ABS ou peau de banane?

[newprius]

Si j'ai bien compris, le problème est que le freinage "électrique" est en amont du différentiel et le freinage "mécanique" en aval ?

On pourrait aussi mettre en place un différentiel auto-bloquant, ou, pourquoi pas aussi, mettre 1 MG2 et 1 MG2bis dans chaque roue motrice ?

Je dis des âneries?

 

[Hybridébridé]

..Si on imagine que la roue droite est carrément bloquée par le frein à disque, tout la puissance de freinage de MG2 serait disponible pour ralentir la roue gauche....

D'après l'explication de Rodin donnée plus haut, cette proposition est loin d'être certaine, car MG2 tourne alors deux fois plus lentement !

Pour être sûr de cette proposition, il faudrait comprendre comment fonctionne une machine synchrone en générateur et confirmer ou infirmer cette phrase du post de Rodin :

...Et le couple résistant de MG2 ne sera pas le même à 50tr/mn qu'à 100tr/mn, enfin je pense...

Etant nul en électrotechnique, j'ai du mal... . Cependant, d'après ce que je lis sur le lien wiki et d'autres :

1) Si le couple électromagnétique reste identique quelle que soit la vitesse de rotation de MG2 (c'est le courant généré qui diminuerait avec cette même vitesse), ta proposition est exacte.

2) Si par contre, ce couple diminue avec la vitesse, ta proposition est fausse.

J'ai tout de même l'impression que ce couple reste constant pourvu qu'on maximise ce fameux angle teta (ce qui doit être possible), donc que c'est plutôt 1).

Si quelqu'un qui s'y connaît peut définitivement nous éclairer sur cette question existentielle...😎

 

[Hybridébridé]

@newprius : à part la question du différentiel autobloquant qui n'a pas été abordée (et qui mérite réflexion), c'est effectivement ce qui a été dit plus haut. Tu ne dis donc pas des âneries pour les autres points !

 

[planétaire]

Que freiner et comment

@tino_ale.

Pour ma part j'ai un souci quand au sens des couples au niveau des roues dans le cas où on freine à droite avec plaquettes et à gauche à l'aide de MG2 via le différentiel. Ils me semblent de sens opposé. (Peut-être parce tout cela se passe en 3D ce qui est plus délicat à comprendre, contrairement au Psd qui lui aussi a 3 arbres (MG1, ICE, MG2) mais que l'on peut étudier à plat.)
Et comme les couples de chaque côté du différentiel sont égaux...

Je ne vais pas approfondir parce que:

• si on freine la roue droite, rapidement elle sera à vitesse nulle. Son inertie sera vite "consommée" par les plaquettes. Cela veut dire que lorsque la roue reprendra contact avec le sol elle peut être arrêtée. On aurait là récupéré de l'énergie en rechargeant les accus au détriment de la sécurité. Mauvais choix.
• tandis qu'en freinant à gauche la roue droite aura une vitesse plus élevée lorsqu'elle retouchera le sol. C'est le plus important: la sécurité. Et une des raisons de cette discussion.

Donc il faut freiner à gauche. Mais bien sûr on ne peut freiner aussi bien sur une roue que sur 2. Le trou sur lequel on est réduit le freinage possible. Peut-être voudrait-on augmenter le freinage à gauche pour compenser celui absent à droite, parce qu'on se dit qu'on est en freinage léger et qu'on pense qu'à gauche il est possible de freiner plus ?
Mais comment réagit l'abs face à un tel trou quand MG2 n'est pas concerné, seulement les plaquettes ?

Concernant le couple de MG2.
Tout dépend de la vitesse de rotation.
A faible vitesse (et il tourne 4,1 fois plus vite que les roues sur une P2 et en gros le double sur une P3) son couple moteur est bridé électroniquement (400Nm sur une P2 sauf proche de 0 tr/mn). Il est probable que son couple en générateur l'est aussi, mais pas vu de graphique de cette situation. Dans ce cas il serait constant.
Il serait prudent de le réduire puisqu'on n'a qu'une seule roue au contact avec le sol. Il ne faudrait pas, en plus, bloquer la roue gauche.

A+

 

[krouebi]

B'soir,

ça fait un moment que je suis vos discussions très intéressantes et toujours plus scientifiques concernant ce problème.

