Skate électrique - moteur idéal

[invite7c8066ea]

Bonjour,

Actuellement en terminale S-SI, je dois dans le cadre de mon projet réaliser un skate électrique. Pour ce faire nous devons trouver un moteur bien dimensionné et qui répond aux critères qu'on a définit:
- Le skate doit rouler à 5km/h.
- Le poids de l'utilisateur est de 80kg.
- Le poids du skate est de 5kg
- Le diamètre des roues est de 7cm et le périmètre de 21,98cm.

D'abord j'ai commencé par chercher la force nécessaire pour faire avancer ce skate, mais la force ne semble pas être constante dans le temps, ce qui corse mes recherches. C'est là que je fais appel à vous car j'ai du mal à voir clairement les choses et à comprendre comment calculer cette force en prenant en compte tous les critères.

Quel démarche dois-je suivre pour trouver un moteur qui répond aux critères posés ?

Merci en avance de votre aide.
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[invitecaafce96]

Bonjour,
Sur le plat, lancé à vitesse constante , il faut vaincre les divers frottements .
En côte , il faut ajouter la puissance nécessaire à monter la côte .
Au démarrage , il faut prendre en compte l'accélération voulue .

[invite7c8066ea]

Disons qu'on veut atteindre 5km/h en 5 secondes, on aura l’équation:
v = a0t + v0 avec v0 = 0 ; t = 5s et v = 5km/h = 1.39 m/s (en négligeant les frottements)

Donc on a une accélération de 1.39/5 = 0,278 m/s²

D’après la deuxième loi de Newton, F = m.a = 85 * 0,278 = 23,63N.

Donc, si on néglige les frottements, la puissance nécessaire à monter la côte est de 23,63N.
Ensuite je pense qu'on doit chercher un couple au niveau des roues mais je ne suis pas sûr comment faire ou si c'est nécessaire.

[invitef29758b5]

Ensuite je pense qu'on doit chercher un couple au niveau des roues mais je ne suis pas sûr comment faire ou si c'est nécessaire.

Non .
Un couple au niveau du moteur .
C = v/λ
λ est la distance parcourue par le skate pour 1 radian au moteur . A déterminer suivant le rapport de réduction et le diamètre des roues .
C' aussi le rapport entre la vitesse du skate à la vitesse angulaire du moteur .

Mais en premier , il faut calculer la puissance utile F.v et donc la force résistance F

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite7c8066ea]

Note prof nous a demandé de rester dans la théorie et de considérer les frottements comme nuls (même si dans la pratique les frottements ne sont pas négligeables), donc un rendement de 1..

[invitef29758b5]

Si le sol est plat et les frottements nuls , la puissance à vitesse stabilisée est nulle .

[invite7c8066ea]

Oui. C'est vrai. Mais comment est-ce que je dois calculer le rapport de réduction?

[invitef29758b5]

Il est fonction de la vitesse du moteur choisis .

[invite7c8066ea]

Sauf que nous voulons chercher un moteur qui répond aux critères, donc le moteur n'est pas encore choisi.

[invitef29758b5]

Il faut donc commencer par déterminer la puissance du moteur , après tu adapteras la réduction .
Tu connais la puissance utile : F.v

[Mecanik77]

C'est quand le bac déjà?
'Sont chiés ces profs qui donnent des projets 15 jours avant l'épreuve quand même...

Tu ne peux pas négliger les frottements, comme le dit Dynamix: pas d'adhérence = pas de déplacement.

Un truc qui cherche à rouler sur le sol il a forcément trois résistances qui l'en empêchent:

►La force Aérodynamique (négligeable dans ton cas)
►La force due à la pente.
►La résistance due au roulement.

Ca fait donc trois axes de recherches, ben oui il va falloir justifier le fait que tu négliges la force aérodynamique.

[invite7c8066ea]

"'Sont chiés ces profs qui donnent des projets 15 jours avant l'épreuve quand même..."
Le skate est déjà fini. Et je suis désolé mais si je vous demande de l'aide c'est pas pour que vous me fassiez une morale.

Si la puissance utile = F.v, alors P = 23,63 * 1,39 = 32,8457 W.

J'ai l'impression que ce n'est pas ça.

[Mecanik77]

Le skate est déjà fini. Et je suis désolé mais si je vous demande de l'aide c'est pas pour que vous me fassiez une morale.

