TIPE Longboard motorisé en milieu urbain - fltsi.fr

Axel Gauthier
 Année 2020 -

 TIPE
 TSI
 2021
 N° 9004

 Longboard motorisé
 en milieu urbain

 1

 Thème : Enjeux sociétaux

Sommaire
2

 I) Contexte de l’étude

 II) Etablir la distance d’arrêt lors d’un arrêt par freinage
 mécanique et prédéterminer le couple de freinage

 III) Modéliser le freinage par récupération électrique

 IV) Valider le choix du système de freinage en
 comparant avec un essai réel

3

 I) Contexte de l’étude

4 Contexte et
 Enjeu écologique

 Emissions de CO2 :

 - Voiture : 138 g/km
 - Bus : 104 g/km
 - Trottinette électrique : 29,3 g/km

5 Problématique

 Comment améliorer la distance d'arrêt
 d'un longboard motorisé en milieu urbain ?

6

 II) Etablir la distance d’arrêt lors d’un
 arrêt par freinage mécanique et
 prédéterminer le couple de freinage

7 Etude dynamique

Théorème de l’énergie cinétique appliqué à l’ensemble :

 • = σ + 
 
 • ሷ = − x
 O
 . ²
 y

 Rt

 z x

8
 Lois de Coulomb

Composante tangentielle :
• R = × 
• f = [0.5,0.6] (frottement Gomme-bitume)

 Rn

Application du théorème du moment
dynamique en O projeté sur y :

 O
 x
 ~ . ~
 4 y

 Rt
 A.N : = 4,14 
 ሷ = -27 rad/s² z x

9
 Equations horaires et calcul
 des distances d’arrêts

 Application du PFD projeté sur l’axe x :
 Accélération : ( )
 ሷ = 0ሷ
 Vitesse : (t)
 ሶ = 0ሷ × + ሶ 0
 ²
 Position : (t) = 0ሷ × 2 + ሶ 0 × + 0

 y
 Rn
 A.N : = 5.7 
 = 20 
 z
 x Rt P

10 Courbe de l’étude
 dynamique

 Distance d’arrêt en fonction de la vitesse initiale
Distance d’arrêt (m)

 Courbe théorique

 Courbe expérimentale

 Vitesse (m/s)

11 Courbe de l’étude
 dynamique
 Distance d’arrêt en fonction du diamètre de la roue

 Distance d’arrêt (m)
 35

 30

 25

 20

 15

 10

 5

 0 Diamètre (cm)
 6 7 8 9 10 11 12 13 14

12

 III) Modéliser le freinage par
 récupération électrique

13 Chaîne d’énergie

 Hacheur Machine à courant
 Batterie (12V) (2 quadrants) continu

 Stocker Alimenter Moduler Convertir

 Action
 Transmettre
 mécanique

 Transmission directe Longboard en marche
 du moteur à la roue

Modélisation du système de
14
 freinage par récupération
 Descente entraînante, recharge batterie
 Charge entraînante
 modélisant la pente
 MCC

 24

 Transistor commandé et hacheur

15
 Simulation du modèle

16 Modélisation du système de
 freinage par récupération

Montée, décharge batterie

17 Simulation du modèle

18 Quadrants de
 fonctionnement

 Tension (V)

 Générateur Moteur
 Sens arrière Sens avant
 Conclusion :
 Courant(A)
 Fonctionnement en mode générateur,
 < 0
 = . 

 Moteur Générateur
 Sens arrière Sens avant

19
 IV) Validation et essais réels

20 Expérimentation avec et sans
 récupération pour une trottinette
 électrique
Distance d’arrêt (m)

 30

 25 Sans récupération

 20

 15

 10
 Avec récupération
 5

 0 Vitesse (km/h)
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

21

 Merci de votre attention

22 Annexe 1
 Calcul de la décélération angulaire :
 • On isole la roue :

 • Bilan des forces : - Couple moteur
 - Couple de freinage
 - Réaction du sol
 - Réaction de la planche

 Théorème de l’énergie cinétique appliqué à l’ensemble :

 • 
 = σ + 

 • . . V = − Cf. ሶ

 • . . .ሷ . ሶ = −Cf. ሶ

 Enfin ሷ = − . ²

23 Annexe 2
 Calcul du couple de freinage :

 • Application du théorème du moment dynamique en O
 projeté sur y :

 Au centre de gravité : σ O, roueΤ0 = I. ɵ.ሶ y

 • − . = . ɵሷ (On néglige l’inertie des roues)

 • − . ~ 0
 Application du PFD projeté sur l’axe y :

 • = 4 
 
 • = × 4

 R.f.m.g
 • = . = 4

24 Annexe 3
 Calcul de la distance d’arrêt sans système de freinage

 Rappel : X= R . 
 V= R . ሶ
 = . ሷ

 On intègre deux fois l’expression de l’accélération
 pour déterminer les équations horaires

 • ሶ (ta) = × + (0)
 ሶ =0

 ሶ ൯
 (0
 = − 

 ²
 • (ta) = × + ሶ 0 × + = a
 2
 ሶ
 (0)²
 a = −
 2 × 

25 Références et sources

- https://www.cdiscount.com/auto/mobilite-urbaine-zero-
emission/skateboard-electrique-longboard-avec-telecommand/f-1335504-
hom2008454471047.html
- https://nomadisation.fr/visite-de-venice-beach
- https://www.tourismelandes.com/decouvrir-la-destination/atmospheres-
landaises/surf/meilleurs-spots-de-surf-landes/-
https://www.rogerskateboards.com/best-electric-skateboards/
- https://skateaffair.pl/prawie-jak-skateboarding-skatebrake/
- https://get-couffignal.pagesperso-orange.fr/courselectro/quadrant1.pdf