Voiture du futur : concept Iguane / Sceptique

jimfells · Message par **jimfells** » 30 mars 2007, 10:34

La réponse !

.

Iguane · Message par **Iguane** » 30 mars 2007, 15:31

C'est la version "2 CV 6" de 21 kW (28,5 ch) qui arivait à 110 km/h. la Dyane 6, arrivait à 118 km/h avec le même moteur en version 32 ch - comme sur l'AMI 8 qui pouvait, elle, foncer à 123 km/h malgré son embonpoint à 725 kg (à sec !).

Bon, sans se placer dans une perspective d'avenir lointain, je pense qu'on ferait bien de prévoir immédiatement la production de voitures de ce genre. Pour qu'elles soient vendables, il ne faudra pas qu'elles soient trop chères et qu'elles soient capables d'atteindre au moins 130 km/h, avec une petite réserve de puissance pour la montée et les accélérations. Donc une trentaine de kW, environ 40 ch.

Un bicylindre boxer de 411 cc (66 x 60 mm d'alésage et course, par exemple) peut sans problème développer cette puissance à 7500 tr/min. Avec cette course de 60, la vitesse moyenne de piston ne serait que de 20 m/s à 10'000 tr/min. Donc pas de problème c'est indestructible, même en cas de surrégime. Un distribution avec deux lois de levée des soupapes donnerait le meilleur des deux mondes, puissance à haut régime et économie à bas régime.

En turbodiesel, difficile de faire plus petit que 600 cc, peut-être qq chose comme 547 cc (66 x 80 mm).

Refroidissement à eau, parce qu'il ne faut pas de ventilateur de refroidissement qui absorbe beaucoup de puissance, ainsi que pour des questions de bruit et de chauffage de l'habitacle. Roue de secours, (oui, j'en veux une !) à l'avant mais moteur arrière pour supprimer le tuyau d'échappement, la place qu'il prend et que la chaleur qu'il diffuse sous le plancher ainsi que celle dégagée par le moteur ne réchauffent pas trop l'habitacle. On dégage du même coup un coffre à l'avant, le tunnel où passe l'échappement peut être supprimé, donc les sièges avant rapprochés. On est plus près de la copine sur le siège d'à côté et en plus, la largeur de la voiture - donc sa surface frontale - est réduite.

Le moteur, lubrifié par carter sec, prend place sous le plancher du hayon, dans l'espace habituellement occupé par la roue de secours. Avec une suspension arrière moderne, un moteur court et léger et une aérodynamique adaptée, aucun problème de stabilité directionnelle ni tenue de route. La motricité à la montée est meilleure qu'avec une traction avant et les distances de freinage sont raccourcies. Les cardans des arbres de roues subissent moins de contraintes et le diamètre de braquage est diminué.

Pour permettre au moteur de tourner au régime et sous la charge auxquels il consomme le moins, rien ne vaudra une IVT Torotrak, placée naturellement sous le siège arrière. http://www.torotrak.com/IVT/whativt.htm

Le réservoir de carburant serait sous les sièges avant

Pour l'hybridation, ça peut aider, mais ça va coûter cher et peser lourd. Si tu mets un moteur électrique sur l'autre essieu, il faut deux arbres de roues supplémentaires avec leurs joints homocinétiques, un réducteur et un différentiel, tout ça dans un carter sous bain d'huile, plus une batterie plus conséquente. 200 kg à vue d'œil. On a discuté des moteurs-roues dans un autre fil et je ne vois pas comment ce truc peut coexister avec les freins, au même endroit.

Autant intégrer un moteur-générateur dans une transmission à double embrayage, comme LuK le propose avec l'ESG :

http://www.luk.com/content.luk.de/en/pr ... esg_sv.jsp
http://www.luk.de/content.luk.de/en/pro ... esg_lv.jsp

Résultats : le poids de la voiture dépendra du prix qu'on veut bien mettre pour l'alléger. L'alu coûte cher. Un bon compromis serait vers les 750 kg (avec le plein et 75 kg de charge selon les normes usuelles). La consommation moyenne normalisée serait autour des 2,5 l/100 km en diesel et 3,5 l/100 km en essence. On devrait descendre ce chiffre au niveau du diesel avec un moteur-générateur en ESG ou autre (mild hybrid). Quand à l'hybride diesel, c'est une autre paire de manches et on va atteindre un coût assez exorbitant pour des gains moindres.

