Sommaire. Introduction I) Etude préliminaire II) Etude des solutions techniques III) Mise en place de la solution...

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2 Sommaire Introduction... 2 I) Etude préliminaire ) Etude théorique ) Etude pratique... 6 II) Etude des solutions techniques ) Energie chimique ) Energie mécanique ) Energie pneumatique ) Energie électrique ) Solution retenue III) Mise en place de la solution ) Choix des éléments et conception ) Montage ) Essais Conclusion

3 Introduction L écologie est de plus en plus présente dans le quotidien de l Homme. Pourtant, l un des moyens de transport le plus répandu de la planète est responsable d une grande partie de la pollution atmosphérique. En effet, la voiture est la première responsable de l effet de serre, ceci est dû aux émissions de gaz polluants (dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, etc.). Les chercheurs s appliquent à la tâche de l innovation des véhicules afin de limiter cette pollution mais les solutions semblent toutes présenter des inconvénients sur le plan de l efficacité, de la construction, du coût ou bien de la pollution certes moindre mais toujours émise par l automobile. On en vient donc à se demander comment et par quelle énergie propre pourrionsnous remplacer la propulsion thermique? A travers l étude de ce projet, nous analyserons les solutions adaptables sur une voiture radiocommandée puis nous en sélectionnerons une, la plus rentable pour notre expérimentation, que nous mettrons en place dans le but de lui faire parcourir 50 mètres en un temps limité de 2 minutes. Pour que la voiture radiocommandée se déplace à l aide d une énergie propre, c est-à-dire que son exploitation ne produira qu une quantité négligeable de polluant, et sans être dépendant du réseau EDF comme le demande la problématique du sujet, nous présenterons les différentes études nécessaires, ainsi que l exploitation des différentes solutions envisageables pour la réalisation de ce projet. Puis, nous nous intéresserons plus précisément à la solution choisie, en détaillant les caractéristiques de celle-ci et en expliquant les choix des différents éléments. 2

4 I) Etude préliminaire 1) Etude théorique Afin de trouver des solutions techniques nous devons réfléchir au problème et aux contraintes, c est pourquoi nous effectuons cette étude théorique. Diagramme pieuvre FP1 : Rouler sur 50 m en moins de 2 min 30. FC1 : Respecter l environnement, en utilisant une énergie propre. FC2 : Garder sa direction droite afin d éviter toute déviation causés par les devers du couloir et éviter de cogner contre les murs. FC3 : Etre indépendant du réseau EDF. FC4 : Etre facile d utilisation. FC5 : Respecter les dimensions de la voiture de départ. 3

5 Résistance aux roulements et force minimale de déplacement La résistance au roulement est la force qu opposent les pneus au déplacement de la voiture. Elle se calcule suivant la relation suivante : Avec Fr : force de résistance aux roulements (N) Cr : coefficient de roulements m : masse du véhicule (Kg) g : accélération terrestre (m.s -2 ) D après nos mesures, la masse du véhicule (avec son ancien moteur thermique) est de 1,527 Kg et le coefficient de roulement sur asphalte de 0,013. Étant donné que cette valeur ne prend pas en compte les frottements des engrenages et des autres réducteurs, on mesure la force minimale de déplacement Fmin à l aide d un dynamomètre. Vitesse minimale Fmin =1 N D après le cahier des charges on a 50 m à parcourir en 2 minutes. Nous pouvons donc calculer la vitesse minimale Vmin sur le trajet de 50 m. 4

6 Puissance minimale Calcul de la puissance minimale requise pour traverser le couloir dans le temps de 2 min. La vitesse minimale étant faible, on retrouve une puissance très faible. Conclusion Nous trouvons une valeur très faible. Or, étant donné que le sol n est pas géométriquement parfait et qu il y a une légère pente, nous devons nous fixer une marge de sécurité. Ainsi, on cherchera des moteurs délivrant au minimum une puissance de 1 W. 5

