Academic literature on the topic 'Véhicules électriques – Équipement électrique – Simulation par ordinateur'

L'électrification des véhicules joue un rôle essentiel dans la lutte contre le réchauffement climatique. En réponse à la croissance de plus en plus marquée des véhicules électrifiés sur le marché automobile mondial, de nouvelles technologies ont émergé pour satisfaire la demande. Les simulations Hardware-in-the-Loop de type Signal (S-HIL) et Puissance (P-HIL) sont déjà utilisées dans l'industrie automobile pour tester différents composants et sous-systèmes de nouvelle génération avant leur intégration dans le prototype final, mais leur potentiel reste sous-exploité. Afin de favoriser leur utilisation et d'améliorer la vitesse de développement de nouvelles méthodes simples et abordables doivent être mises en place.L'objectif de cette thèse est de proposer une méthode souple permettant de tester divers sous-systèmes électriques grâce à des simulations HIL de puissance classiques jusqu'au test avec le conducteur dans la boucle de simulation (DIL). Le concept de la simulation HIL distribuée est introduit en se basant sur l'utilisation d'un serveur délocalisé. Le serveur délocalisé correspond à un ordinateur virtuel situé dans un centre de données équipé du logiciel de simulation Amesim Simcenter. Le logiciel permet d'avoir accès à une bibliothèque de modèles en ligne permettant à l'utilisateur de coupler ses modèles ou ses sous-systèmes situés localement avec Amesim Simcenter afin de réaliser des simulations pures, du S-HIL ou du P-HIL. Une interface simple et flexible a été mise en place par l'intermédiaire de l'organisation des modèles avec le formalisme de la Représentation Energétique Macroscopique (REM). La simulation HIL distribuée a été réalisée dans le cadre du Projet H2020 PANDA pour améliorer l'insertion des véhicules électrifiés sur le marché automobile. Le second axe est de mettre en place une simulation DIL couplée simultanément à une simulation P-HIL tout en gardant la flexibilité d'utiliser des modèles sous une plateforme de simulation temps réel. De cette manière, il est possible de tester un sous-système de puissance tout en incluant un conducteur au travers d'un simulateur de conduite (DIL/P-HIL)
Vehicle electrification plays a crucial role in the fight against climate change. In response to the increasingly pronounced growth of electrified vehicles in the global automotive market, new technologies have emerged to meet the demand. Hardware-in-the-Loop simulations, such as Signal (S-HIL) and Power (P-HIL), are already used in the automotive industry to test various components and next-generation subsystems before their integration into the final prototype, but their potential remains underutilized. To promote their use and enhance the speed of development, new and affordable methods need to be implemented.The objective of this thesis is to propose a flexible method for testing various electrical subsystems, ranging from traditional HIL simulations to Driver-in-the-Loop simulation (DIL). The concept of distributed HIL simulation is based on the use of a remote server. The remote server corresponds to a virtual computer located in a data center equipped with the Amesim Simcenter simulation software. The software provides access to an online library of models, allowing the user to couple their models or locally located subsystems with Amesim Simcenter to perform pure simulations, S-HIL, or P-HIL. A simple and flexible interface has been established through the organization of models using the Energetic Macroscopic Representation (EMR) formalism. Distributed HIL simulation was carried out as part of the H2020 PANDA Project to improve the integration of electrified vehicles into the automotive market. The second focus is to implement a DIL simulation coupled simultaneously with a P-HIL simulation while retaining the flexibility of using models in a real-time simulation platform. This approach enables the testing of a power subsystem while incorporating a driver through a driving simulator (DIL/P-HIL)

Cette thèse traite de l'élaboration et de l'évaluation d'une méthodologie d'intégration des équipements électroniques dans la modélisation CEM de l'architecture électrique en amont dans la conception des véhicules. L'approche proposée a pour principe de dissocier la modélisation d'un équipement en deux parties complémentaires mettant en jeu constructeur automobile et équipementier. La faisabilité de cette modélisation a préalablement nécessité de caractériser l'interaction entre l'équipement et la caisse du véhicule. En outre, les différents facteurs influant sur la validité du modèle ont été examinés, ainsi que le degré de précision à lui accorder. Ce dernier aspect a été envisagé en tenant compte de la globalité du système, notamment de la variabilité introduite par l'entrelacement aléatoire du faisceau de câbles. Enfin, la démarche proposée a été évaluée en confrontant les résultats statistiques des mesures et des simulations obtenus sur un sous-système électronique réaliste