A+
Iguane

sceptique · Message par **sceptique** » 30 mars 2007, 15:33

Début de réponse donc.
Données, méthodes et notations issues des posts précédents.
Nouvelle 2CV donc, tout acier.
moteur 400 cm3 20 kW (traction avant). Rendement à la roue 28% soit 2.5 kWh par litre essence en condition optimal (entre 1500 et 3000t).
moteur électrique 5 kW 30 kg batteries Li-Ion de 3kWh de capacité utile (propulsion arrière).
poids 600 kg (avec 1 passager)
Cr = 0.008 (coef de frottement des pneus supposé constant. Un peu majoré)
SCx = 0.50 (une 205 fait 0.61)

à 100 km/h (vitesse maxi raisonnable)

Code : Tout sélectionner

Frot = 9.8 * M * Cr = 47 N
P Frot = 47 * (100/3.6) = 1310 W
FAir = 0.5 * 1.2 * 0.50 * (100/3.6)^2 = 231 N
PAir = 231 * (100/3.6) = 6430 W
total : 7800 W (arrondi+)

à 70 km/h (vitesse de croisère tranquille)

Code : Tout sélectionner

Frot = 9.8 * M * Cr = 47 N
P Frot = 47 * (70/3.6) = 914 W
FAir = 0.5 * 1.2 * 0.50 * (70/3.6)^2 = 113 N
PAir = 113 * (70/3.6) = 2205 W
total : 3200 W (arrondi+)

à 40 km/h (vitesse maxi en électrique)

Code : Tout sélectionner

Frot = 9.8 * M * Cr = 47 N
P Frot = 47 * (40/3.6) = 522 W
FAir = 0.5 * 1.2 * 0.50 * (40/3.6)^2 = 37 N
PAir = 113 * (40/3.6) = 412 W
total : 950 W (arrondi+)

Consommation théorique pour 100 km à vitesse stabilisée :

Code : Tout sélectionner

100 km/h : 7800 / 2500 = 3.2 litres 
70 km/h  : 3200 / 2500 * (100/70) = 1.8 litres
40 km/h (électrique) :  950 * (100/40) = 2400 Wh

Par exemple on peut faire plus de 100 km en électrique stabilisé à 40 km/h.
Et si on fait 100 km moitié thermique à 70 km/h et moitié électrique à 40 km/h ?
Bon, il faut aussi tenir compte des accélérations, freinage dans un deuxième temps.
A suivre donc ...
PS : entre temps Iguane a posté

sceptique · Message par **sceptique** » 30 mars 2007, 15:58

Quelques points intéressants :

Iguane a écrit : Pour qu'elles soient vendables, il ne faudra pas qu'elles soient trop chères et qu'elles soient capables d'atteindre au moins 130 km/h, avec une petite réserve de puissance pour la montée et les accélérations. Donc une trentaine de kW, environ 40 ch.
Un bicylindre boxer de 411 cc (66 x 60 mm d'alésage et course, par exemple) peut sans problème développer cette puissance à 7500 tr/min. Avec cette course de 60, la vitesse moyenne de piston ne serait que de 20 m/s à 10'000 tr/min. Donc pas de problème c'est indestructible, même en cas de surrégime. Un distribution avec deux lois de levée des soupapes donnerait le meilleur des deux mondes, puissance à haut régime et économie à bas régime.
Refroidissement à eau.
Roue de secours à l'avant mais moteur arrière pour supprimer le tuyau d'échappement, la place qu'il prend et que la chaleur qu'il diffuse sous le plancher ainsi que celle dégagée par le moteur ne réchauffent pas trop l'habitacle. On dégage du même coup un coffre à l'avant, le tunnel où passe l'échappement peut être supprimé, donc les sièges avant rapprochés. On est plus près de la copine sur le siège d'à côté et en plus, la largeur de la voiture - donc sa surface frontale - est réduite.
Le moteur, lubrifié par carter sec, prend place sous le plancher du hayon, dans l'espace habituellement occupé par la roue de secours. Avec une suspension arrière moderne, un moteur court et léger et une aérodynamique adaptée, aucun problème de stabilité directionnelle ni tenue de route. La motricité à la montée est meilleure qu'avec une traction avant et les distances de freinage sont raccourcies. Les cardans des arbres de roues subissent moins de contraintes et le diamètre de braquage est diminué.

Effectivemment cela permet des gains intéressants.