7 2) Etude pratique Problèmes Le sol n étant pas géométriquement parfait, il faut savoir si la voiture pourra aller tout droit sans utiliser la direction. Sinon, il faudra une source d alimentation électrique pour le servomoteur dirigeant les roues. De même, il faut savoir s il y a besoin d un frein. Dans ce cas, on devra soit alimenter le système de freinage en électricité, soit concevoir un autre système de freinage. Expérience avec voiture électrique En faisant rouler la voiture électrique sur le couloir on s aperçoit que la voiture ne va pas tout droit à cause du sol et ses dévers ainsi que les rainures du carrelage. Conclusion Pour remédier à ce problème, il faut alimenter la voiture en électricité pour pouvoir utiliser le servomoteur et donc diriger la voiture. Nous devons donc chercher comment produire de l électricité de façon propre. 6

8 II) Etude des solutions techniques 1) Energie chimique La pile à combustible Principe La pile à combustible permet de convertir directement l énergie chimique en énergie électrique. L'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple l'hydrogène) couplée à la réduction sur l'autre électrode d'un oxydant tel que l'oxygène de l'air est producteur d électricité. Principe de fonctionnement La pile à combustible fonctionne sur le monde inverse de l'électrolyse de l'eau. Ici, on supprime la source de tension, on alimente en hydrogène et oxygène et on constate l'apparition d'une tension électrique entre les deux électrodes : le dispositif est devenu un générateur électrique qui fonctionnera aussi longtemps qu'il sera alimenté. Pour cela, elle est constituée de deux électrodes (anode et cathode) séparées par un électrolyte, matériau qui bloque le passage des électrons mais laisse circuler les ions. 7

9 Le combustible à base d'hydrogène H2 est amené sur l'anode. H2 va se transformer en ions H+ et libérer des électrons qui sont captés par l'anode. Les ions H+ arrivent sur la cathode où ils se combinent aux ions O2 constitués à partir de l'oxygène de l'air pour former de l'eau. C'est le transfert des ions H+ et des électrons vers la cathode qui va produire un courant électrique continu à partir de l'hydrogène. Cependant, cette tension ne dépasse pas 0,7 V par cellule, il faut donc utiliser un grand nombre de cellules en série pour obtenir la tension requise. Contraintes de montage La pile à combustible étant alimenté par de l hydrogène stocké dans des réservoirs, il nous faut créer ces réservoirs de taille suffisante pour fournir l autonomie voulue. Notre problème est donc de réussir à placer sur se châssis fabriqué pour un moteur thermique, notre moteur électrique ainsi que la pile à combustible et les 2 réservoirs. Avantages Bon rendement à charge partielle Pas de bruit Dégagement d eau chaude Demande peu d entretien Inconvénients Temps de démarrage Stockage du carburant Coût Durée de vie La disponibilité des combustibles de qualité adéquate ou obligation de créer un générateur 8

10 2) Energie mécanique Moteur à élastique Principe Tourner la «roue» motrice dans un sens pour emmagasiner de l énergie mécanique dans un élastique, et une fois lâchée, la voiture avance à l aide de l énergie contenue dans l élastique et garde son élan grâce à des volants d inertie. Schéma cinématique Il faut placer plusieurs élastiques entre la tige 1 et la tige 2 pour pouvoir actionner le système. Les roues libres permettent d éviter l arrêt de la voiture une fois que l élastique a restitué toute son énergie. Contraintes de montage Il faut retirer les amortisseurs car ceux-ci prennent la place du «moteur à élastique». De plus, il faudra retirer tout l ancien moteur, le réservoir et le système de transmission. Ou bien, on doit placer le moteur à élastique et une roue libre à la place du moteur actuel perpendiculairement à l axe des roues. 9

11 Avantages Peu coûteux Inconvénients Fragilité des élastiques Puissance de sortie variable Ressort moteur Principe Recharger à l aide d une molette ou d une clé amovible afin de tendre le ressort permettant d'emmagasiner de l énergie. Lors de la détente, celle-ci est restituée et transmise par un jeu d'engrenages. Schéma cinématique 10