This thesis deals with the elaboration and the evaluation of an integration methodology of electronic equipment in the EMC modeling of the electrical architecture in the early design phase of a vehicle. The proposed approach is based on dissociating the equipment modeling into two complementary parts involving the car manufacturer and the elctronic supplier. The feasibility of this modeling technique primarily required ton characterize the interaction between the equipment and the car body. Besides, the different factors having an influence on the validity of the model were examined as well as its needed level of precision. The latter issue was considered by taking into account the globality of the system, especially the variability brought by the random bundling of the cable harness. Finally the proposed method was evaluated by comparing statistical measurement and simulation results obtained on a realistic electronic sub-system

Cette thèse analyse les challenges auxquels sont confrontés les composants électriques pour les systèmes de traction hybrides. L’analyse de ces composants et de leurs interactions en tant qu’entité indépendante est un sujet de recherche important afin de dimensionner de manière optimale le système au lieu de combiner des composants optimaux. Les véhicules hybrides sont un domaine de recherche qui suscite un grand intérêt parce qu’il s’agit d’une solution efficace à court terme afin de préparer la transition énergétique vers les véhicules à zéro émission. Malgré les avantages de cette solution, c’est un sujet de recherche complexe car les composants électriques doivent être intégrés dans un système de propulsion conventionnel. Ainsi le but de ce travail de recherche est axé sur la détermination de méthodes appropriées pour étudier les composants électriques et les contributions apportées par cette thèse visent à répondre à la problématique suivante : déterminer le niveau suffisant de détails pour modéliser les systèmes électriques pour les systèmes de traction pour véhicules hybrides afin d’identifier le dimensionnement idéal des composants pour différents systèmes pendant la phase de développement. Afin de résoudre cette problématique, ce rapport est divisé en quatre parties au sein de six chapitres. D’abord l’état de l’art des véhicules hybrides, des composants électriques ainsi que des méthodes d’optimisation associées sont présentés (chapitre 1). Ensuite, pour chaque composant (chapitre 2 à 4), des méthodes de modélisation appropriées sont déterminées afin de les modéliser mais aussi afin d’évaluer leur intégration dans le système de propulsion. Puis, une solution pour l’étude du système globale est déterminée à partir de l’analyse de travaux précédents (chapitre 5). Finalement, une approche d’optimisation est développée et permet d’analyser différents systèmes ainsi que l’influence de différents paramètres sur le dimensionnement (chapitre 6). Grâce à l’analyse du développement actuel et des travaux précédents sur le sujet ainsi qu’au développement d’outils de simulation, cette thèse étudie et analyse les relations entre le niveau de tension et de courant, et les performances du système dans différents cas. Les résultats permettent de déterminer l’influence de ces paramètres sur les composants ainsi que l’impact de l’environnement industriel sur les résultats. En tenant compte du cadre législatif actuel, les résultats convergent globalement tous dans la même direction : une réduction du niveau de tension, respectivement une augmentation du courant, entraine une amélioration du système global par rapport aux méthodes de dimensionnent actuelles. Ces observations sont liées à l’architecture, au cycle d’évaluation et à l’environnement considérés mais les méthodes et l’approche développée ont posé les bases pour étendre les connaissances dans le domaine de l’optimisation des véhicules hybrides. En plus de l’optimisation générale, des cas particuliers sont analysés afin de montrer la modularité des méthodes et l’influence de paramètres supplémentaires (système 48V ou convertisseur Boost). Afin de conclure, cette thèse a mis en place les bases pour l’étude des composants électriques pour les véhicules hybrides. De part un environnement fluctuant et les nombreuses technologies possibles, ce sujet suscite encore un grand intérêt et les points suivants peuvent être encore étudiés de manière plus détaillée : * Application des méthodes pour d’autres systèmes de propulsion (autre architectures hybrides, véhicule à pile à combustible ou tout électrique), * Étude de nouvelles technologies comme le carbure de silicium pour l’électronique de puissance, la machine à reluctance variable ou le sulfure de lithium pour les batteries, * Analyse d’autre cycle d’évaluation ainsi que leur cadre législatif, * Mise en place de structures additionnelles pour l’électronique de puissance, * Validations supplémentaires avec d’autres composants