Nous totalisons maintenant 47 000 km sur les deux Prius, sur toutes types de revètement et parcours et je dois avouer de ne jamais avoir été vraiment gené par ce que vous décrivez.

Peut-être c'est du au fait que nos véhicules pre-Prius (pour les trajets quotidiens) étaient des smart de la première génération (1998 et 2000) - là, bosses (même miniscules) et freinage faisaient vraiment pas bon ménage .

Certes, les PII/III sont des exemples de confort et souplesse par rapport à la smart, mais ils sont quand même assez fermement suspendus et de surcroit équipés de pneus "durs".

Je pense que le problème est plutôt là.

Amicalement,
Krouebi

 

[Rodin]

Concernant le couple de MG2.
Tout dépend de la vitesse de rotation.
A faible vitesse (et il tourne 4,1 fois plus vite que les roues sur une P2 et en gros le double sur une P3) son couple moteur est bridé électroniquement (400Nm sur une P2 sauf proche de 0 tr/mn). Il est probable que son couple en générateur l'est aussi, mais pas vu de graphique de cette situation. Dans ce cas il serait constant.

En fait le couple de MG2 est limité à -200Nm dans les phases de freinage.
Et il n'est pas constant mais maximum aux faibles vitesses.
Aux très faibles vitesses (les dernier mètres avant l'arrêt) sa valeur chute très rapidement (il faut un minimum de vitesse de rotation pour générer un couple résistant, enfin je pense)

 

[Hybridébridé]

En fait le couple de MG2 est limité à -200Nm dans les phases de freinage....

Info très intéressante qui nous fait avancer dans cette discussion, Rodin !

Questions subsidiaires : de quel modèle parles-tu : P3 ? La valeur de ce couple maxi de freinage électrique est-elle identique sur la P3 et la P2 (compte-tenu de l'étage de réduction sur la P3) ?

Si la réponse était positive, j'en déduirais que l'occurrence d'un blocage des roues en freinage électrique est la même sur les deux modèles (au rapport de pont près, qui devrait faire qu'aux roues, ce couple devrait être in fine inférieur sur la P3, à celui de la P2 !).

Par conséquent, étant donné les retours des conducteurs comparés sur les deux modèles, j'en déduirais qu'un tel blocage est moins bien géré sur la P3 que sur la P2 (il ne s'agit pas d'une plus grande apparition du phénomène du fait d'un freinage électrique plus fort), donc certainement travail à réaliser sur le soft gérant tout ça.

..(il faut un minimum de vitesse de rotation pour générer un couple résistant, enfin je pense)

Justement, je ne crois pas (voir plus haut). A 0 trmin, J'ai compris que tu peux garder ton couple max (via le courant que tu injectes dans le rotor et le maintien de cet angle teta), c'est le courant que tu génères au stator qui devient négligeable. Si un électrotechnicien dans l'assistance pouvait nous dire ce qu'il en est...Merci par avance.

 

[Rodin]

Questions subsidiaires : de quel modèle parles-tu : P3 ? La valeur de ce couple maxi de freinage électrique est-elle identique sur la P3 et la P2 (compte-tenu de l'étage de réduction sur la P3) ?

Je parlais de la P2; La P3, j'ai pas mesuré.

Justement, je ne crois pas (voir plus haut). A 0 trmin, J'ai compris que tu peux garder ton couple max (via le courant que tu injectes dans le rotor et le maintien de cet angle teta), c'est le courant que tu génères au stator qui devient négligeable. Si un électrotechnicien dans l'assistance pouvait nous dire ce qu'il en est...Merci par avance

En tout cas, quand on fait un freinage faible et régulier (maintient de l'effort constant sur la pédale), les freins avant sont sollicités dans les derniers mètres! Pourtant c'est pas là que la demande est la plus forte.

Je pense que c'est comme le système Telma (ralentisseur de poids lourds); Ca ralentit plus ou moins fortement mais son efficacité diminue avec la vitesse pour devenir nulle a faible vitesse (c'est juste une analogie!!! je sais que ces deux système n'ont rien de commun: le Telma ne recharge aucune batterie, c'est perdu en chaleur!!!)