12 Avantages Autonomie Fonctionnement sans apport faisant appel à la technologie Inconvénients Restitution d une énergie qui varie selon l état, plus ou moins remonté du ressort. Donc obtention d une vitesse régulière difficile Bruit du système de transmission Encombrement Remonter régulièrement le ressort 11

13 3) Energie pneumatique Système à énergie pneumatique Introduction Dans un premier temps, nous nous sommes dirigés vers les énergies pneumatiques. En regardant sur Internet, de nombreux systèmes comme par exemple la fusée à eau a monopolisé notre attention. Présentation Avant le tir, la fusée a été chargée d une certaine quantité d eau. L air qui surmonte cette quantité d eau a alors été mis en pression à l aide d une pompe à vélo. Au moment du départ, lorsque la fusée est libérée, l air comprimé chasse l eau de la bouteille, vers le bas. C est cette projection à grande vitesse de la masse d eau vers le bas qui entraîne la fusée, par réaction, dans la direction opposée, c'est à dire vers le haut. Les fusées peuvent atteindre 100 km/h et 100 mètres d'altitude. La fusée remplie de 30% à 40% d'eau est placée sur son lanceur. L'air de la bouteille est alors mis sous pression (généralement entre 3 et 8 bars). 12

14 Ce système aurait permis de mettre de l'eau sous pression et pourquoi pas de mettre en rotation une turbine pour produire l'énergie nécessaire pour faire fonctionner la voiture, mais ceci présentait trop de problèmes, comme celui de l'étanchéité. Nous avons donc abandonné le principe des fusées à eau. Toujours dans l'idée d'exploiter l'énergie pneumatique, nous nous sommes ensuite penchés sur les moteurs pneumatiques. Principe de fonctionnement du moteur pneumatique Le moteur pneumatique transforme une énergie pneumatique en énergie mécanique de rotation. Le moteur pneumatique à palettes se compose essentiellement d un cylindre et d un rotor. Le rotor cylindrique plus ou moins long porte 4 à 8 fentes radiales dans lesquelles coulissent librement des palettes (5 palettes dans notre moteur). Il est excentré dans un cylindre de diamètre plus grand ou frottent les palettes plaquées par la force centrifuge. L excentration, engendre par la pression d air sur les palettes, un couple qui entraîne le rotor. L air se détend au fur et à mesure de la rotation ainsi jusqu à l orifice d échappement. L'idée retenue a donc été de remplir une bouteille vide avec de l'air comprimé (remplie à l'aide d'une pompe à vélo par exemple) et d'alimenter ainsi le moteur pneumatique en air comprimé. En faisant des tests avec des bouteilles de 33 ml en plastique, nous avons pu constater qu'elles se détérioraient sous une pression de 8 bars pour les plus solides. Ce qui était suffisant car un moteur pneumatique ne demande que 6 bars mais le problème est qu il est difficile d obtenir 6 bars avec une pompe manuelle. 13

15 De plus, on a constaté un prix élevé pour les moteurs pneumatiques. Ce moteur fonctionnant à 6.2 bars coutait près de 800 (sur C est pourquoi on a pensé acheter des perceuses pneumatiques plutôt qu un moteur pneumatique beaucoup moins onéreux (une cinquantaine d euros environ). Avantages Energie propre La température a peu d'influence dans des systèmes pneumatiques Inconvénients Les risques de fuites peuvent causer de nombreuses pertes énergétiques Il ne faut aucune impureté dans le système Système coûteux, nous avons fait des recherches et les prix pour des moteurs qui produisent peu d'énergie approchent 800 euros Difficulté pour obtenir la pression requise afin de remplir la bouteille 14

16 4) Energie électrique Pourquoi l énergie électrique? Alimenter le servomoteur Le sol n étant pas plat, il faut alimenter le servomoteur en électricité afin de pouvoir diriger la voiture. En effet, d après les tests de l étude préliminaire, nous sommes dans l obligation d utiliser la direction afin de parcourir les 50 m du couloir. Voici le modèle de notre servomoteur : Puissance nécessaire La puissance nécessaire se calcule suivant cette formule : P=C ω 15

