle dite de « remplacer le réservoir à essence », c'est à dire que la batterie délivre de l’énergie au contrôleur qui fait varier la tension envoyée au moteur afin d'en régler la vitesse ; la fonction de commutation des tensions sur les bornes du moteur qui permet, ou non, de connecter les bornes de la batterie à celles du moteur ;

1) L'achat de l'accumulateur

Afin d'assurer le bon fonctionnement de notre prototype, un travail d'équipe a été nécessaire pour choisir les bons composants, qu'ils soient compatibles sur la voiture et entre eux. Le modèle de voiture mis à notre disposition est une voiture FG écoline 2002 en 1/5ème. Il a donc été difficile de trouver des composants adaptés. Nous avons envoyé des mails a plus d'une dizaines de fournisseurs en modélisme puis nous avons choisis de commander notre matériel a l'enseigne HobbyCenter, un fournisseur spécialisé pour les voiture de modélisme 1/5ème et 1/8ème.

J'ai choisis l’accu 22.2V 6000 mA 35C

Caractéristique :

6000 mA

22,2 V

Adaptable sur tous modèles de Voiture de modélisme 1/5 ou 1/8 Dimensions : 155x60x45mm

Poids : 900g

Prix 129,90€



2) Étude de l’existant

La solution de fixation de la batterie la plus courante est simple, les amateurs de modélisme utilisent des carrés de scotch double face pour fixer l'accu au châssis. Sur des modèles de voiture 1/10ème, la fixation est effectuée par le groupement de tous les composants dans un boîtier en plastique fixé au châssis par des vis.

3) Hypothèses

a. Hypothèse 1

La première hypothèse fut d'essayer le système de fixation par scotch double face. J'ai effectué le calcul de la dynamique des forces afin de savoir quelle force le scotch devrait supporter lors d'un arrêt brutal ∆t=1s et ∆d=90 km/h.

On sait que F=mx(∆d/∆t), avec m=7, alors F=7x(90/1)=630N

La force exercée sur le scotch double face est donc trop grande et la batterie risque de se détacher du châssis lors d'un impact.

Esquisse solution du scotch double face (vue de dessous)

b. Hypothèse 2

La troisième hypothèse fût le boîtier en croix, c'est à dire un boiter qui, pour parer à un impact sur l'environnement qui serait trop élevé, aurait réduit la quantité de matière nécessaire à sa création et donc augmenter sa recyclabilité et son intérêt pour le projet. Mais le système de croix ne peut pas résister à un choc de 630N.



c. Hypothèse 3

La dernière hypothèse est celle du boîtier accu intégral. La batterie se glissera dans le boîtier (noir), la porte devra être fermée (bleu), Cela permettra de rendre la batterie fixe et ainsi de l’empêcher de se détacher. Le boîtier est lui même fixé au châssis grâce à 4 vis M6.

Vue de cote

Vue 3D Boîtier batterie intégral

L'hypothèse 3 a été retenue et est devenue la solution que j'ai mis en œuvre lors de mon projet. On observe dans le tableau ci-dessous, un tableau comparatif, qui permet de mettre en évidence les avantages et inconvénients de mes hypothèses.

Résistance Recyclabilité Fixation

Double-face -- -- - + +

- + - ++ ++

Boîtier en croix ++ - ++ ++ +

++ ++ + + +

critèresSystème

intérêt pour le projet

Procédé de Mise en forme

Boîtier total Motorisation

Boîtier intégral Accu

Boîtier en croix



4) Modélisation CAO

a. Esquisses

J'ai tout d'abord réalisé quelques esquisses à main levé afin de pouvoir me faire une idée de ce à quoi ressemblera mon boîtier.

La vue en perspective permet de mettre en évidence les formes et détails du boîtier.

Ensuite, j'ai créé une esquisse sous SolidWorks ce qui m'a permit d'entrer les dimensions de la batterie afin d'adapter la taille du boîtier. (155x60x45mm)



b. Le modèle 3D

Le logiciel SolidWorks permet de modéliser tous les types de pièces, de systèmes et d'assemblage. J'ai donc créé le boîtier avec ce logiciel.

On obtient donc le boîtier ci dessous. J'ai fait plusieurs trous afin de limiter au maximum le poids et l'utilisation de la batterie pour les fils. La batterie est maintenue en place dans le boîtier grâce à une avancée située à l’arrière du boîtier et une porte qui se glisse dans son emplacement.

Vue 3D SolidWorks boîtier batterie intégral

Le boîtier de la batterie est mis en forme par usinage. Cela crée donc quelques déchets qui seront réutilisés, la pièce sera usinée sur une commande numérique 5 axes qui permettra une très grande précision. Le boîtier est ensuite ébavuré et contrôlé afin de s'assurer de la qualité de la pièce.



c. Étude sustainabilty

La fonction sustainability de SolidWorks permet d'effectuer des études énergétiques sur le cycle de vie d'une pièce. En l'occurrence, cela permet de choisir un matériau, un procédé de mise en forme et un moyen de transport qui a un faible impact sur l'environnement, et donc d'éviter l'eutrophisation de l'eau, les émissions de CO2.