This work analyses the challenges faced by the electric components for traction purpose in hybrid drivetrains. It investigates the components and their interactions as an independent entity in order to refine the scope of investigation and to find the best combinations of components instead of the best components combinations. Hybrid vehicle is currently a topic of high interest because it stands for a suitable short-term solution towards zero emission vehicle. Despite its advantages, it is a challenging topic because the components need to be integrated in a conventional drivetrain architecture. Therefore, the focus of this work is set on the determination of the right methods to investigate only the electric components for traction purpose. The aim and the contributions of this work lies thereby in the resolution of the following statement: Determine the sufficient level of details in modeling electric components at the system level and develop models and tools to perform dynamic simulations of these components and their interactions in a global system analysis to identify ideal designs of various drivetrain electric components during the design process. To address these challenges, this work is divided in four main parts within six chapters. First the current status of the hybrid vehicle, the electric components and the associated optimization methods and simulation are presented (first chapter). Then for each component, the right modeling approach is defined in order to investigate the electrical, mechanical and thermal behavior of the components as well as methods to evaluate their integration in the drivetrain (second to fourth chapter). After this, a suitable method is defined to evaluate the global system and to investigate the interactions between the components based on the review of relevant previous works (chapter five). Finally, the last chapter presents the optimization approach considered in this work and the results by analyzing different system and cases (chapter six). Thanks to the analysis of the current status, previous works and the development of the simulations tools, this work investigates the relationships between the voltage, the current and the power in different cases. The results enable, under the considered assumptions of the work, to determine the influence of these parameters on the components and of the industrial environment on the optimization results. Considering the current legislative frame, all the results converge toward the same observation referred to the reference systems: a reduction of the voltage and an increase of the current leads to an improvement of the integration and the performance of the system. These observations are linked with the considered architecture, driving cycle and development environment but the developed methods and approaches have set the basis to extend the knowledge for the optimization of the electric system for traction purpose. Beside the main optimization, special cases are investigated to show the influence of additional parameters (increase of the power, 48V-system, machine technology, boost-converter…) In order to conclude, this work have set the basis for further investigations about the electric components for traction purpose in more electrified vehicle. Due to the constantly changing environment, the new technologies and the various legislative frame, this topic remains of high interest and the following challenges still need to be deeper investigated: * Application of the methods for other drivetrain architecture (series hybrid, power-split hybrid, fuel-cell vehicle, full electric vehicle), * Investigation of new technologies such as silicon-carbide for the power electronics, lithium–sulfur battery or switch reluctance machine, * Investigation of other driving cycle, legislative frame, * Integration of additional power electronics structure, * Further validation of the modeling approaches with additional components