17 Avec P : Puissance (W) C : Couple (Nm) ω : Vitesse angulaire de rotation minimale (rad.s -1 ) Avec Et ω = 11 rad/s C = 4,1 Kg.cm = 0,417 N.cm = 0, N.m P = = 0,04587 W La puissance requise pour le servomoteur est assez faible. On pourra alors le connecter en dérivation du moteur sur la batterie ou autre source électrique. Utiliser une machine à courant continue en mode générateur Description Tourner une manivelle, pendant une heure afin de charger une batterie qui fera fonctionner la voiture pendant 2min30 pour parcourir les 50 m. Cela permet d utiliser une machine à courant continu en mode moteur pour faire avancer le véhicule et en même temps celui-ci servira de générateur pour charger la batterie. Principe de fonctionnement Une machine à courant continu est un convertisseur d'énergie. Cette machine à courant continu a deux modes de fonctionnement : 16

18 Fonctionnement moteur : l'énergie électrique est transformée en énergie mécanique. Fonctionnement génératrice : l'énergie mécanique est transformée en énergie électrique. Avantages Facile à mettre en place Peu coûteux Energie propre Utilisation du moteur en générateur Inconvénients Il faut tourner une manivelle pendant une heure : usage de l énergie mécanique manuelle Il faut utiliser absolument une batterie pour stocker l énergie 17

19 Utilisation de la pile Nopopo Description La pile Nopopo est un produit Japonais. Celle-ci se recharge grâce à l aide un liquide : eau, jus, et même de l urine. Ces piles en format AA ou AAA d une capacité de 2400 mah peuvent se recharger une dizaine de fois sans aucune source électrique. Il suffit de mettre son liquide à base d eau à l aide de la pipette vendue avec les piles. Avantages Innovant Propre Permet de recycler son urine Peu coûteux : 6 les deux piles Inconvénients Ne se vendait qu au Japon jusqu à il y a peu de temps 18

20 Utilisation d un panneau photovoltaïque Description On peut alimenter la voiture à l énergie solaire grâce à un panneau photovoltaïque. On a donc étudié la luminosité du couloir dans lequel roulera la voiture. Présentation du système photovoltaïque La cellule photovoltaïque est composée d'un matériau semi-conducteur qui absorbe l'énergie lumineuse et la transforme directement en courant électrique. Le principe de fonctionnement de cette cellule fait appel aux propriétés du rayonnement et celles des semi-conducteurs. La cellule individuelle, unité de base d'un système photovoltaïque, ne produit qu'une très faible puissance électrique, typiquement de 1 à 3 W avec une tension de moins d'un volt. Pour produire plus de puissance, les cellules sont assemblées pour former un module (ou panneau). Les connections en série de plusieurs cellules augmentent la tension pour un même courant tandis que la mise en parallèle accroît le courant en conservant la tension. La plupart des modules commercialisés sont composés de 36 cellules en silicium cristallin, connectées en série pour des applications en 12 V. Le courant de sortie, et donc la puissance, sera proportionnelle à la surface du module. Pour information, un semi-conducteur est un matériau dont la concentration en charges libres est très faible par rapport aux métaux. Pour notre part, nous avons fait des tests avec un panneau de notre salle de SI, il fallait que notre panneau solaire soit adaptable sur la voiture, qui reste une voiture téléguidé avec des dimensions modestes. Néanmoins, il existe des petits panneaux souples qui auraient pu être adaptés sur la voiture mais le prix étant trop élevé, nous avons préférés laisser de côté le système photovoltaïque. De plus, pour pouvoir charger notre panneau il aurait fallu aller dans un endroit bien ensoleillé comme la cour de récréation, le couloir n'étant pas suffisamment éclairé. 19