 

[planétaire]

...Justement, je ne crois pas (voir plus haut). A 0 trmin, J'ai compris que tu peux garder ton couple max (via le courant que tu injectes dans le rotor et le maintien de cet angle teta), c'est le courant que tu génères au stator qui devient négligeable. Si un électrotechnicien dans l'assistance pouvait nous dire ce qu'il en est...Merci par avance.

Le moteur MG2 sur la P2 et j'en suis convaincu sur la P3 est synchrone à aimants permanents.
Il n'y a pas de rotor à alimenter (c'est pas un GanGoo).

Ce que l'on constate lors d'un freinage électrique: l'intensité injectée dans les accus diminue au fur et à mesure que la vitesse diminue. Sauf astuce à 10 km/h c'est fini et comme l'a dit Rodin, ça finit en plaquette.

En fait la raison qui me semble la plus probable est que MG génère une force électromotrice (une tension en somme) à ses bornes (je simplifie c'est du triphasé). Cette Fem dépend directement de la vitesse de rotation. A basse vitesse elle devient inférieure à celle des accus.
Pour pouvoir les recharger il faut la "booster". L'électronique peut le faire mais doit avoir des limites de surélévation de tension. Là si un électronicien pouvait confirmer, mais il me semble logique que plus on doit élever la tension et moins on peut envoyer de courant. Ca paraît logique, la puissance transmise ne peut être surélévée, au contraire les pertes peuvent augmenter. Autrement dit plus la vitesse de MG est faible et moins on peut envoyer de courant.
Courant et couple résistant étant liés, le freinage diminue lui aussi avec la baisse de vitesse.

Le fonctionnement est différent en moteur. A l'arrêt un couple peut exister.

Pour revenir sur la P3 il faut bien noter que MG2 tourne environ deux fois plus vite et on peut envisager qu'il récupère de l'énergie à une plus basse vitesse du véhicule. Mais faute d'en savoir plus sur ses caractéristiques, ce n'est qu'une hypothèse. Cela dépend des enroulements, aimants etc..

A+

 

[Speedy]

(...) A l'arrêt un couple peut exister. (...)

Ouf ! J'ai eu peur qu'un synchrone à aimants permanents ne puisse pas démarrer !

Plus sérieusement, je sais qu'avec un PWM on peut diminuer la tension en conservant la puissance (c'est-à-dire que l'intensité en sortie est supérieure à celle en entrée).
Mais comment augmenter la tension sans passer par un transfo ? Quelqu'un peut m'expliquer ?

 

[Speedy]

(...) A l'arrêt un couple peut exister. (...)

Ouf ! J'ai eu peur qu'un synchrone à aimants permanents ne puisse pas démarrer !

Plus sérieusement, je sais qu'avec un PWM on peut diminuer la tension en conservant la puissance (c'est-à-dire que l'intensité en sortie est supérieure à celle en entré).
Mais comment augmenter la tension sans passer par un transfo ? Quelqu'un peut m'expliquer ?

 

[Hybridébridé]

Effectivement Planétaire, au temps pour moi, c'est un moteur à aimant permanent.😳

De plus, tu as certainement raison, les fonctionnements moteur et générateur ne doivent pas être considérés de façon symétriques.

Il vaut donc mieux que je la boucle plutôt que de faire des suppositions sans savoir .

@Speedy

Je crois que ce sont certains moteurs asynchrones qui ne peuvent démarrer tout seuls.

 

[planétaire]

Technique
@Hybridébridé. Oui, il faut distinguer le fonctionnement en mode générateur et en mode moteur (et oui certains asynchrones ont bien peu de pêche au démarrage). Pour ce qui est des erreurs, bienvenue au club. Et là il me semble qu'il vaut mieux ne pas hésiter à creuser les problèmes, même si cela passe par quelques fausses pistes. Plus on creuse et plus le fonctionnement d'une Prius peut dérouter. Il y a interaction entre la mécanique, l'électronique, l'électrotechnique et l'informatique.

@Speedy.
En effet, il a du couple à 0 tr/mn.
Concernant le MG2 de la P2 à 0 tr/mn il a été étudié ici
Ce lien pointe sur cet autre remarquable, mais malheureusement pour certains en anglais.