La demarche developpee consiste a elaborer et a exploiter un outil de simulation permettant d'analyser le comportement du vehicule electrique a l'echelle du systeme qu'il constitue. Le simulateur elabore integre les caracteristiques dynamiques du vehicule, le comportement electromecanique du groupe moto-propulseur associe a son convertisseur d'alimentation et les performances de l'accumulateur electrochimique. Apres avoir examine les enjeux de la traction electrique automobile, une analyse des technologies repondant plus particulierement au cas du vehicule electrique urbain, est proposee. Les differents sous-ensembles du systeme sont ensuite modelises, en attachant une importance toute particuliere a la caracterisation de leur comportement energetique. Les modeles sont alors associes au sein d'un meme environnement de simulation grace a l'utilisation de c. A. O. Systeme easy 5x. Le simulateur systeme developpe, evsys (electric vehicle system simulator) est valide, en confrontant les resultats obtenus par simulation, sur deux vehicules de reference avec les performances donnees par le constructeur. Le simulateur est, dans un premier temps, exploite en tant qu'outil d'assistance a la conception pour analyser les contraintes sur les composants du vehicule (accumulateur, moteur, convertisseur, reducteur), pour comparer les differentes solutions technologiques envisageables (accumulateur plomb-acide ou nickel-cadmium, motorisation courant continu, asynchrone ou synchrone) et enfin pour optimiser le dimensionnement interactif des composants. Mais l'interet du simulateur depasse le cadre initial du dimensionnement des elements du vehicule. L'outil developpe est ainsi utilise pour optimiser les strategies de controle de la motorisation. Differents modes de gestion du flux relatifs aux trois types de motorisation etudiees sont proposes et evalues en vue notamment de maximiser les performances globales du vehicule, en terme d'autonomie

L’électrification des véhicules est devenue, depuis plusieurs années, une solution incontournable pour faire face aux différents problèmes écologiques dans le transport. Ainsi des véhicules électrifiés (hybrides et électriques) sont de plus en plus mis en circulation. Des procédures de tests de leurs divers composants sont mises en place pour optimiser la conception, production et qualité de ces véhicules. L’émulation (‘‘Hardware-in-the-Loop’’ simulation) de puissance est devenue une étape importante, dans le cycle de développement des véhicules, pour la réalisation de ces différents tests. Pour diminuer les contraintes de délais et de coûts, le développement rapide d’émulateurs fiables et flexibles est nécessaire. L’objectif de cette thèse est de proposer une méthode pour la mise en œuvre d’émulateurs de puissance de chaine de traction de véhicules électrifiés pour le test de leurs ensembles fonctionnels. Le formalisme REM (Représentation Energétique Macroscopique) est utilisé comme outil d’organisation pour la synthèse des divers émulateurs de puissance. La méthodologie développée est utilisée pour tester la batterie et les entrainements électriques d’un véhicule hybride série. D’abord, une représentation unifiée du modèle de simulation énergétique du véhicule hybride série est réalisée. Ensuite, cette méthodologie est appliquée au test de la batterie du véhicule cible. Elle est enfin appliquée pour le test d’entrainements électriques. Des résultats expérimentaux sont fournis tout au long de ce mémoire pour valider ces divers émulateurs
The electrification of transportation has become, for several years, an essential solution to deal with the various ecological problems in transport. Thus, electrified vehicles (hybrid and electric) are more and more put on the road. Test procedures for their various components are organized to optimize the design, production, and quality of these vehicles. Power Hardware-in-the-Loop simulation (using power emulators) has become an important step in the vehicle development cycle for these various tests. To reduce time and cost constraints, the rapid development of reliable and flexible power emulators is necessary. The objective of this PhD thesis is to propose a method for the design of power emulators for electrified vehicles for the testing of their various functional subsystems. EMR (Energetic Macroscopic Representation) formalism is used as an organization tool for the design of the various power emulators. The methodology developed is used to test the battery and electric drives of a series hybrid electric vehicle. First, a unified representation of the energetic simulation model of the series hybrid electric vehicle is proposed. Next, the methodology is applied for the battery testing of the reference vehicle. Finally, the methodology is applied for electric drives testing. Experimental results are provided throughout this PhD thesis to validate these various power emulators