21 Mesures Dans le souci de savoir quelle quantité nous allions pouvoir fournir d énergie nous avons pris des mesures grâce a un luxmètre a intervalles réguliers dans le couloir. Celui-ci étant composé de fenêtres latérales, fenêtres au plafond, portes coupe-feu et à intervalles non réguliers, il était difficile de se faire idée du résultat. C est pourquoi nous avons donc créé ce graphique : lux Moyenne lux Moyenne Nous pouvons bien voir que la courbe ne se compose que de pics de tension dû aux ouvertures, avec des chutes allant jusqu à 80 lux produisant donc sur le moteur électrique un freinage et des pics allant jusqu à 710 lux produisant ici des accélérations incontrôlables. Nous en avons donc déduit qu un circuit régulant le courant était nécessaire après le panneau photovoltaïque pour créer une moyenne sans perte de 264 lux. 20

22 Calculs 1 lux donne environ watt/m² Eclairage moyen X 0.01 X surface = Puissance moyenne Pour une puissance moyenne de 1 W, il nous faut une surface de : 1 0,379 ² 246 0,01 Un panneau solaire de cette surface permettrait de faire avancer la voiture sur les 50 m sans chargement au préalable. Or, cette surface est trop importante. Ou bien il faut utiliser le panneau solaire à l extérieur pendant 1h avant de rouler afin de charger la batterie en énergie électrique. Avantages Energie propre Elle ne comporte pas de pièces mobiles Montage simple Ne nécessite pas de combustible Inconvénients Il faut utiliser absolument une batterie pour stocker l énergie Très coûteux Le photovoltaïque est polluant à la fabrication Fabrication d un circuit pour réguler le courant produit Conclusion Ces études nous ont permis d élire l utilisation d une machine à courant continu et d une batterie afin d alimenter la voiture sur les 50 m. Nous devons alors déterminer les différentes pièces à acheter : la batterie, la machine à courant continue génératrice, et le moteur. Ainsi que toute la connectique et si besoin le choix des réducteurs. 21

23 5) Solution retenue Voici un tableau référençant les différentes solutions possibles : Système Energie Avantage Inconvénient Prix Pile à combustible Electrique Permet d alimenter le moteur et le servomoteur avec un temps de charge Coût élevé 220 Moteur à air comprimé Moteur à ressort Moteur à élastique Moteur électrique avec batterie et panneau solaire Moteur/Génér ateur électrique avec batterie Pneumatique Mécanique Mécanique Electrique Electrique rapide Energie propre, la température n'a pas d'influence sur le système pneumatique Système peu coûteux Système peu coûteux Montage très facile, et pas d énergie «humaine» à fournir Système peu couteux Besoin d énergie électrique pour la direction, problème de fuites potentielles, coût élevé Besoin d énergie électrique pour la direction Besoin d énergie électrique pour la direction L énergie récupéré dépend du temps, Système couteux Tourner la manivelle pendant 1h, nécessité d une énergie «humaine» (récupération) 0 (récupération) 50 5 (et récupération) Après une revue de projet, les professeurs nous annoncent l obligation d utiliser une énergie unique, or quelque soit l énergie choisie nous sommes dans l obligation d apporter de l électricité afin de faire fonctionner le servomoteur, c est pourquoi nous sommes donc dans l obligation d utiliser de l énergie électrique et donc d un moteur électrique. 22

24 Dès lors, nous avons deux solutions possibles : charger une batterie pendant une heure à l aide d un panneau solaire ou alors à l aide d une machine à courant continu en mode générateur. Or, un panneau solaire est assez onéreux tandis que pour le générateur, il suffit d utiliser la machine à courant continu pour charger la batterie et ensuite la faire passer en mode moteur pour ainsi faire avancer le véhicule, c est alors moins coûteux et plus efficace. De plus, nous avons récupéré un moteur à courant continu ainsi qu une batterie 7.2 V ce qui limite nos dépenses. 23

