Il est rare que le groupe motopropulseur d’un véhicule routier doive fonctionner à sa puissance maximale et à sa capacité de couple tout le temps. La croisière légère nécessite généralement une fraction de la pleine capacité d’un groupe motopropulseur, de sorte que la stratégie de moteur Dynamic Skip Fire (DSF – aka Dynamic Fuel Management, ou DFM) de Tula augmente l’efficacité du moteur à combustion dans ces conditions en travaillant dur (et efficacement) quelques cylindres tandis que les autres sieste, connue sous le nom de désactivation du cylindre. Comme nous l’avons souligné en février 2021, le nouveau Dynamic Motor Drive (DMD) de Tula est similaire, mais il s’agit plutôt d’une solution logicielle pour les groupes motopropulseurs de moteurs électriques qui envoie des rafales de courant électrique plus élevées et plus efficaces à un moteur qui sont entrecoupées de « repos » à courant nul périodes » pour obtenir le couple requis avec une efficacité améliorée.
Tester la NVH, pas l’efficacité
Les systèmes de combustion DSF/DFM de Tula se sont avérés fluides et fiables dans plus d’un million de camions V-8 Chevy et GMC jusqu’à présent. Pour découvrir à quel point le nouveau DMD de Tula fonctionne de manière transparente dans une voiture électrique à zéro cylindre, nous avons échantillonné la technologie dans une Chevrolet Bolt EV.
La Bolt EV est alimentée par un moteur à aimant permanent. Ce sont les moteurs les plus efficaces actuellement sur le marché, et la programmation Dynamic Motor Drive a certes du mal à améliorer l’efficacité du moteur d’environ un demi pour cent seulement ; Les moteurs à induction à courant alternatif légèrement moins efficaces de Tesla voient une amélioration plus proche de 2 %. Mais la stratégie de contrôle en termes de pulsation de la puissance en rafales denses est essentiellement la même pour n’importe quel type de moteur, donc dans cette voiture d’essai que nous avons conduite, nous évaluons uniquement le bruit, les vibrations et la dureté (NVH) – nous ne comptons pas combien de mètres de portée supplémentaire DMD nous accorde. Sur un court trajet, il serait difficile de tirer des conclusions.
Le DMD peut moduler la pulsation du couple indépendamment de la vitesse du véhicule ou du moteur et peut donc s’efforcer (et s’efforce) d’éviter les fréquences gênantes ou résonnantes. Par exemple, les humains trouvent généralement des fréquences de vibration entre 0,2 et 20 Hz perceptibles et gênantes, tandis que les fréquences de résonance des volants et des rails de siège se situent respectivement entre 63 et 77 Hz et autour de 87 Hz.
Les impulsions à haute énergie du moteur seront probablement plus perceptibles pour les occupants pendant la conduite par rapport à un flux plus faible et plus stable, nous sommes donc curieux de savoir comment NVH est impacté. En théorie, plus la fréquence de pulsation du moteur est faible, plus le gain de rendement est élevé ; cependant, plus la fréquence de pulsation est élevée, plus la NVH devrait s’améliorer. Il y a des compromis et des décisions de développement que Tula doit faire dans sa programmation. Ainsi, dans notre Bolt, Tula programme le DMD pour qu’il fonctionne principalement entre 20 et 60 Hz.
Comment ça se sent ?
Sur de rares parcelles de chaussée lisse du Michigan, roulant à 25-40 mph à charge très légère, un léger bourdonnement peut être ressenti, qui disparaît rapidement lors de l’accélération. Les vibrations sont peut-être un peu plus perceptibles que le système de combustion DSF / DFM comparable, car un V-8 qui sélectionne lequel des huit cylindres s’allume tous les 90 degrés de rotation du vilebrequin peut randomiser le couple pulsé un peu mieux que le DMD.
Cela dit, quelqu’un qui ne s’efforçait pas de détecter les vibrations sur notre conduite ne l’aurait peut-être jamais fait, d’autant plus que les vibrations de la route les recouvrent facilement sur la plupart des surfaces (cela suggère que les véhicules incorporant des suspensions à détection de route pourraient peut-être commander plus de DMD sur des surfaces rugueuses , moins sur les plus lisses). Il convient également de noter que le DMD augmente également l’efficacité lors du freinage régénératif pour optimiser la récupération d’énergie, et que les vibrations étaient beaucoup moins perceptibles lors de la décélération. Et ce prototype de véhicule n’a pas subi le réglage approfondi de l’algorithme qu’un montage de production obtiendrait.
D’où vient l’efficacité ?
Le DMD aide un moteur électrique et l’onduleur qui le fait fonctionner à fonctionner plus efficacement en éliminant les « pertes de commutation » qui génèrent de la chaleur lorsque le système contrôle les fréquences des champs électromagnétiques qui alimentent un moteur. Les améliorations les plus importantes se trouvent dans la réduction de la génération de chaleur dans l’onduleur et le noyau du moteur, qui compensent largement les légères augmentations de la chaleur générée dans le rotor et le stator pendant le fonctionnement DMD. Les résultats présentés ici reflètent les tests sur le test multi-cycle américain (qui génèrent des chiffres EPA – les résultats sur le cycle de test WLTP généralement moins rigoureux ont indiqué une amélioration de 19% pour la DMD).
Lorsque nous avons couvert cette technologie l’année dernière, nous avons vanté sa capacité potentielle à rendre le moteur brut, industriel et à réluctance synchrone viable pour les applications EV. Mais les représentants de Tula disent maintenant que ces moteurs ne feront probablement pas le saut vers les véhicules électriques, étant mieux adaptés aux éoliennes et autres grandes applications (DMD peut encore améliorer leurs performances, mais la réduction des coûts est moins prioritaire).
Quand pourriez-vous conduire DMD ?
Là où cela a vraiment du sens, c’est dans les moteurs synchrones à excitation externe (EESM). C’est l’industrie qui parle des moteurs sans aimant permanent qui utilisent un rotor à électroaimant, comme le type de moteur BMW récemment publié sous le nom de « moteur synchrone excité par le courant ». En éliminant les aimants permanents, ces moteurs peuvent économiser entre 250 $ et 300 $, mais au détriment de l’efficacité.
Le moyen le plus simple d’améliorer l’efficacité de tout moteur électrique consiste à passer à un onduleur au carbure de silicium (SiC), mais ceux-ci augmentent les coûts. DMD est une solution logicielle qui entraîne principalement des coûts de développement (et de propriété intellectuelle), tout en étant capable d’améliorer l’efficacité d’un moteur synchrone à excitation externe bon marché, ou EESM, jusqu’à 2 % par rapport à un moteur à aimant permanent. Cela correspond presque à l’avantage d’efficacité de l’ajout du coûteux onduleur au carbure de silicium à une machine à aimants pour une économie de coûts comprise entre 350 et 400 dollars par rapport au moteur à aimant permanent de base. L’ajout de l’onduleur au carbure de silicium en plus de ces gains peut augmenter cette efficacité de presque un autre point de pourcentage, comme vous pouvez le voir dans le tableau présenté ci-dessus (étiqueté EESM + SiC + DMD).
Tula Technology fait actuellement la démonstration de ses prototypes Bolt EV aux équipementiers et aux fournisseurs, et nous savons qu’aucun n’a encore signé, car le 21 septembre, DMD a reçu le prix de l’innovation PACEpilot Nouvelles automobiles. Cette catégorie n’est ouverte qu’aux innovations à un stade précoce non encore vendues à un client OEM. Après un signe, il faudra quelques années de développement pour arriver sur le marché.