Etude d'un modèle de véhicule sous Amesim : optimisation pour un 0 à 100 km/h

Résumé du document

Au cours des dernières années, la masse des véhicules automobiles à considérablement augmenté. En effet, l'accroissement des dispositifs de sécurité et de confort tel que le renforcement des structures, l'apparition des systèmes électroniques de contrôle de trajectoire et de la climatisation ont provoqué des augmentations de masse considérables. Ces augmentations de masse ont une incidence directe sur les performances et le comportement du véhicule. Dans un premier temps, le but de cette étude est donc d'étudier, via un modèle numérique réalisé sous Amesim, l'influence de la masse du véhicule sur ses performances en termes d'accélération. On s'intéressera également à l'influence de la masse des éléments en rotations tels que le volant moteur et les roues.

Dans une seconde partie, on modifiera les paramètres du modèle tels que les rapports de boîte, la masse des éléments en rotation et la masse globale du véhicule pour l'optimiser et le rendre plus performant sur un départ arrêté de 0 à 100 km/h. Nous nous intéresserons finalement à l'impact de l'optimisation sur la consommation de carburant pour comprendre quels sont les paramètres qui permettent de la limiter.

[...] Dans le cadre de cette étude, nous considèrerons les performances du véhicule en termes d'accélération. Pour cela, nous nous intéresserons à une grandeur fréquemment utilisée dans le domaine de l'automobile : la durée nécessaire à la voiture pour atteindre la vitesse de 100km/h depuis un départ arrêté.

Dans un premier temps, nous avons décidé d'évaluer l'influence de la masse globale du véhicule sur les performances. Nous avons donc effectué une simulation avec le modèle fourni pour différentes valeurs de masses entre 1350 et 1650 kg. Ceci reviendrait dans la réalité à chronométrer un 0 à 100km/h pour un véhicule allégé puis chargé tout en conservant la même motorisation. Voici les résultats obtenus numériquement (...)

Extraits

[...] Finalement, une analyse des données du véhicule totalement optimisé telles que la puissance, le régime, le rendement, la vitesse, l'accélération et la consommation nous a permis de comprendre les effets de l'optimisation sur les performances. x y r Ûôïôðôõõõjõkõlõ}õ~õõ€õöúúúúíØǹ¬›¬—“Œ—ˆ„‚„—wh:RCh†RúPJ_H U h†RúhàD? [...]

[...] Si on s'intéresse à la puissance moyenne délivrée par le moteur, on remarque qu'elle est de 71kW (soit 96 chevaux) avec la boite de vitesse d'origine et de 83kW (soit 113 chevaux) avec la boite plus courte, on voit donc ici que le changement des rapports de boite à permis d'utiliser le moteur sur des points de fonctionnement plus intéressants et donc d'obtenir des accélérations plus importantes. En revanche, même si un gain de temps a pu être réalisé, on peut noter que le passage des rapports n'a pas lieu au régime optimal avec la nouvelle boite. [...]

[...] La mise en rotation des roues sera donc plus rapide et, en l'absence de glissement des pneus, l'accélération du véhicule sera plus importante. Notre objectif sera donc d'augmenter la valeur des rapports de boîte pour obtenir la plus forte accélération. Après avoir modifié les rapports de boîte jusqu'à obtenir la configuration optimale, (en gardant la configuration d'origine du véhicule pour les roues, le volant moteur et la masse globale) voici les valeurs sur lesquelles nous avons abouti : On voit donc ici que le fait d'utiliser des rapports plus courts permet de réaliser un meilleur temps sur un 0 à 100km/h. [...]

[...] Ainsi, on peut espérer en réduisant la masse du véhicule de 100kg, réduire de 0,58 seconde le temps nécessaire pour effectuer un 0 à 100km/h. Ces premiers résultats nous montrent donc que pour obtenir les meilleures performances, il faut minimiser la masse globale au maximum. Dans le cadre d'une utilisation sportive, si l'objectif était d'effectuer le meilleur temps sur un 0 à 100km/h, on pourrait effectuer des allègements considérables par exemple en retirant l'ensemble des éléments de confort tels que le système de climatisation, les garnitures de porte, les sièges passagers etc Cependant, il faut garder à l'esprit que la masse d'un véhicule de série résulte d'un compromis entre d'une part le confort et la sécurité et d'autre part les performances. [...]

[...] Nous avons ainsi pu mesurer l'importance de chacun de ces paramètres sur l'accélération de la voiture. Par la suite, nous avons agit sur la boîte de vitesse pour optimiser notre véhicule sur une accélération de 0 à 100 km/h, nous avons ainsi pu comprendre l'influence des rapports de boîte et de l'étagement de celle-ci sur les performances. Nous avons donc logiquement opté pour une boîte courte, c'est-à-dire pour laquelle les montées en régime sont très rapides, ce qui favorise l'accélération au détriment de la vitesse de pointe. [...]