25 III) Mise en place de la solution 1) Choix des éléments et conception Nous avons récupéré des accumulateurs ainsi qu une machine à courant continu d une voiture électrique c est sur cela que nous nous sommes basés. Electronique Accumulateurs Ces accumulateurs récupérés ont les caractéristiques suivantes : Type : Ni-Cd Tension : 7.2 V Charge : 1500 mah Dimensions : 135*45*25 mm La tension de ces accumulateurs est de 7,2 V ce qui s adapte avec le servomoteur qui demande entre 4,8 V et 6 V. Elle est d autant plus adaptée à la recharge car elle est de type Ni-Cd qui se charge facilement et rapidement sans contraintes spéciales contrairement aux batteries Ni-Mh. 24

26 Moteur Le moteur venant du même véhicule électrique on en déduit sa tension nominale de 7.2 V. Par ailleurs, malgré nos recherches sur le site constructeur, nous n avons ni sa fréquence de rotation ni son couple. Mais en tant que moteur de voiture radiocommandé électrique de masse similaire à notre véhicule nous en déduisons qu il pourra s adapter sur notre véhicule. Diamètre du moteur : 24 mm Longueur du moteur : 40 mm Diamètre de l arbre : 1,4 mm Longueur de l arbre : 15 mm 25

27 Schéma électrique 1 er Schéma Nous utilisons un interrupteur à 3 positions. La 1 ère position permet l utilisation du véhicule, la machine à courant continu passe ainsi en mode moteur, et le servomoteur est alimenté à travers un pont diviseur afin de recevoir une tension d environ 5V. Le calcul suivant à été effectué afin de déterminer les valeurs des deux résistances : On pose Vsm la tension d alimentation du servomoteur, et Vbat la tension de la batterie. D après le diviseur de tension on a : ,7 Or, on a vu précédemment que le servomoteur utilisait une puissance de P = 0,04587 W soit environ 0,05 W. Donc l intensit é I passant par R2 et R3 est de : Donc d après la loi d ohm : 0, ,2 0, Ω 26

28 En raison d un manque de résistance nous avons pris R3 = 1000 Ω Dès lor s on trouve la valeur de R2 : , , Ω 0,7 On a donc pris une résistance de 390 ohms. En vérifiant nos calculs et en essayant le montage sur ISIS, nous trouvons bien une tension comprise entre 4,8 V et 6 V ce qui est conforme aux caractéristiques du servomoteur. La 2 ème position est neutre elle laisse les deux circuits ouverts et évite au maximum les pertes de charges. La 3 ème position permet d utiliser la machine à courant continu en mode générateur afin de charger l accumulateur. Deux diodes ont étés placées, la première D1 permet de bloquer le déchargement de la batterie dans le moteur et la seconde D3 évite de délivrer du courant au servomoteur pendant la charge. 2 ème Schéma Après le montage, nous avons observé un problème : la tension d alimentation du servomoteur était modifiée à cause de sa résistance interne. Nous décidions alors de réaliser le montage suivant. Nous avons au préalable calculé la valeur de R2 grâce à loi des mailles et la loi d ohm : On pose U1 la tension aux bornes D2 et U2 la tension aux bornes de R ,2 5,6 1,6 27

29 2 2 1,6 0, Ω La valeur réelle mesurée de la tension de batterie étant de 7,7 V nous avons pris une résistance de 210 Ω. Contrairement au Schéma 1, celui-ci utilise une diode zener de 5,6 V mais encore une fois nous avons le même problème qu au premier, la résistance interne utilise un courant trop important ce qui rend inutilisable ce montage. 3 ème Schéma De ce fait, nous avons réalisé le montage suivant. Celui-ci utilise un régulateur de tension et permet au servomoteur de fonctionner. Il permet d obtenir une tension proche au servomoteur de 4,8 V ce qui est suffisant. C est alors ce schéma qui a été retenu sur le système final. 28

30 Autonomie Afin de calculer l autonomie du véhicule nous mesurons le courant consommé (Imot) par le moteur et le courant généré (Igen). Ainsi on trouve : Imot = 2,4 A Igen = 100 ma Iutil = Imot + Iservomoteur = 2410 ma On a donc lors de la charge : On a alors une autonomie t2 de : , Le véhicule a donc une autonomie de 2 min 30 ce qui est suffisant car le véhicule doit rouler au maximum pendant 2 min 30 si elle roule à 0,417 m/s, or elle roule plus vite que cela. De plus, les 100 ma lors de la recharge peuvent être dépassés si la roue du véhicule est tournée plus rapidement. 29