Iguane a écrit :Pour l'hybridation, ça peut aider, mais ça va coûter cher et peser lourd. Si tu mets un moteur électrique sur l'autre essieu, il faut deux arbres de roues supplémentaires avec leurs joints homocinétiques, un réducteur et un différentiel, tout ça dans un carter sous bain d'huile, plus une batterie plus conséquente. 200 kg à vue d'œil. On a discuté des moteurs-roues dans un autre fil et je ne vois pas comment ce truc peut coexister avec les freins, au même endroit.
Autant intégrer un moteur-générateur dans une transmission à double embrayage, comme LuK le propose avec l'ESG :
http://www.luk.com/content.luk.de/en/pr ... esg_sv.jsp
http://www.luk.de/content.luk.de/en/pro ... esg_lv.jsp

Il me semble que 2 moteurs-roues à l'avant de chacun 2 kW (voir mon exemple) serait suffisamment petit pour cohabiter avec les freins et légers pour ne pas trop gêner la suspension. Je pensais à 30 kg de batteries seulement. Et combien pèse 2 moteurs de 2 kW ?

Iguane a écrit :Résultats : le poids de la voiture dépendra du prix qu'on veut bien mettre pour l'alléger. L'alu coûte cher. Un bon compromis serait vers les 750 kg (avec le plein et 75 kg de charge selon les normes usuelles). La consommation moyenne normalisée serait autour des 2,5 l/100 km en diesel et 3,5 l/100 km en essence. On devrait descendre ce chiffre au niveau du diesel avec un moteur-générateur en ESG ou autre (mild hybrid). Quand à l'hybride diesel, c'est une autre paire de manches et on va atteindre un coût assez exorbitant pour des gains moindres.

Je ne crois pas que sur un aussi petit véhicule le diesel soit bien adapté. (Je sens Blackdress frémir de plaisir dans mon dos ...).
Maintenant, je verrais bien 2 versions !
La tienne (30 kW, 130 km/h), sans hybride, serait adaptée à des assez long trajets ou on roule peu à basse vitesse.
La mienne (20 kW 100 km/h), avec un hybride très léger et une structure minimale serait réservée à un usage péri-urbain ou la moitié des trajets serait fait en électrique. Et le possesseur de ce modèle peut, 3 ou 4 fois par an louer le modèle supérieur !

Environnement2100 · Message par **Environnement2100** » 30 mars 2007, 16:11

super, on s'y croirait !

Dans un cadre urbain-périurbain, c'est-à-dire
- 15 km à Vmax
- 35 km à 40 kmh dont 100 feux rouges et assimilés,

et en supposant qu'on a droit à une recharge électrique complète chaque jour, on finit par consommer combien de carburant ?

Est-ce que l'ensemble rentre dans une Twingo 2 ?

Iguane · Message par **Iguane** » 30 mars 2007, 19:15

sceptique a écrit :
Il me semble que 2 moteurs-roues à l'avant de chacun 2 kW (voir mon exemple) serait suffisamment petit pour cohabiter avec les freins et légers pour ne pas trop gêner la suspension. Je pensais à 30 kg de batteries seulement. Et combien pèsent 2 moteurs de 2 kW ?

S'ils entraînent directement les roues sans réducteur, ils doivent être gros (grand diamètre) et lourds pour développer un couple suffisant. Et à l'avant il ne faut pas que l'axe de pivot soit trop éloigné du plan de roue, sinon il faut trop d'inclinaison pour conserver un déport acceptable.

Je ne crois pas que sur un aussi petit véhicule le diesel soit bien adapté. (Je sens Blackdress frémir de plaisir dans mon dos ...).

Le proto VW "1 litre" était propulsé par un monocylindre diesel - bonjour l'acyclisme et les vibrations !

@E2100 : Oui, mais mieux : dans une Citroën AX modifiée, on serait en dessous des 750 kg, peut-être 650 kg selon DIN 70020 ! Sans hybridation lourde, j'entends.

Environnement2100 · Message par **Environnement2100** » 30 mars 2007, 20:53

Yes, mais l'idée est aussi d'utiliser des trucs pas chers, c'est-à-dire existants : il faudrait "loganiser" vos protos.

Vous préférez une C2 ?

Code : Tout sélectionner

Carrosserie  3 portes
Motorisations  Essence, Diesel HDi
Boîte de vitesse  Manuelle, robotisée
Hauteur  1 461 mm
Longueur  3,66 m
Largeur  1,65 m

Message par **phyvette** » 30 mars 2007, 21:28

Sceptique et Iguane , allez donc voire là bas si vous y êtes.

florilège:

-Pour une petite voiture (une 106 par exemple) roulant à 100 km/h (27 m/s), 7 kilo-Watts (kW) sont nécessaires pour la résistance de l’air, 3kW pour les frottements de roulement

-L’avenir de la voiture électrique est, à court et moyen terme, indissociable des performances des batteries au Lithium, à cause des exigences de ce mode de locomotion.

