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'10
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MAPLESOFT
Utilisation de MapleSim pour créer des modèles physiques très fidèles de batteries pour véhicules électriques et hybrides
Ces dernières années, la demande en véhicules tout électriques et hybrides électriques a considérablement augmenté. Le développement de tels véhicules est une tâche bien plus complexe que la conception de véhicules classiques car ils incorporent de nombreux domaines d’ingénierie différents dans un système unique. En même temps, la pression concurrentielle contraint les constructeurs automobiles à produire de nouvelles conceptions dans des délais plus courts que jamais. L’industrie s’oriente vers les techniques de modélisation physique mathématique qui permettent aux ingénieurs de décrire avec précision le comportement des composants que contient le système ainsi que les contraintes physiques qui s’exercent sur le système. Ces équations modèle sont ensuite utilisées pour développer, tester et optimiser des conceptions très rapidement, sans les coûts ni les délais nécessaires à la construction de prototypes physiques.
Les équations système pour ce modèle multi-domaine de véhicule hybride électrique sont générées automatiquement dans MapleSim, et accessibles aux chercheurs aux fins d’analyse et d’optimisation de leurs conceptions.
L’un des composants les plus importants d’un véhicule hybride électrique ou tout électrique, c’est la batterie elle-même. Il est essentiel de disposer d’un bon modèle virtuel de la batterie de façon à refléter correctement dans le modèle à la fois le comportement de la batterie et l’interaction de la batterie avec tous les autres composants du système. Comme la batterie joue un rôle essentiel dans le véhicule, la capture de ces interactions est primordiale pour la conception d’un vrai véhicule électrique performant.
Le Dr Thanh-Son Dao et M. Aden Seaman collaborent avec le Dr John McPhee, titulaire de la chaire de Recherche Industrielle NSERC/Toyota/Maplesoft en modélisation mathématique et conception, au développement de modèles très fidèles de véhicules électriques et hybrides électriques incluant les batteries. Ils ont choisi MapleSim en estimant que l’approche symbolique de MapleSim constituait une méthode efficace pour développer des modèles de simulation offrant des vitesses d’exécution temps réel élevées pour les tests HIL (hardware in the loop) et une grande fidélité comparée aux modèles créés à l’aide d’outils de modélisation classiques.
Modèle de batterie pour véhicule électrique
Grâce à MapleSim, le Dr McPhee et M. Seaman ont pu concevoir un modèle mathématique de pack batterie complet et développer ensuite le contrôleur de puissance, le moteur/générateur électrique, le terrain, et les modèles de cycles de conduite. Les équations différentielles résultantes furent simplifiées symboliquement puis simulées numériquement. Toutes sortes de situations de conduite furent simulées, comme des accélérations modérées ou vives et des parcours avec côtes et descentes. Les résultats furent physiquement cohérents et démontrèrent à l’évidence le lien étroit entre la batterie et le déplacement du véhicule. Ce modèle constituera le socle d’un modèle véhicule plus vaste, lequel comportera des modèles de contrôleur de puissance plus sophistiqués et de moteur électrique plus complexes, de terrain et de cycles de conduite.
Modèle de batterie pour véhicule hybride électrique
Le Dr McPhee, le Dr Dao et M. Seaman ont utilisé MapleSim pour développer un modèle multi-domaine de véhicule hybride électrique, incluant une série d’équations gouvernantes optimisée et générée automatiquement. Le modèle de véhicule hybride électrique consiste en un moteur thermique de moyenne cylindrée, des moteurs électriques à courant continu alimentés par un pack batterie Ni-MH, et un modèle multi-corps de véhicule. Les simulations ont été ensuite utilisées pour démontrer les performances du système de véhicule hybride électrique ainsi développé. Les résultats de simulation ont démontré non seulement la viabilité du modèle mais aussi - conséquence des techniques symboliques sans pertes de MapleSim pour produire automatiquement une série optimale d’équations -, que le nombre d’équations gouvernantes était sensiblement réduit, avec pour effet un système informatique efficace. Ce modèle de véhicule hybride électrique peut être utilisé pour la conception, le contrôle et la prédiction des performances et du comportement du véhicule à travers différents scénarios de conduite. Le modèle peut également être utilisé pour une analyse de sensibilité, une réduction de modèle et des applications temps réel comme les simulations HIL (hardware-in-the-loop).