31 Mécanique Pignon Afin de trouver un pignon adapté à notre véhicule, nous calculons le module de la roue dentée présente sur le véhicule Le module étant de 1 nous avons cherché sur un pignon avec le diamètre du moyeu le plus proche de celui de l arbre moteur avec le moins de dents possible pour avoir un couple maximum en mode générateur pour avoir une intensité maximale. Voici les références et les caractéristiques tirés du site constructeur : Voici le dessin de définition du pignon. 30

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33 Entretoise Dans le but de monter le pignon sur l arbre moteur, nous avons été dans l obligation de fabriquer une entretoise. Voici le dessin de définition de celle-ci. 32

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35 Bride de maintien du moteur Nous devons donc fixer le moteur au châssis du véhicule tout en veillant à ne pas encombrer l usage du système. C est pourquoi nous fabriquons cette pièce de maintien en position par serrage qui sera fixée sur le châssis. Cet assemblage contient une bride en deux parties, ainsi que deux vis pour maintenir la liaison encastrement par un serrage. Voici le dessin de définition de cette bride de maintien. 34

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37 Assemblage final Voici des images de l assemblage final (sans les essieux avant). 36

38 2) Montage Electronique Nous avons soudé les différents fils, connecteurs, et composants sur une plaque à essais, avant de le tester à l aide d un multimètre. Afin de faciliter montage et démontage, nous avons mis des connecteurs entre le circuit et la batterie ainsi qu entre le moteur et le circuit. Nous pouvons voir cela sur la photo ci-dessous. 37

39 Afin d être plus pratique, plus esthétique et d éviter tout court-circuit, nous avons placés la carte électronique dans un petit boîtier. 38

40 Mécanique Il fallait dans un premier temps enlever le moteur thermique que nous ne devions plus utiliser. Nous avons ensuite enlevé tout ce qui servait au moteur comme la tringle de carburateur ou bien le réservoir. 39

41 Nous avons ensuite enlevé le boîtier noir servant anciennement pour protéger le récepteur radio et de la pile l alimentant afin de pouvoir mettre notre accumulateur. Il a fallu adapter le moteur à la roue crantée existante et donc calculer le module existant et le nombre de dents nécessaire pour un bon rapport. Nous avons alors commandé et installé notre pignon de 12 dents. Mais l installation du moteur sur le pignon ne pouvait être faite directement. 40

42 Le jeu étant trop important, la fabrication d une entretoise était nécessaire. Nous avons alors fabriqué celle-ci mais dans un souci de construction, le foret n existant pas, nous n avons pu percer le diamètre intérieur qu en 1,5mm au lieu de 1,3mm. Le jeu était alors trop grand pour maintenir en position le pignon et donc de transmettre un couple important. Nous avons donc essayé de placer une vis perpendiculairement afin de serrer l arbre moteur mais celle-ci était trop longue et gênée en rotation. De plus, le filetage étant fait dans le pignon en plastique, il était trop fragile et ne lui permettait pas de bien effectuer sa fonction. Il fallait ensuite maintenir le moteur en hauteur et le maintenir en rotation. 41

43 La solution retenue a donc été de créer une bride, avec un coté moins grand que l autre dû à la gêne du châssis existant et 2 perçages la traversant afin de serrer à l aide de vis/écrous les deux parties qui la composent et donc de serrer le moteur pour éviter une rotation de celui-ci dans la bride. 42

44 Nous avons aussi percé le châssis afin de se servir des 2 vis traversant la bride pour maintenir celle-ci sur le châssis en position verticale. Montage de la bride terminé. 43

45 Mise en place de la batterie et maintien en position de celle-ci grâce a des sert-clip à la place de l ancien boité de télécommande. 44