La prise en compte des aspects CEM dans le développement des projets automobile passe par l'adoption d'outils de prédiction numérique. Ce travail de thèse, réalisé au sein de la société PSA Peugeot Citroën, s'inscrit dans cet objectif long terme, en application aux émissions rayonnées par le véhicule électrique. En entrant plus dans le détail du fonctionnement du véhicule électrique, nous sommes contraints de formuler une hypothèse simplificatrice, supposant la bonne qualité des blindages utilisés pour les boîtiers électroniques. Une comparaison de résultats numériques a donc été réalisée, entre le rayonnement propre d'un boîtier électronique blindé, et celui d'une structure câblée. Pour cela, une phase essentielle fut l'obtention d'un modèle numérique du blindage du boîtier, ce qui n'est possible que par validations expérimentales. Le simulateur expérimental d'onde plane existant chez PSA nous permet de caractériser assez rapidement l’efficacité du blindage du boîtier, par des tests à la réception. C'est ce même critère qui nous permet alors de valider un modèle numérique, en transposant en calcul l'illumination du blindage. Parallèlement, ce travail de validation a permis de poursuivre chez AEROSPATIALE le développement de l'outil de simulation ASERIS-BE©, pour l'adapter aux contraintes d'un usage automobile. Ainsi on a pu mettre en cause la qualité des blindages utilisés en production sur ce type de véhicule, qui dans des configurations particulières (champ magnétique basse fréquence) provoquent un rayonnement significatif. Cette remarque a été mise à profit pour évaluer le champ magnétique rayonné dans un véhicule réel. La prédiction numérique a alors permis de tirer des conclusions, concernant les risques d'interférences, et l'emplacement des récepteurs sensibles à ce type de perturbations
Taking into account EMC aspects during the development of automotive projects needs to make use of numerical prediction tools. This present work, which has been realised in the PSA Peugeot Citroën company, gives a contribution to this long term goal, applied to the emissivity of the electric vehicle. Due to the high degree of complexity of this type of vehicle, we have to elaborate an hypothesis to simplify the representation, based on the high supposed shielding effectiveness of the electronic enclosure used. A numerical comparison has been obtained, between the radiation of a shielded electronic enclosure, and a typical structure with cables. Yet, it is necessary to obtain a numerical model of the shielded enclosure. To validate such a model, comparisons between computation and measurements are required. The plane wave experimental simulator existing at PSA permits to caracterise quickly the shielding effectiveness of the enclosure, by way of reception tests. Likewise, this property is used to validate the numerical modelisation, simulating the illumination of the enclosure. Meanwhile, this validation study has permitted to reveal the limitations of the numerical tool ASERIS­ BE©. It could then be developped in the AEROSPATIALE company, and adapted to the constraints of an automotive use. We could show threw this study the poor quality of the serial shielding used on board, in particular situation (low frequency magnetic field), which causes reciprocally high radiation levels outside. This has been illustrated in evaluating numerically the magnetic field radiated in a real vehicle. Then, threw the numerical prediction, we were able to give precious indications, concerning the interference hazards, and the location of sensitive receptors

Depuis les années 1990, l’énergie électrique a tendance à supplanter les autres énergies de servitude à bord des avions. Ceci offre des gains notables en termes de poids, volume et coûts de maintenance. L'énergie électrique remplit des fonctions de plus en plus variées grâce à la généralisation de l'utilisation de convertisseurs statiques. Ces convertisseurs sont basés sur l'utilisation de composants semiconducteurs en commutation qui génèrent des variations rapides de tension et de courant. Ce qui engendre des perturbations à haute fréquence qu'il faut limiter afin d'être conforme aux normes de compatibilité électromagnétiques (CEM). La conformité aux normes est souvent obtenue en ajoutant un filtre lourd et volumineux au système, ce qui réduit les gains apportés par la transition vers le plus électrique. Afin d'optimiser le filtre à ajouter, il