Bonjour,
Excuse-moi pour la réponse un peu cinglante qui sonnait comme un rappel à l'ordre mais ton premier message laissait à penser que tu démarrais tout juste ton projet...

Bonjour,

Actuellement en terminale S-SI, je dois dans le cadre de mon projet réaliser un skate électrique. Pour ce faire nous devons trouver un moteur bien dimensionné et qui répond aux critères qu'on a définit:

(...)

Merci en avance de votre aide.

Et donc que voudrais-tu? Les notices de calculs qui permettent d'aboutir aux solutions constructives que vous avez choisies et mises en oeuvre?
Quelles sont les performances actuelles du skateboard? Quel moteur avait vous choisi?

Ta démarche n'est pas bonne...Tu cherches une force de poussée qui va dans le sens du déplacement de ton skate ok? Hors tu écris un PFD avec une force (le poids) qui lui est perpendiculaire.
Tu dois évaluer le facteur de roulement des roues de ton skate sur le sol. Fait une recherche sur résistance au roulement. (Le troisième point de mon message précédent).

[invite7c8066ea]

Au début on avait pris un moteur Infaco fourni par le prof, j'ai fait une représentation multi-physique du moteur avec le programme MappleSim, sauf que les charbons du moteur sont morts car le moteur est tombé a cause de quelqu'un.. donc quelqu'un s'est pris en charge tout seul et a mis sur le skate un moteur dont on connait aucune référence juste que l’intensité vaut 1A. Le moteur est la juste pour faire rouler le skate a une vitesse qu'on peut pas calculer.
Donc voila maintenant je veux chercher un moteur qui peut répondre au cahier de charge fait, avec les caractéristiques que j'ai donné dans le premier poste, et oui, je ne sais pas quel démarche prendre.
Je vais prendre votre conseil et m’intéresser sur la résistance due au roulement.

[Mecanik77]

Pourquoi vous ne pouvez pas calculer la vitesse? Vous avez un chrono, vous avez un mètre à ruban?

Quel est ce moteur? D'où vient-il? Il n'a pas de plaque? 1 A c'est ce qu'il consomme à vide???

Vous pouvez calculer sa constante de couple K.

Très bien la modélisation multi-physiques, vous êtes parfaitement dans les clous (ce qui à l'air plutôt rare d'après ce que je vois passer sur le forum).

Pourrait-on avoir une capture d'écran de ce modèle? Tu dois prendre en compte toutes les résistances qu'on a évoquées précédemment, à savoir:

►La force Aérodynamique.
►La force due à la pente.
►La résistance due au roulement.

Normalement dans ce modèle tu as paramétré un moteur (constante de couple, inertie...). Et bien qu'elles sont les résultats de ta simulation? Es-tu raccord avec ton CdCF?

[invite7c8066ea]

representation.jpg

courbes.png

La représentation est faite pour le moteur Infaco qui était a l'origine, dont vous voyez ses paramètres.

[invitef29758b5]

Donc voila maintenant je veux chercher un moteur qui peut répondre au cahier de charge fait

Malheureusement le cahier des charges est un peu trop mince .

[Mecanik77]

Bon alors résumons, on veut atteindre la vitesse de 5 km/h avec un type pesant 80 kg...Franchement à son âge il a pas d'autres choses de mieux à faire.

Donc pour compléter l'intervention Dynamix qui pense certainement à d'autres choses peut-être...

Il te manque le temps pour atteindre cette vitesse? Bon on peut s'en passer.
Pas de contrainte concernant une éventuelle pente à gravir? Il n'est prévu de fonctionner que sur le plat?

Concernant ton modèle il te manque plein de choses, là on a:

Une source d'alimentation
Un moteur
Un réducteur
Des roues
Et un truc qui ressemble à une inertie, je me trompe?

Il te manque toutes les résistances dont on parle depuis un moment (roulement, pente, aéro).
Il faut également modéliser les résistances due aux frottements (si ton application le permet).
Tes courbes sont illisibles, on ne sait pas trop ce qu'elles représentent (du moins ce n'est pas clair).
Ton "arrivée moteur" si tu l'appelais "courant absorbé en A" ne serait-ce pas plus clair...D'ailleurs tu pourrais faire une simulation sur 120 secondes par exemple, j'aimerai bien voir le résultat.