Donc si on résume ce qui se passe en récupération d'énergie au freinage:

• MG2 fournit trois tensions sinusoidales
• Elles sont redressées ce qui donne un truc genre "sommets de dômes enneigés". En très gros proportionnel à la vitesse.
• A l'autre bout du circuit une batterie dont la tension dépend de son niveau de charge, de 190 à 270 volts en gros
• comme on souhaite recharger les accus, et à un rythme qui dépend de la pédale de frein, il faut leur fournir une tension supérieure à celle qu'ils affichent à cet instant
• on fait appel à un "boost converter" qui se débrouille avec ce qu'il reçoit qui n'est pas franchement continu et le destinataire qu'est l'accu.

Le boost converter (surélévateur de tension)

Le boost n'utilise pas un transfo. Une raison simple est qu'il doit élever la tension d'une quantité très variable.

Heureusement il existe en électronique un circuit capable d'effectuer ce travail:

A gauche MG2, à droite les accus.
En haut à gauche une bobine (également appelée self ou inductance), en haut à droite une diode et au centre un interrupteur. Dans une Prius cet interrupteur est un transistor de puissance dit IGBT.


Le système fonctionne en 2 temps et repose sur la particularité qu'a une bobine à "accumuler" de l'énergie quand un courant la traverse.

1. L'interrupteur est fermé et le courant circule depuis MG2 à travers la bobine.
2. On ouvre l'interrupteur. A ce moment la charge (les accus à droite) voient deux tensions qui s'ajoutent: celle de MG2 et celle qui existe aux bornes de la bobine. Autrement dit les accus voient une tension supérieure à celle fournie par MG2. C'est ce qu'on souhaitait.

Tout cette commutation doit être faite très vite car la bobine perd rapidement l'énergie qu'elle a accumulé.
D'où l'usage de transistors qui dans une Prius fonctionnent des milliers de fois par seconde (ce qui rend le truc audible) et pendant des années sans s'user.

C'est donc bien l'électronique qui, en choisissant la durée des 2 phases va décider du niveau de surélévation de tension. Elle est aux ordres de la pédale de frein. Sur la Prius il y a un autre transistor qui permet ou interdit le passage vers les accus, avec ou sans la fonction boost.

Donc selon l'appui sur cette pédale la tension et le courant que MG2 va fournir aux accus sera contrôlé. Plus ils sont élevés et plus le couple résistant de MG2 augmente. Si en face de lui le couple reçu des roues est inférieur, la voiture va ralentir. S'il est égal la vitesse sera stable.

A+

 

[pbron]

Comportemant des moteurs synchrones

C'est difficile à vérifier,mais en théorie, je ne vois pas pourquoi le moteur n'amènerait pas la voiture à l'arrêt complet, sans solliciter les freins mécaniques, à condition de ne pas solliciter plus de couple que ce qu'il sait produire.

Le moteur de notre Prius est un moteur synchrone à aimants permanent.
Dommage, je connais beaucoup mieux les asynchrones en milieu industriel, mais je pense que le comportement est assez proche, bien que le pilotage soit différent.

Il faut comprendre qu'un moteur industriel est alimenté (par exemple) en 400v triphasé, transformé en courant continu à environ 570v, puis retransformé en courant alternatif 400v à fréquence contrôlée pour piloter notre moteur.

Ces moteurs ont un couple constant de 0 tr/mn à leur vitesse nominale, puis fonctionnent à puissance constante au delà de cette vitesse nominale, le couple évoluant alors en couple max*vitesse nominale/vitesse réelle.
Ce couple peut être indifféremment moteur ou générateur (donc frein).

Lorsqu'on fait travailler ces moteurs en freinage, ils sont donc capables d'arrêter leur charge à couple constant, souvent jusqu'à 1,5 fois leur couple nominal, jusqu'à vitesse nulle, et la tension d'alimentation en courant continu est alors calée au maximum autour de 700v (il existe des algorithmes pour gérer le couple de freinage en fonction de cette tension CC).
On est aussi capable de maîtriser l'arrêt de machines à forte inertie en cas de perte secteur, en utilisant l'énergie des moteurs les plus chargés en inertie pour alimenter d'autres moteurs moins puissants, le tout en synchronisation parfaite. Ceci est rendu possible par la mise en commun des circuits courant continu. Noter que dans ce cas, l'utilisation de freins mécaniques est rédhibitoire pour la synchronisation de la mécanique.