« Grâce à MapleSim, le temps de développement de ces modèles est considérablement réduit et les représentations système sont bien plus proches de la physique des véritables systèmes, explique le Dr. John McPhee. Nous sommes intimement convaincus que l’approche mathématique est la meilleure possible et même, à vrai dire, la seule envisageable pour s’attaquer aux problèmes de conception avec des systèmes complexes tels que les véhicules électriques et hybrides électriques ».
L’un des composants les plus importants d’un véhicule hybride électrique ou tout électrique, c’est la batterie elle-même. Il est essentiel de disposer d’un bon modèle virtuel de la batterie de façon à refléter correctement dans le modèle à la fois le comportement de la batterie et l’interaction de la batterie avec tous les autres composants du système. Comme la batterie joue un rôle essentiel dans le véhicule, la capture de ces interactions est primordiale pour la conception d’un vrai véhicule électrique performant.
Le Dr Thanh-Son Dao et M. Aden Seaman collaborent avec le Dr John McPhee, titulaire de la chaire de Recherche Industrielle NSERC/Toyota/Maplesoft en modélisation mathématique et conception, au développement de modèles très fidèles de véhicules électriques et hybrides électriques incluant les batteries. Ils ont choisi MapleSim en estimant que l’approche symbolique de MapleSim constituait une méthode efficace pour développer des modèles de simulation offrant des vitesses d’exécution temps réel élevées pour les tests HIL (hardware in the loop) et une grande fidélité comparée aux modèles créés à l’aide d’outils de modélisation classiques.
Modèle de batterie pour véhicule électrique
Grâce à MapleSim, le Dr McPhee et M. Seaman ont pu concevoir un modèle mathématique de pack batterie complet et développer ensuite le contrôleur de puissance, le moteur/générateur électrique, le terrain, et les modèles de cycles de conduite. Les équations différentielles résultantes furent simplifiées symboliquement puis simulées numériquement. Toutes sortes de situations de conduite furent simulées, comme des accélérations modérées ou vives et des parcours avec côtes et descentes. Les résultats furent physiquement cohérents et démontrèrent à l’évidence le lien étroit entre la batterie et le déplacement du véhicule. Ce modèle constituera le socle d’un modèle véhicule plus vaste, lequel comportera des modèles de contrôleur de puissance plus sophistiqués et de moteur électrique plus complexes, de terrain et de cycles de conduite.
Modèle de batterie pour véhicule hybride électrique
Le Dr McPhee, le Dr Dao et M. Seaman ont utilisé MapleSim pour développer un modèle multi-domaine de véhicule hybride électrique, incluant une série d’équations gouvernantes optimisée et générée automatiquement. Le modèle de véhicule hybride électrique consiste en un moteur thermique de moyenne cylindrée, des moteurs électriques à courant continu alimentés par un pack batterie Ni-MH, et un modèle multi-corps de véhicule. Les simulations ont été ensuite utilisées pour démontrer les performances du système de véhicule hybride électrique ainsi développé. Les résultats de simulation ont démontré non seulement la viabilité du modèle mais aussi - conséquence des techniques symboliques sans pertes de MapleSim pour produire automatiquement une série optimale d’équations -, que le nombre d’équations gouvernantes était sensiblement réduit, avec pour effet un système informatique efficace. Ce modèle de véhicule hybride électrique peut être utilisé pour la conception, le contrôle et la prédiction des performances et du comportement du véhicule à travers différents scénarios de conduite. Le modèle peut également être utilisé pour une analyse de sensibilité, une réduction de modèle et des applications temps réel comme les simulations HIL (hardware-in-the-loop).
« Grâce à MapleSim, le temps de développement de ces modèles est considérablement réduit et les représentations système sont bien plus proches de la physique des véritables systèmes, explique le Dr. John McPhee. Nous sommes intimement convaincus que l’approche mathématique est la meilleure possible et même, à vrai dire, la seule envisageable pour s’attaquer aux problèmes de conception avec des systèmes complexes tels que les véhicules électriques et hybrides électriques ».
