L’équipe de course E-Stall de l’université des sciences appliquées d’Esslingen conçoit et construit une voiture de course électrique pour participer à la compétition Formula Student.
Au cas où vous ne seriez pas familier avec les compétitions de formule étudiante, sachez que dans le cadre de chaque compétition, une équipe d’étudiants doit construire une voiture de course de formule à siège unique avec laquelle elle affronte d’autres équipes du monde entier. La compétition n’est pas remportée uniquement par l’équipe dont la voiture est la plus rapide, mais plutôt par l’équipe qui présente le meilleur ensemble de conception, de performances et de planification financière et commerciale.
La Formula Student met les membres de l’équipe au défi d’aller plus loin dans leur formation en intégrant une expérience intensive de la construction et de la fabrication, ainsi qu’en considérant les aspects économiques de l’industrie automobile. Les équipes partent du principe qu’elles sont un constructeur développant un prototype qui sera évalué en vue de la production. Le public visé est le coureur de fin de semaine non professionnel. La voiture de course doit présenter de très bonnes caractéristiques de conduite telles que l’accélération, le freinage et la maniabilité. Elle doit être proposée à un coût très raisonnable et être fiable et sûre. En outre, la valeur marchande de la voiture augmente grâce à d’autres facteurs tels que l’esthétique, le confort et l’utilisation de composants standard facilement disponibles à l’achat.
Le défi auquel les équipes sont confrontées est de composer un ensemble complet comprenant une voiture de course bien construite et un plan de vente qui répond le mieux à ces critères. La décision est prise par un jury composé d’experts du sport automobile, de l’industrie automobile et des fournisseurs. Le jury évaluera la voiture et le plan de vente de chaque équipe sur la base de la construction, de la planification des coûts et de la présentation des ventes. Le reste de l’évaluation se fera sur la piste, où les étudiants démontreront, lors d’un certain nombre de tests de performance, comment leurs voitures de course auto-construites se comportent dans leur environnement réel.
Le point de vue de l’ingénierie…
Depuis de nombreuses années, E.Stall fait partie intégrante de la Formule 1 et a fait ses preuves en tant que concurrent. Sur la base des résultats des dernières saisons de course, ils ont voulu améliorer le système de refroidissement de leur voiture de course électrique en termes de fiabilité. La précédente chemise de refroidissement utilisée par l’équipe E.Stall était faite d’un polymère résistant à la température, qui était monté directement autour de l’entraînement électrique, composé de deux coquilles. L’objectif de l’enveloppe de refroidissement est de réguler la température du moteur et d’éviter toute surchauffe. Sans un refroidissement suffisant, le risque d’endommagement du moteur est assez élevé. Au cours de la saison d’utilisation de la chemise de refroidissement en polymère, il a été démontré qu’une solution à deux composants est sujette à des fuites et donc à des problèmes.
Dans une voiture de course électrique à quatre roues motrices, les moteurs électriques à haute performance doivent être refroidis. Comme ces moteurs ont une densité de puissance élevée de 10kW/kg, ils surchaufferaient à pleine charge sans refroidissement. Il existe deux circuits de refroidissement, un pour chaque côté. Les quatre moteurs sont refroidis, ainsi que les onduleurs correspondants. En utilisant l’expertise d’EPlus3D en matière de conception pour la fabrication additive et sa toute dernière solution de fusion sur lit de poudre métallique EP-M260 Dual-Laser, le problème de fuite des composants de refroidissement a pu être résolu et les performances ont pu être considérablement augmentées.
Grâce à la polyvalence de la technologie d’impression 3D métallique, l’équipe d’E.Stall a pu tester de nouvelles formes, ce qui n’était pas possible jusqu’à présent avec les méthodes traditionnelles. En même temps, la totalité de la surface de la chemise de refroidissement peut être utilisée pour la dissipation de la chaleur grâce à la nature du matériau aluminium.
« La chemise de refroidissement imprimée en 3D sera un produit efficace et fiable. Nous avons pu créer des structures complexes, ce qui est impensable de manière conventionnelle. Avec l’aide de l’EPlus3D et des dernières technologies de fabrication additive, nous avons pu réduire l’épaisseur des parois grâce à la grande précision de l’imprimante 3D et donc réduire la taille globale des pièces. »
Outre la chemise de refroidissement, EPlus3D a aidé E-Stall avec une plaque de refroidissement pour ses onduleurs et un composant de direction. Tous deux ont également hérité de l’intégration fonctionnelle de plusieurs composants, de la conception légère et de l’amélioration des performances globales.
Grâce à l’intégration fonctionnelle du système de refroidissement, des connecteurs et du montage, les étapes d’assemblage sont économisées et la conception à sécurité intégrée n’est plus sujette aux fuites. L’épaisseur minimale des parois de la pièce permet de réduire le diamètre total et donc de créer plus d’espace pour les autres composants de la suspension qui sont basés autour du moteur électrique.
La haute qualité des impressions est cruciale pour leur fonctionnement. Une chemise de refroidissement bien ajustée et emboutie était aussi importante que la rectitude de la plaque de refroidissement pour les inverseurs. Les deux pièces ont bien rempli leurs fonctions et ont maintenu les moteurs et les onduleurs en dessous de 65°C, ce qui, selon l’équipe, est un « résultat incroyablement bon ». Par rapport à la saison précédente, où les moteurs atteignaient régulièrement 120°C, l’avantage du processus de fabrication d’EPlus3D, qui permet d’intégrer le design, est clairement démontré.
La conception de la chemise de refroidissement a permis de simuler une capacité de refroidissement de 3,8 kW. En raison de la basse température des composants, ceux-ci peuvent fonctionner plus efficacement, ce qui permet d’augmenter l’autonomie de la voiture et d’améliorer l’accélération.
Grâce à l’excellente ingénierie des composants et de l’ensemble des pièces, ainsi qu’au dévouement de toute l’équipe d’E-stall, ils ont obtenu la 4e place aux concours de conception technique de la FS Czech et de la FS Alpe Adria. Selon Felix Wenzelburger, Project Manager Powertrain & Vehicle Dynamics, « cette discipline est la plus importante de toutes les disciplines statiques et évalue les connaissances techniques de l’équipe et les processus qu’elle utilise pour concevoir la voiture. »
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