Cette fonction permet de programmer le lieu de fabrication et le lieu d'utilisation. Pour notre projet, les produits sont fabriqués et utilisés en Europe. Le transport est donc effectué en grande partie par bateau, ce qui permet de moins polluer lors de la phase de transport.

Le matériau pouvant être défini, j'ai choisi le plastique ABS car il est recyclable, résistant et demande peut d’entretien. De plus en cas de court circuit ou d'accident, ce matériau est isolant. Il ne laissera donc pas passer le courant et pourra être manipulé facilement vu que le poids de la pièce ferra environs 130g

Empreinte carbone

Matériau : 0.463 kg CO2

Fabrication: 0.136 kg CO2

Transport: 0.012 kg CO2

Fin de vie: 0.107 kg CO2

0.717 kg CO2

Energie totale consommée

Matériau : 11 MJ

Fabrication: 2.6 MJ

Transport: 0.172 MJ

Fin de vie: 0.082 MJ

14 MJ

Eutrophisation de l'eau

Matériau : 1.8E-4 kg PO4

Fabrication: 3.3E-5 kg PO4

Transport: 1.2E-5 kg PO4

Fin de vie: 5.2E-5 kg PO4

2.7E-4 kg PO4

Acidification de l'air

Matériau : 1.0E-3 kg SO2

Fabrication: 9.1E-4 kg SO2

Transport: 5.4E-5 kg SO2

Fin de vie: 7.7E-5 kg SO2

2.0E-3 kg SO2



Fin de vie :

Recyclé � 25%

Incinéré � 24%

Décharge � 51%

d. Étude du matériau

Grâce au logiciel CES EduPack 2012, j’ai vu que l’ABS est solide, résilient et facile à mouler. Il est opaque.

Propriétés générales :

Masse volumique : 1.01e3 - 1.21e3 kg/m^3

Prix : 1.72 - 1.89 EUR/kg

Le tableau ci-dessous offre un large choix de matériau, et le choix que j’ai retenu :

Le polymère qui a la plus grande résistance au choc est l’ABS. Il offre un choix de colorie très étendu. Il est un bon isolant et résiste aussi au UV.


III/Conclusion

Donc je peu dire que la voiture que j’ai crée avec mon équipe est plus écologique et dégage moins de C0² lors de l’utilisation; notamment du au moteur électrique, au contrôleur et, a ma parti, la batterie.

De même, j’ai rendu la voiture plus légère en enlèvent de la matière lors du CAO.

La problématique de notre groupe était de concevoir une motorisation électrique nous avons donc conçu un système recyclable et utilisant moins d’énergie. Le procédé de mise en forme ainsi que la pièce elle-même et le matériau sont des facteurs très important pour obtenir un système écologique.

Les objectifs que nous nous étions fixé ont été remplit comme de faire baisser le poids total, seul les tests sur la voiture n'ont pas pu être réalisé par manque de matériel.

Nous avons, pour réaliser ce projet, utilisé toutes les connaissances que les cours de terminale nous ont apportés. En physique, les études des forces ont été importantes, en ce qui concerne le tronc commun nous avons mis en œuvre concrètement certains travaux pratiques.

J'aurais aimé pouvoir faire plus de tests sur la voiture afin de savoir si nos solutions étaient fondées mais le manque de connaissance et de matériel a été trop important.



Cahier des charges

Fonctionnelles Projet Motorisation

Électrique.

I/ Présentation de l’étude

Projet Annexes


Projet Annexes

II/ Expression des besoins

1) Environnement.

Ce projet est destiné à être utilisé par des amateurs de modélisme automobile voulant opter pour un moyen de motorisation non polluant qu’est le moteur électrique.


Projet Annexes

2) Description des fonctions

Diagramme pieuvre


Projet Annexes

Diagramme FAST

3) Description des contraintes

a. Contraintes techniques

Compte tenu du fait que le moteur thermique est remplacé par un moteur électrique, nous essayerons de garder un maximum de puissance.

b. Contraintes de réglementation

Sachant que le système admet un moteur, il devra respecter certaines règlementations et normes tel que le ROAR ou l’IFMAR.


Projet Annexes

4) Performance principale

La voiture sera équipée d’un moteur, un accumulateur (système de double batterie) et d’un contrôleur. Sa performance principale sera d’être écologique.

5) Possibilité d’évolution.

La puissance du moteur pourra être amélioré ainsi que son ergonomie. La carrosserie est interchangeable, le style de la voiture peut donc être modifié.

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