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Des mesures de couple en conditions réelles permettent à la compétition de voitures électriques de passer au virtuel

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Des étudiants-ingénieurs utilisent un capteur de couple récemment lancé pour prédire l'efficacité énergétique d'une voiture électrique de compétition.

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De jeunes technologues de l'université de Sheffield ont atténué leur déception suite à l'annulation par Covid du Shell Eco Challenge Rally en développant un outil de simulation informatique permettant de prédire l'efficacité énergétique des voitures électriques

L'université est associée depuis longtemps au Shell Eco Challenge, dans lequel des équipes d'étudiants de toute l'Europe s'affrontent pour déterminer quelle voiture électrique parcourra la plus grande distance avec une seule charge. Ainsi, lorsque Covid a mis fin à l'événement, plutôt que d'abandonner ses efforts, l'équipe de Sheffield a changé d'orientation et s'est lancée dans un projet connexe.

"Nous avons développé nos propres outils de simulation informatique pour prédire l'efficacité énergétique de nos véhicules électriques (VE)", explique Lucy Edwards, étudiante. "Cela nous a permis de calculer le score de notre véhicule pour la course de compétition de 40 minutes/15 km."

Pour replacer la compétition dans son contexte, les VE Shell Eco atteignent plus de 800 km/kWh, alors que les VE en circulation aujourd'hui ne peuvent atteindre que 15 km/kWh (à la même vitesse de 25 km/h). Les VE de la compétition sont bien sûr des monoplaces ultra légères et très aérodynamiques, et les conducteurs sont choisis en fonction de leur poids, alors que leurs homologues routiers sont mieux adaptés à une sortie en famille. Cependant, la compétition démontre le potentiel de la propulsion électrique et, au fil des ans, a sans aucun doute contribué au développement de cette technologie.

La participation de Sheffield est extrascolaire mais offre aux étudiants une excellente occasion d'appliquer dans un contexte pratique ce qu'ils ont appris en cours

Pour construire l'outil de simulation, les étudiants ont utilisé leurs connaissances en théorie de l'ingénierie pour créer une représentation mathématique de toutes les pertes d'énergie présentes dans la voiture. Les courbes d'efficacité du moteur, qui ont été dérivées à l'aide d'un banc d'essai de la chaîne cinématique et d'un dynamomètre à moteur à double usage, ont constitué une donnée clé. Ce banc d'essai a été développé en interne à partir d'un TorqSense SGR521, le dernier produit de Sensor Technology Ltd, une société de Banbury spécialisée dans le développement de technologies de mesure du couple et de la charge

En fait, Sensor Technology soutient régulièrement les Shell Eco Challengers ; au fil des ans, elle a soutenu plusieurs équipes d'Europe continentale et maintenant une équipe du Royaume-Uni. "Les équipes d'étudiants doivent essentiellement effectuer de nombreux tests sur leurs moteurs d'entraînement et cartographier les résultats", explique Mark Ingham de la société. "En tant que telles, elles ne sont pas vraiment différentes des ingénieurs chargés des essais de moteurs dans le monde entier.

"Nous sommes de loin le fournisseur le plus actif de technologie et d'expertise en matière de mesure du couple pour l'Eco Challenge. Il est très gratifiant de savoir que nous donnons à de jeunes ingénieurs en début de carrière des bases solides sur un sujet aussi important, auquel ils auront recours pendant des décennies."

Comme leurs homologues professionnels, les jeunes ingénieurs ont tendance à vouloir développer un banc d'essai précis et facile à utiliser. En général, ils ont également des contraintes d'espace et de temps, et souhaitent donc une conception compacte qui soit rapide et facile à mettre en place pour chaque test

"Notre nouvelle gamme SGR510/520 répond à toutes ces exigences", déclare Mark. "Elle n'est sur le marché que depuis quelques mois, mais elle s'est déjà révélée être la préférée des laboratoires d'essais de véhicules électriques du monde entier, un marché en pleine expansion à l'heure actuelle

Pour le Shell Eco Challenge, les équipes de toute l'Europe doivent concevoir et construire en interne leurs propres voitures électriques et leurs contrôleurs de moteur. En général, les groupes motopropulseurs sont basés sur un moteur à courant continu sans balais ou un moteur PMSM, et des algorithmes de commande complexes sont nécessaires pour un contrôle précis. Cela nécessite une électronique personnalisée, généralement basée sur des MOSFET et d'autres composants à faible perte de puissance soigneusement choisis.

En fait, les règles du Challenge sont telles que le contrôleur est inclus dans le test du moteur qui est effectué pour chaque équipe. En effet, les capacités de chaque pièce de matériel sont quantifiées afin que les équipes puissent voir comment elles se comparent les unes aux autres.

Lucy résume l'année de l'équipe : "Avec les outils et le matériel que nous avons développés, nous avons obtenu des scores compétitifs lors des compétitions. Bien sûr, nous espérons tous que les restrictions de Covid nous permettront bientôt de rencontrer nos concurrents en face à face et de nous affronter voiture contre voiture. Ce sera l'ingénierie du monde réel à son meilleur."