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 ARTICLE VOL 21/83 - 2004  - pp.129-150  - doi:10.3166/rts.83.129-150
TITRE
Modélisation systémique de véhicules hybrides en vue de la prédiction de leurs performances énergétiques et dynamiques. Construction de la bibliothèque de modèles VEHLIB

TITLE
Systemic modelling of hybrid vehicles in order to predict dynamic performance and energy consumption. Building the VEHLIB library of models

RÉSUMÉ
La prise en compte de l'environnement dans les développements futurs de la mobilité a conduit les pouvoirs publics et les constructeurs à étudier les possibilités de limitation des émissions de polluants et spécialement celles de CO 2, gaz en partie responsable de l'effet de serre. Ces émissions étant directement proportionnelles à la consommation de carburant, la réduction de celle-ci conduit, en plus du gain énergétique et économique, à une limitation du CO2 émis. La solution hybride, qui associe plusieurs sources d'énergie à bord d'un véhicule, constitue une solution envisageable pour la réduction de la consommation de carburant et des émissions de polluants. Néanmoins, cette solution peut présenter des degrés de complexité élevés, tant dans ses différentes architectures possibles que dans la diversité des composants susceptibles d'être utilisés. Une approche combinant simulation et mesure est dans ce cas idéale pour une analyse fine et bien hiérarchisée des différentes solutions d'hybridation, ainsi que pour la quantification de leur apport en termes d'économie d'énergie. Cette approche s'appuyant sur une représentation systémique du véhicule est détaillée dans cet article. Elle rend compte des principes utilisés, ainsi que des hypothèses adoptées pour la modélisation des différents organes du véhicule. Une bibliothèque de modèles, que nous avons appelée VEHLIB, est construite en fédérant ces différents modèles dans une base cohérente et modulaire. Un organe donné peut disposer dans VEHLIB d'un ou plusieurs modèles, de niveaux de complexité différents selon le phénomène étudié et le temps de calcul souhaité. Afin de démontrer la validité, ainsi que l'intérêt de cette approche, l'exemple d'un modèle de véhicule conventionnel muni d'un moteur diesel et d'une boîte de vitesse cinq rapports est développé à partir des modèles de VEHLIB. On compare en termes de consommation d'énergie des simulations et des mesures effectuées au banc dynamométrique. Les écarts observés sont du même ordre que les erreurs de mesure (inférieurs à 5 %), ce qui permet de conclure à une bonne adéquation des modèles. En ajoutant le modèle d'une batterie et d'un moteur électrique au modèle de véhicule conventionnel, nous avons pu ensuite simuler un véhicule hybride dont les résultats de consommation de carburant sont comparés à ceux du véhicule de référence.


ABSTRACT
Taking account of environmental factors when considering future developments in travel is leading the public authorities and vehicle manufacturers to investigate the possibilities of limiting pollutant emissions, particularly CO 2 which is partly to blame for global 130 warming. As CO2 emissions are directly proportional to fuel consumption, reducing the latter not only leads to energy savings and economic gains but also a reduction in CO2 emissions. The hybrid architecture, in which a car is equipped with more than one energy source, is one way of reducing fuel consumption and pollutant emissions. However, it can be extremely complex, both in terms of the types of possible architecture and the variety of possible components. In view of this, a methodology that combines simulation and measurement is ideal for detailed and well structured analysis of the different hybridization approaches as well as quantifying their energy consumption benefits. This paper outlines our approach, which is based on a systemic representation of the vehicle. It describes the principles and hypotheses we have applied in order to model the different vehicle units. A library of models, known as VEHLIB, has been constructed which combines the different models to form a coherent modular base. A given unit may feature in more than one of the VEHLIB models, and the complexity of the representation can vary depending on the phenomenon under investigation and the targeted processing time. In order to demonstrate the validity and value of this approach a conventional vehicle with a diesel engine and five speed gearbox is simulated with the VEHLIB models. The simulation results are then compared with energy consumption measurements conducted on a dynamometer bench. The differences between the simulations and measurements are of the same order as the measurement errors (which are less than 5%), so we can conclude that the models are accurate. Models for a battery and an electric motor are then added to the conventional vehicle in order to simulate a hybrid vehicle whose fuel consumption results are similar to those of the reference vehicle.


AUTEUR(S)
Rochdi TRIGUI, Bruno JEANNERET, François BADIN

Reçu le 17 mars 2003.    Accepté le 25 novembre 2003.

MOTS-CLÉS
Véhicule hybride ; Modélisation ; Système ; Énergie ; Consommation

KEYWORDS
Hybrid vehicle; Modelling; System; Energy; Consumption

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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