Dans le cas de la Prius, le montage est assez voisin, avec un générateur triphasé qui est nécessairement redressé, une source continue (la batterie à quelques 200v), l'onduleur qui génère l'alimentation à fréquence variable du moteur, et le moteur synchrone 650v (on remarque que la batterie est incapable de fournir la tension maxi du moteur, d'où la faible puissance en mode EV).
Le moteur a une puissance de 60kW et fournit 207Nm (dixit les spec. de la P3), sa vitesse nominale est donc d'environ 2700tr/mn, il doit donc être capable de fournir son couple de 0 à 2700tr/mn, puis baisser au fur et à mesure que la vitesse augmente : si le moteur est à 5400tr/mn, le couple potentiel est donc divisé par 2 par exemple.
J'ai lu plus haut que la réduction moteur / roues serait d'environ 8, 5400tr/mn correspondrait alors à environ 130km/h.

Si quelqu'un avait la cinématique exacte de la P3, ça me plairait bien de faire quelques calculs plus précis...

 

[planétaire]

Si j'ai bien suivi ton freinage, tu envoie un courant en retard de phase qui va freiner le moteur ?
Je n'ai pas connaissance d'un tel pilotage sur les Prius, peut-être parce qu'il faut fournir de l'énergie électrique et qu'on vide ainsi un peu les accus, juste pour finir de freiner électriquement ?
Peut-être aussi parce qu'il faut se servir un peu des plaquettes de façon à ce que les disques ne rouillent pas ?

Concernant MG2 de la P3 il est décrit ici en mode moteur.

En résumé:
couple maximal : 207 Nm de 0 à 2768 t/min
puissance maximale : 60 kW de 2768 à 4000 t/min
v max 13500 tr/mn
Réductions: 2.636 et 3.267 soit 1568 t/mn vitesse max des roues.

A+

 

[pbron]

Ce n'est pas ça du tout.
Un moteur électrique est un générateur au même titre qu'une dynamo de vélo.
Si on exerce un couple mécanique faisant tourner le moteur, celui-ci produit du courant, et en échange, consomme du couple.
Le moteur freine donc la voiture à hauteur de son couple disponible, et transforme cette énergie en électricité (courant alternatif). L'onduleur (le machin à IGBT piloté électroniquement à haute fréquence...) transforme le courant en courant continu (techniquement, je ne sais pas si ça passe par les IGBT ou si c'est un circuit redresseur séparé).
Dès que l'énergie de freinage est un peu élevée, la tension en courant continu s'élève, et l'énergie doit être évacuée. De ce que je connais, dépasser la tension de la batterie est extrêmement facile, et c'est elle qui absorbe l'énergie.
Dans l'industrie, on dissipe dans des résistances, ou on réinjecte dans le réseau, mais on arrête les machines comme ça, et on colle les freins de parking à l'arrêt.

 

[Terminalix]

Ce n'est pas ça du tout.
Un moteur électrique est un générateur au même titre qu'une dynamo de vélo.
Si on exerce un couple mécanique faisant tourner le moteur, celui-ci produit du courant, et en échange, consomme du couple.

Tutafé. Enfin, je dirais plutôt que le moteur produit une tension, qu'on peut donc tirer un courant, et c'est le fait de faire circuler un courant qui va avoir tendance à faire ralentir l'alternateur (ce qu'on nomme une réaction d'induit).
En régulant le courant qui va devenir un courant de charge, on peut donc réguler la réaction d'induit, et donc le freinage.

 

[Rodin]

Bonjour et bon dimanche,

Intéressant tout cela, mais il manque un paramètre important dans ces démonstrations: LE TEMPS
e = - dF/dt (loi de Lenz)
Comme la force contre électromotrice (la force de freinage) de MG2 est fonction de la dérivée du flux par rapport au temps, elle est fonction de la vitesse de déplacement de l'aimant (le rotor, donc les roues).

Donc à faible vitesse de la voiture, la fem générée n'est pas suffisante pour créé un couple résistant suffisant au freinage du véhicule!

Enfin, je pense.

 

[visiteurxxx]

De toutes les façons à faible vitesse, il n'y a plus beaucoup d'énergie à récupérer.

E = 1/2 m V²

Conséquence : ça n'use pas trop les plaquettes de frein de les utiliser en dessous de 20 ou 30 km/h.