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47 3) Essais Une fois le montage terminé, nous avons testé le véhicule et effectué quelques mesures. Recharge Près requis Fabrication d un vilebrequin facilitant la rotation manuelle de la roue. Faire un outil permettant l'entraînement manuel de la roue. Utiliser les éléments de récupérations pour un coût limité. Descriptif 1-tube électrique 2-tige fileté 3-Pommeau bois 4-disque d'aluminium 5-boulon Cette manivelle aurait dû permettre de mettre en rotation manuellement une des roues motrices de la voiture afin de pouvoir faire fonctionner la machine à courant continu en mode génératrice et ainsi, de charger la batterie, sans utiliser le secteur. Après une batterie de tests, nous sommes venus à la conclusion que la manivelle ne permettait pas de tourner assez vite pour produire un courant suffisamment important. En faisant tourner la roue avec notre main, nous avons produit un courant supérieur, environ 0,20 A, nous avons alors opté pour la solution manuelle sans outil. 46

48 Problèmes rencontrés Nous avons rencontré un problème durant la conception du projet : comment freiner le véhicule pour l arrêter à la fin des 50 m? Nous avons pensé à quelques solutions que nous n avons pas eu le temps de concevoir. Le frein présent sur le véhicule bloquait la rotation de la roue fixée sur l arbre moteur, mais ce frein n est pas adaptable sur un système avec moteur électrique car il provoquerait un blocage du moteur et donc une surcharge qui détériorerait le moteur. Parmi les solutions envisageables : nous pensions utiliser le mouvement du servomoteur du frein afin de couper le contact entre le moteur et la batterie soit en l utilisant tel un interrupteur soit en faisant actionner un interrupteur. Ou bien autre solution de secours : mettre un fusible entre le moteur et la batterie afin d éviter toute surcharge. Par ailleurs, comme nous n avons pas adapté de systèmes de freinage concrets, notre unique solution était de soulever le véhicule une fois la distance des 50m parcourue pour éviter les surcharges puis de mettre l interrupteur en positon neutre. Energétique Calcul de la vitesse du véhicule Nous avons fait rouler le véh icule sur 33 m en 11 secondes. On pose V la vitesse du véhicule : Calcul des caractéristiques du moteur 33 3 / 11 Afin de connaître les caractéristiques du moteur nous avons effectué une série de calculs. Nous avons d abord calculé la pu issance utile du moteur. D après nos mesures sur la batteri e on a U = 7,7 V. 7,7 2,4 18,5 Puis nous avons calculé la vitesse angulaire de rotation de la roue (avec R= Rayon de la rou e). 3 80,9 / 37,

49 Après avoir mesuré le rapport de réduction entre le moteur et la roue (pour une rotation du pignon moteur de 360, on a une rotation de 45 des roues donc le rapport de réduction est de r= 1/8), on calcule la vitesse angulaire de rotation du moteur et ainsi la fréquence de rotation du moteur puis le couple moteur Cm. 1 80, / / 18,5 28,6 646 Nous avons alors les caractéristiques du moteur : U = 7,7 V P = 18,5 W N = 6177 tr/min Cm = 28,6 Nmm 48

50 Conclusion Les études théoriques et pratiques de l étude préliminaire et celles des différentes solutions techniques hiérarchisées par énergie nous ont donc permises de retenir une solution que nous avons mise en place. A travers ce projet pluritechnique encadré nous avons pu répondre à la problématique qui nous a été posée. Nous avons donc utilisé l énergie électrique et plus précisément une machine à courant continu que nous avons utilisé sur deux modes pour atteindre le but demandé du projet. L exploitation d un moteur électrique est une solution efficace dans le cadre de notre projet mais également à l échelle d une voiture. Néanmoins, la recharge qui s effectue ici, sans utilisation du réseau EDF grâce au mode générateur de la machine à courant continue ne semble pas adaptable sur une voiture car sa consommation est «trop élevé» et il serait donc nécessaire de la coupler à une autre énergie non polluante (hydrogène, pneumatique) de telle sorte que la voiture soit hybride et se recharge lorsque celle-ci freine. Retrouvez plus d informations sur notre site web : 49