est intéressant de prendre en compte la contrainte de CEM dès la phase de conception, pour cela, il faut disposer d'outil de simulation prédictive. Dans cette thèse nous proposons une méthode de modélisation des perturbations conduites émises par un système valable jusque 50MHz. Pour cela, notre travail se divise en deux parties. D'une part, nous proposons une méthode de modélisation des chemins de propagation des perturbations, incluant notamment les câbles d'énergie. D'autre part, nous proposons une méthode de modélisation des sources de perturbation en domaine fréquentiel. Cette méthode est basée sur l'utilisation de plusieurs topologies de générateurs équivalents et permet de représenter le comportement non-linéaire des convertisseurs. Cette méthode est validée expérimentalement sur un hacheur série et sur un onduleur monophasé
Since the 1990’s, electricital energy tends to replace pneumatic and hydraulic energy aboard aircrafts. This allows to reduce weight, volume and maintenance costs of the actuators. Electrical energy is used for more and more variated functions thanks to the generalization of the power converters. These power converters are based on the use of semiconductor devices in switching mode which generates sharp voltage and current variations. This leads to electromagnetic (EMC) issues. In order to obtain the compliance to EMC standards, a heavy and bulky filter is often added to the system, which lower the gain allowed by the transition to electrical energy. In order to optimize the filter added, it is interesting to take into account the EMC at the design step. Thus it is necessary to have a predictive modeling tool. In this thesis, a modeling method of the conducted electromagnetic interference (EMI) emitted valid up to 50MHz by a system is proposed. Thus our work is devided into two parts. First, we propose a modeling method of the propagation paths including power cable. Then, we propose a modeling method of the EMI sources in frequency domain. This method is based on the use of multiple equivalent generators topologies and allows to retranscript the non-linear behaviour of the converters. This method is experimentally validated on a buck-converter and a single phased inverter

Le bâtiment quel qu'il soit (industrie, tertiaire, domestique), s'électrifie toujours plus pour répondre entre autre au besoin de l'efficacité énergétique. Ainsi de nombreux équipements, en particulier d'électronique de puissance ou encore d'actionneurs sont présents et produisent des perturbations électromagnétiques tant conduites que rayonnées véhiculées ou propagées par les câblages électriques et dispositifs de protection, dimensionnés pour 50Hz et non les hautes fréquences. Ceci est à l’origine de la problématique CEM dans le bâtiment. La méthodologie de modélisation proposée consiste à chercher un schéma équivalent pour chaque constituant ou composant d’une installation. L’accès aux paramètres localisés de chacun est un des points fort de la méthode, tout en permettant l’association avec d’autres composants (couplages). Les modèles ainsi générés sont implantés automatiquement dans un logiciel circuit, en l’occurrence Spice, permettant la résolution et l’association d’autres équipements électriques complexes. La modélisation des différents composants, principalement le circuit de mise à la terre, permet la simulation et l’analyse de plusieurs configurations qui devraient nous permettre de dicter des règles de conception pour rendre plus robuste le bâtiment moderne fortement électrifié
In order to answer the need for energy efficiency, building, whatever it is (industrial, commercial, domestic), still electrifies more and more. Hence many equipment, in particular power electronic or actuators are introduced and produce conducted and radiated electromagnetic disturbances. They propagate via cabling and protection devices which have been sized for 50Hz and not for high frequencies generated by the equipment. This constitutes the EMC problematic for building.The proposed modeling methodology is to evaluate an electrical equivalent circuit for each installation’s component. Access to lumped parameters of each component is one of the highlights of this method, allowing the other components association (couplings). The generated models are implemented in a circuit software such as Spice, enabling the resolution and the association of other electrical components.The modeling of the components, mainly the grounding circuit, allows the simulation of different configurations. The analysis of several configurations should help the elaboration of design rules to make today buildings more efficient