Bon sinon il faut faire des relevés sur le moteur que vous utiliser, c'est maintenant lui qu'il faut simuler sur ton appli, sinon comment faire pour mesurer les écarts?

[invite7c8066ea]

Vu la vitesse, disons, pas extraordinaire du moteur, on a décidé de le faire fonctionner que sur le plat donc voila le manque de contraintes pour la pante et l'aéro.
Quel truc qui semble être une inertie?
Et enfin vous pensez que je dois arrêter d'essayer de trouver un moteur qui va bien avec les critères que je veux?

[Mecanik77]

1: Alimentation (batterie?)
2: Moteur
3: Réducteur
4: Transformation de mouvement (Rayon des roues?)
5: ??? (inertie?)
6: Mystère??

Dans les ronds bleus ce sont les capteurs.

Je ne sais pas ce que t'ont dit tes profs, qu'en pensent-ils? C'est quand l'épreuve? Combien de temps vous reste t-il?
Pour moi le modèle multiphysique est incomplet il manque beaucoup de paramètres (frottement, inertie...). C'est la raison d'être de ces logiciels. Si c'est juste pour faire U=R.I, C=K.I, P=C.w autant se servir d'Excel...Dans l'idéal il faudrait affiner votre modèle afin qu'il puisse prédire le comportement de votre système. Tu me dis que ton moteur ne te permet pas de monter une pente. Et ton modèle il te prédit quoi lui?
Moi je serais toi je ferais également une modélisation de votre réalisation actuelle.

[invite7c8066ea]

Les parties 4 et 5 sert a transformer le mouvement de rotation des roues en mouvement de translation. La partie 6 sert a mettre le poids du gars qui pèse 80kg.
Le prof pense que le système est assez bon comme il est mais voila le fait que vous me dites qu'il me manque beaucoup de paramètres m’inquiète.

En fait, la partie 5 représente aussi les frottements. J'ai mis 5 Ns/m, mais je sais pas quel est la valeur que je devrais y mettre.

[invitef29758b5]

En fait, la partie 5 représente aussi les frottements. J'ai mis 5 Ns/m

En tous cas pas des N.s/m
Des N si c' est une force , ou des N.m si c' est un couple.

[Mecanik77]

@ dynamix
Si en fait ça modélise des frottements visqueux.

@Gold010
Ok le modéle semble correct si tu as intégré l'inertie des pièces (à mon avis c'est le bloc 5) ainsi que les frottements.
La transformation de mouvement c'est la partie 4 uniquement, preuve en est que tu relèves des dimensions en sortie (a,v et s) qui caractérisent un mouvement de translation.

Par contre il manque à mon sens tous les efforts résistants (pente, force aéro et résistance au roulement).

Tu ne m'as toujours pas fait une simulation sur 180 secondes j'aimerai bien voir le courant absorbé.

[invitef29758b5]

@ dynamix
Si en fait ça modélise des frottements visqueux.

Cela ne change rien .
Un frottement correspond à une force ou un couple .

[invite7c8066ea]

Voila ce que ça donne pour 180s:

[Mecanik77]

Cela ne change rien .
Un frottement correspond à une force ou un couple .

Oui à un instant donné. Mais ce type de frottement dépend de la vitesse, c'est en fait un amortissement. L'avantage de la modélisation multiphysique c'est justement qu'elle permet de tenir compte du comportement dynamique des systèmes.

[invitef29758b5]

Je vois ...
En fait c' est le coefficient de frottement .

A quoi correspondent le couple "w" et les vitesses "a" et "s" ???

[invite7c8066ea]

La vitesse "a" correspond à l’accélération, la vitesse "s" correspond à la vitesse parcourue et le couple "w" c'est la vitesse angulaire.

[Mecanik77]

Mouais c'est ce que je disais auparavant y a pas moyen d'appeler "a" accélération, "s" distance parcourue....

Nan mais le couple W c'est la vitesse angulaire???

Bon ça va tes résultats semblent cohérents en tout cas, il faut juste leur donner le nom qui va avec.

[invite7c8066ea]

En fait, W n'est pas un couple! La probe s'appelle "Couple moteur" dont "w" c'est le speed. La deuxième probe s'appelle "Vitesse skate" dont le lenght c'est "s", le speed c'est "v" et l'acceleration c'est "a".