-L’utilisation optimale des véhicules électriques sera probablement urbaine, avec des scooters ou de petites voitures éventuellement mises en location libre-service. Sur les grandes distances les voitures à propulsion hybride ou les transports en commun garderont sans doute le rôle principal.

Et pour l'ami E2100 :

Quels seraient les conséquences d’un passage au "tout électrique" dans le domaine du transport individuel ? Chaque jour, on peut estimer qu'une voiture parcourt 40 km. Pour 29 millions de véhicules et 10 kWh/100 km, cela fait un appel de 170 millions de kWh. Sur 10 heures de charge la nuit (des heures creuses), cela représente 10 centrales EPR en fonctionnement

C'est court , mais vous allez vous régaler.

Phyvette

Iguane · Message par **Iguane** » 30 mars 2007, 21:43

phyvette a écrit :Sceptique et Iguane , allez donc voire là bas si vous y êtes.

Ben… tu veux dire quoi ?? C'est le texte même sur lequel Sceptique s'est basé et que j'ai critiqué, mais sur un autre site. Ils se recopient tous les uns sur les autre sur le net, rien d'étonnant.

Quant à retrouver l'origine de ces chiffres de 3 et 7 kW, on aimerait bien savoir de quel chapeau ils sortent, quelle version de Peugeot 106, quel type et dimension de pneus, quelle pression de gonflage, quel revêtement de chaussée.

Message par **phyvette** » 30 mars 2007, 21:59

Iguane a écrit :Ben… tu veux dire quoi ??

Pas taper , je voulais juste bien faire.

Phyvette

sceptique · Message par **sceptique** » 30 mars 2007, 23:21

J'avais complétement oublié que j'avais réalisé sur mon site une grille de calcul pour calculer la puissance consommée aux différentes vitesses pour différents types de véhicules.

C'est ici : http://perso.orange.fr/pic-petrole/calcTransports.html
par exemple, pour retrouver les chiffres de la Peugeot 106 indiqués:
Je conserve les valeurs par défaut
Surface * Cx m2 0.60
Coefficient frottement /1000 11
Poids véhicule kg 1000
vitesse maxi 100 km/h
J'appuie sur calcul et j'obtiens :

Code : Tout sélectionner

vitesse	vitesse	résistance au roulement	résistance de l'air Total Total Wh par km
10 km/h	2.8 m/s	310 W	8 W	310 W	0.43 ch	31.3
20 km/h	5.6 m/s	610 W	62 W	670 W	0.92 ch	33.6
30 km/h	8.3 m/s	920 W	210 W	1100 W	1.5 ch	37.5
40 km/h	11.1 m/s	1200 W	490 W	1700 W	2.3 ch	42.9
50 km/h	13.9 m/s	1500 W	960 W	2500 W	3.4 ch	49.8
60 km/h	16.7 m/s	1800 W	1700 W	3500 W	4.8 ch	58.3
70 km/h	19.4 m/s	2100 W	2600 W	4800 W	6.5 ch	68.4
80 km/h	22.2 m/s	2400 W	4000 W	6400 W	8.7 ch	79.9
90 km/h	25.0 m/s	2700 W	5600 W	8400 W	11.4 ch	93.1
100 km/h	27.8 m/s	3100 W	7700 W	10800 W	14.7 ch	107.7

C'est plus propre dans l'application. On note à 100 km/h 3100 W pour les pneus et 7700 W pour la résistance aérodynamique.
Remarque : tout est écrit en javascript à partir des formules fondamentales plus haut dans ce fil. J'ai fait cela il y a longtemps et j'ai pas eu le temps de fignoler. Le source est libre de droit vous pouver le télécharger et l'améliorer. Dans ce cas, un petit MP et je le répercute.
Maintenant cela ne représente qu'une partie du travail. Il faut tenir compte des accélérations. Une bonne approximation consiste à calculer l'énergie cinétique. Puis tenir compte du rendement. En y incorporant les pertes dues à la transmission et au fait que le moteur n'est pas toujours à un régime optimum.

