Bonjour à toutes et tous,
Je suis nouveau sur ce forum et dans le monde du Mountainboard en général.
Etudiant en électromécanique en dernière année, il m’est demandé de dimensionner tout le système de motorisation d’une application originale. J’ai donc choisi comme application le Mountainboard.
Ayant une liberté total quant à l’application originale, je peux définir moi-même mon cahier de charge. Voici donc les fonctions que je désire avoir sur mon mountainboard et les hypothèses :
- Vmax = 18km/h = 5m/s (législation en Belgique pour équipements de déplacement motorisés)
- Vitesse commandée par une télécommande (en connexion Wi-Fi, sans fil)
- Côte de 10% à pouvoir monter à Vmax
- Poids maximum sur le MB = 105kg (Personne de 100kg et Sac à dos de 5kg)
- Freinage commandé par la télécommande & freinage récupératif pour recharger les batteries dans les descentes
- Autonomie = 15km
- Recharge Batterie : 3h max
- Poids Mountainboard = 10kg max
- Roue Tout-Terrain 8 pouces – Diamètre = 200mm
- Taille Personne = 1m90
- Largeur Epaule = 40cm
- Surface frontale du Skateur S = 1,9 x 0,4 = 0,76 m2 (utile pour l’aérodynamique)
- [Hypothèse] : Coefficient de roulement des roues sur chemin en terre = μ = 0,03 (A confirmer!)
Voici comment j’ai commencé mon dimensionnement :
- Puissance à fournir aux roues en régime permanent (V = cste) :
P(à fournir) = P(pente) + P(roulement) + P(aéro) où P = Puissance = Force x Vitesse
Donc F(à fournir) = F(pente) + F(roulement) + F(aéro)
Où F(pente) = M(tot) . g . sin(θ) = [100+5+10] . 9,81 . sin(5,7°) = 112,05 N
F(roulement) = μ . M(tot) .g . cos(θ) = 0,03 . [100+5+10] . 9,81 . cos(5,7°) = 33,7 N
F(aéro) = 0,5 . ρ . S . Cx . (V^2) = 0,5 . 1,225 . 0,76 . 1,86 . (5^2) = 21,65 N
où ρ = Viscosité cinématique de l’air
S = Surface frontale du Skateur
Cx = Coefficient de trainée (valeur trouvée sur internet)
V = Vitesse du Mountainboard
F(à fournir) = F(pente) + F(roulement) + F(aéro) = 112,05 + 33,7 + 21,65 = 167,4 N
⇨ P(à fournir) = F(à fournir) . V =167,4 . 5 = 837 W
⇨ C(roues) = F(à fournir) . R(roue) = 167,4 . 0,1 = 16,74 Nm
⇨ N(roues) = (60/2π) . (V/R(roue)) = (60/2π) . (5/0,1) = 478 tr/min
Voici les grandeurs « à fournir » aux roues (ce sont pour les 4 roues, bien entendu) en régime permanent (on oublie le démarrage pour l’instant).
Les roues sont reliées aux moteurs par un système de transmission quelconque (courroie, chaine, engrenage, …) de rendement 95% et présentant un rapport de transmission k au choix.
J’ai choisi : k = 10/50 = 0,2
Voici la suite de mon raisonnement :
Roues <= Système de transmission <= Moteur
P = 837 W η=95% Pméca = 881 W
C = 16,75 Nm k =0,2 Cmoteur = 3,35 Nm
Nroues = 480 tr/min k=0,2 Narbre = 2400tr/min
En prenant compte que le moteur n’est pas parfait (Perte Joules, …), la P(élec) nécessaire est liée à P(méca) par le rendement du moteur.
Le choix se porte sur un Moteur Brushless pour les raisons suivante :
- rendement bon
- Pas beaucoup de bruit
- Petite taille
- Très peu de frottement
- Commande électronique aisée
- Freinage avec récupération possible
- Mode 4 Quadrant si bonne commande
On fixe le rendement du moteur Brushless à 85% (valeur trouvée sur internet=> A confirmer!)
P(élec) = P(méca)/ η(mot) = 881 / 0,85 = 1036 W
La puissance du moteur est donc de plus ou moins 1036 W.
Voici mon schéma avec les divers composants :
UBEC = Alimenter la carte « récepteur » pour commande à distance
PowerSwitch + Antispark = Interrupteur + Fusible pour défaut
ESC = Controle de vitesse + Freinage récupératif
Voilà où j’en suis dans mon raisonnement. Semble-t-il correct à vos yeux ? Si non, qu’est ce qui cloche ?
J’ai une grosse interrogation pour le coefficient de roulement de 0,3 pour le Pneu sur un Chemin de Terre. Qu’est ce que vous en pensez ?
Enfin, quel moteur conseillez-vous ? J’ai regardé pas mal de moteurs, mais aucun ne peut me fournir le couple du moteur. Je suis également perdu au niveau des batterie (ayant eu cours sur les batteries l’année dernière en Allemand en Erasmus, j’ai pas compris grand chose ^^)
De ce que j’ai compris, les grosses caractéristiques du moteur Brushless, c’est :
- son Kv en RPM/Volt : donne le voltage en entrée de moteur pour atteindre les RPM voulues
- son Voltage maximum : définit combien de volt en sortie de batterie si je ne m’abuse
- son courant maximum : définit également la batterie à choisir.
Après cela, je suis un peu perdu et je ne suis pas sûr de mon raisonnement. Pouvez-vous m’aiguiller ?
Merci d’avance pour vos réponses.
Hadri