 

[planétaire]

Ralentissement avec récup électrique

Petit exemple de freinage de 15 à 0 km/h. (C'est une Prius 2)



Au début la pédale de frein (en jaune) est à 20% d'enfoncement, puis elle est enfoncée jusqu'à 37%, à partir du trait vertical bleu. L'intensité batterie (en bleu) augmente alors, maxi 18A.
Ensuite la vitesse (en vert) diminuant sous les 12 km/h, cette intensité diminue et à 7 km/h il n'y a plus aucune récupération d'énergie.
A partir de ce trait vertical rouge c'est un freinage à 100% aux plaquettes.

C'est donc bien le pilotage de l'électronique d'élévation de tension qui a permis (au niveau du trait vertical bleu) d'augmenter l'intensité et donc le couple de freinage de MG2. En effet au niveau de ce trait la tension de MG2 diminue lentement, elle dépend de la vitesse de rotation qui diminue. Par contre celle aux bornes des accus augmente légèrement puisqu'il y a augmentation de l'intensité de charge. L'intensité est doublée. Elle passe de 9 à 18 A. La tension aux bornes des accus a été augmentée de 0,4*9=3,6 volts (0,4 = résistance interne accus. Elle varie d'une Prius à une autre. Cela peut être moins) pendant que la vitesse a baissé de 13 à 12 km/h environ.

Passée la pointe de recharge de 18A l'intensité diminue rapidement alors que la pédale de frein est enfoncée encore plus jusqu'à 45%.

A 7 km/h MG2 tourne encore à environ 7/170*6000= 250 tr/mn
Il fournit toujours une tension. Il peut donc encore fournir une puissance.
Ce n'est donc pas lui qui limite les possibilités de récup au freinage.
Ce ne peut être que l'électronique de puissance et son pilotage.

A+

P.S. L'exemple ci-dessus dure 3 secondes et 6 mètres.

 

[pbron]

Cinématique Prius

En résumé:
couple maximal : 207 Nm de 0 à 2768 t/min
puissance maximale : 60 kW de 2768 à 4000 t/min
v max 13500 tr/mn
Réductions: 2.636 et 3.267 soit 1568 t/mn vitesse max des roues.

A+

Ca colle pas bien : 1568tr/mn aux roues, ça plafonne à 151km/h, à la vitesse max de la Prius, MG2 dépasserait 16000 tr/mn.
Il faudrait vraiment trouver une chaîne cinématique pour savoir quelle est la réduction MG2 / roues. De ce que j'ai compris, les roues ne sont couplées au moteur MG2 que par l'intermédiaire d'une chaîne et du différentiel.

Pour ce qui est de la capacité d'un moteur électrique à amener sa charge à l'arrêt et de tenir son plein couple à l'arrêt, Je comprend qu'on puisse en douter mais c'est quelque chose de courant et qui marche très bien.

 

[pbron]

Petit exemple de freinage de 15 à 0 km/h. (C'est une Prius 2)

Tu disposes d'un belle instrumentation très intéressante Planétaire !

Je serais curieux de voir le même test à freinage constant.
Le fait d'avoir enfoncé la pédale de frein à 45% peut suffire à justifier d'utilisation des freins mécaniques. N'oublions pas que la puissance des freins à disques est bien plus importante que celle qui entraîne la voiture.

 

[Rodin]

Ca colle pas bien : 1568tr/mn aux roues, ça plafonne à 151km/h, à la vitesse max de la Prius, MG2 dépasserait 16000 tr/mn.
Il faudrait vraiment trouver une chaîne cinématique pour savoir quelle est la réduction MG2 / roues. De ce que j'ai compris, les roues ne sont couplées au moteur MG2 que par l'intermédiaire d'une chaîne et du différentiel.
.

Bah moi je trouve 185km/h!!!! avec les roues de 17'
Les rapports de réduction donnés par Planétaire sont justes

 

[pbron]

Mes excuses

Autant pour moi, j'avais mal apprécié le diamètre des roues.
Une fois ça corrigé, je trouve la même chose que toi !

 

[planétaire]

Le freinage selon toyota

Si vous voulez vraiment savoir comment fonctionne le freinage d'une Prius, le mieux est de lire les explications de toyota

A lire dans le plus grand calme