Iguane · Message par **Iguane** » 31 mars 2007, 00:07

700 kg :

660 kg:

VW 2.0 TDI 170 ch ; 190 g/kW.h = 45% de rendement thermique :

On voit que le rendement thermique de ce moteur est supérieur à 40 % (215 g/kW.h) en gros de 1500 à 3750 tr/min et entre 11 et 22 bars de pression moyenne effective (pme), soit entre 50% et 100% de charge.

sceptique · Message par **sceptique** » 31 mars 2007, 19:04

Environnement2100 a écrit :super, on s'y croirait !
Dans un cadre urbain-périurbain, c'est-à-dire
- 15 km à Vmax
- 35 km à 40 kmh dont 100 feux rouges et assimilés,
et en supposant qu'on a droit à une recharge électrique complète chaque jour, on finit par consommer combien de carburant ?
Est-ce que l'ensemble rentre dans une Twingo 2 ?

Je pars donc d'une twingo 2, j'ai pas les chiffres exacts sous la main. Mais c'est facile de rectifier. Remplaçons donc le moteur par un beaucoup plus petit de 400-500 cm3 et 30 kW. Ajoutons à l'arrière 2 moteurs-roues de 2-3 kW (4_6 kW au total). Et 30 kg de batteries Li-Ion pour 3 kWh (en fait 3.6 mais il est en pratique peu recommandé d'aller puiser le dernier quart). Donc 3 kWh utiles. Le poids final doit etre le meme : le gain sur thermique, boite de vitesses, transmissions étant compensé par la partie électrique. Je me lance :
poids = 1100 kg (avec conducteur et plein)
SCx = 0.55
Cr = 10
mon calculateur me donne
à 100 km/h stabilisé
résistance au roulement 3100 W
résistance de l'air 7100 W
Total 10100 W
Avec le moteur essence un rendement de 23% est honnete en tenant compte des pertes liés à la transmission. Cela donne 2kWh utile par litre essence. On arrive donc à 5 litres aux cent (vitesse stabilisée).

à 70 km/h stabilisé le petit moteur étant toujours dans une zone de rendement optimum (contrairement à un "gros") on a respectivement
2100 W + 2400 W = 4600 W
soit 2.3 litres pour 70 km ou encore 3.3 litres aux cent.

à 40 km/h stabilisé on utilise l'électrique (car le rendement du thermique baisse) :
1200 W + 450 W = 1700 W
pour lancer la voiture de 0 à 40 km/h il faut apporter l'énergie cinétique :
E = 0.5 * M * V2 = 0.5 * 1100 * (40/3.6)^2 = 68 kJ = 20 Wh (en arrondissant)

Reprenons :
Dans un cadre urbain-périurbain, c'est-à-dire
- 15 km à Vmax
- 35 km à 40 kmh dont 100 feux rouges et assimilés,

Je rajoute systématiquement 20% pour tenir compte des aléas (ralentissements, reprise ...)
15 km à 100km/h stabilisé : 5 * 15/100 * 1.2 = 0.9 litres
35 km à 40 km/h stabilisé : 1700 * 35/100 * 1.2 = 582 Wh arrondi 600 Wh
100 démarrages 2 000 Wh * 1.2 = 2 400 Wh

Total : 1 litre essence et 3000 Wh (soit la charge complète).

Avec ma super 2CV de 600 kg seulement (meme SCx et Cr) on gagne 40% sur la consommation électrique ! Et si on se limite à 70 km/h celle d'essence tombe à 0.5 litres ...
Sauf erreur ...

Environnement2100 · Message par **Environnement2100** » 31 mars 2007, 19:50

Woah Très fort Sceptique qui tombe pile poil sur la capacité totale des batteries...

Tout ceci accrédite pas mal la thèse de l'hybride léger ; il va me falloir un peu de temps pour intégrer tout ça. Jusqu'à maintenant, je considérais l'hybride lourd comme gaguesque, et l'hybride léger comme peu efficace, mais utile pour faire la jointure entre les diesel à 4l/100 et le VE. Là, on a l'impression que ce standard peut tenir le coup jusqu'en 2030, et au-delà dans certains pays.

Iguane · Message par **Iguane** » 31 mars 2007, 20:19

sceptique a écrit :J'avais complétement oublié que j'avais réalisé sur mon site une grille de calcul pour calculer la puissance consommée aux différentes vitesses pour différents types de véhicules.
C'est ici : http://perso.orange.fr/pic-petrole/calcTransports.html

Sceptique, je trouve que ta calculatrice est difficile à utiliser.

Ce serait beaucoup plus simple et clair si on obtenait directement la puissance nécessaire en fonction de la vitesse du véhicule, de son poids, de son Scx et du Cr.

Cordialement,
Iguane