Projet FS26-DVP : EPISODE 4 : les épreuves du challenge FS

L’ÉPREUVE DE L’ENDURANCE

L’endurance est l’épreuve la plus complète du challenge Formula Student. Elle vise à évaluer simultanément : la performance globale, la fiabilité mécanique et électrique, la gestion énergétique, et la stabilité du comportement dynamique dans le temps. Ce n’est pas une course de pointe, mais une épreuve de régularité performante. Dans notre FORMULA STUDENT électrique, l’endurance correspond typiquement à : distance totale : 22 km, soit 14 tours sur un tracé de 1600 mètres. Temps en course : généralement entre 15 et 25 minutes, selon le niveau de performance. Ce format impose : une gestion fine de la batterie, une maîtrise thermique, une constance de pilotage. Contrairement aux idées reçues, l’endurance ne récompense pas la vitesse maximale. Elle met en évidence : la vitesse moyenne réelle, la capacité à répéter des phases de freinage et d’accélération, la stabilité du comportement lorsque les pneus, les freins et les composants électriques montent en température. C’est l’épreuve qui révèle le niveau de maturité du projet. Pour toutes ces raisons, nous ferons rouler l’IA plutôt qu’un humain.

Résultat de nos essais :

Nous avons donc fait rouler l’IA pour effectuer les 14 tours afin de réaliser la distance de la compétition. La capacité de la batterie et le calcul de la récupération d’énergie avaient été calculées dans le cahier des charges afin d’atteindre l’objectif. Nous étions donc équipé d’une batterie de 7,5 kWh avec un REGEN EFFICIENCY à 0,3.

Premier essai (ECHEC) :

Notre premier essai n’a pas été concluant, nous avons effectué que 8 tours avant de vider la batterie. Le constat était simple : on tirait trop dessus ! On a donc ajusté la récupération d’énergie avec des valeurs plus réalistes tout en limitant la décharge excessive. Enfin la consommation moyenne a été ramenée dans une plage compatible avec l’endurance FORMULA STUDENT . La régénération a été estimée à stimée à 600 kJ par tour, soit 0,167 kWh, ce qui représente environ 2,3 kWh récupérés sur 14 tours.

Deuxième essai (ECHEC) :

Le second test n’a pas été concluant aussi. Nous effectuons seulement 10 tours.

Trouver une solution technique :

Il a donc été mené une étude nous conduisant à envisager le remplacement de la batterie par un modèle de plus grande capacité, une solution techniquement simple en simulation. Nous aurions ainsi pu augmenter sa capacité de 7,5 kWh à 12 kWh. Toutefois, si cette approche répond au besoin en environnement virtuel, elle n’est pas transposable efficacement dans le réel. Une telle augmentation de capacité entraînerait une prise de masse significative (+25 à +40 kg), avec des effets directs : accélération dégradée, distances de freinage allongées, consommation accrue liée à la masse supplémentaire, et in fine une dégradation du temps au tour. Cette solution, bien que simple en apparence, s’est révélée trop pénalisante. Nous avons donc privilégié une autre approche, orientée vers l’optimisation du système plutôt que l’augmentation brute de la capacité énergétique.

La 2eme option a été d’augmenter le REGEN EFFICIENCY , mais dans des limites réalistes. Notre REGEN EFFICIENCY de départ à 0,30 était plutôt bas pour un système bien exploité. Sur une FORMULA STUDENT bien calibrée, on peut viser entre 0,40 et 0,55 en moyenne effective , selon traction, limites de charge et stabilité. On décide donc de passer notre REGEN EFFICIENCY à 0,45. Effet attendu : entre -5% à -12% d’énergie consommée par kilomètre. Pour garantir une totale réussite, nous recalculons aussi la courbe moteur.

L’option bonus a été de revoir la courbe moteur. Si la voiture a été construite pour une puissance de 80 kW, nous optons pour la réduire à 55 kW en limitant le couple à bas régime. Cela nous permettra d’éviter d’avoir une puissance instantanée qui grimpe trop vite avec une consommation explosive à chaque accélération. l’idée est de garder le couple maximal sur chaque moteur (22 Nm) mais pas sur la plage complète de la motorisation. (0-3000 à 12 Nm, 3000-6000 à 16 Nm et au dessus de 9000 à 22 Nm). Nous aurons ainsi une sortie de virage douce, moins de patinage, moins de pics de courant mais ma même vitesse en milieu et fin de ligne droite ! De toute façon, il faut rappeler que sur un tracé de FORMULA STUDENT : 70 % du temps passé est inférieur à 80 km/h et ce sont les bas régimes qui dictent la consommation !

Troisième essai (ECHEC) :

Le troisième essai nous laisse sur notre faim. La batterie se décharge encore trop rapidement et nous n’atteignons péniblement que le 13ème tour ! Après une analyse du CSV de la session, nous nous apercevons que le premier tour est très énergivore. Il consomme 10,4% de la batterie alors que les tours suivants consomment entre 8,7% à 9%. Cela est due au démarrage à l’arrêt : mise en mouvement depuis 0 km/h, phase longue à fort couple et faible rendement, puissance élevée pendant plus de temps que sur un tour lancé. Mais il faut aussi réduire les consommations des tours suivants avec une moyenne de 6,3%, cela serait productif ! Nous décidons de refaire une cartographie moteur avec une réduction sur le régime moyen mais surtout une chute plus franche sur le haut régime moteur. Ainsi on réduit la puissance moyenne pour tenir la distance. On décide aussi d’augmenter notre REGEN EFFICIENCY à 0,5.

Quatrième essai (REUSSITE) :

Le quatrième et dernier test a enfin porté ses fruits ! Nous effectuons les 14 tours avec une batterie à 10% au final ! Pour cela, nous avons reconstruit une courbe moteur adaptée pour l’endurance. Nous n’avons pas diminué arbitrairement la puissance, ni “bridé” la voiture au hasard. Nous avons reconstruit la courbe moteur pour qu’elle corresponde au besoin réel de l’épreuve Endurance. En lissant le couple à bas régime et en recentrant l’exploitation du moteur sur sa zone de rendement optimal, nous obtenons une performance plus constante, plus efficiente et durable sur l’ensemble de la distance.

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L ‘ÉPREUVE DU SLALOM

Un slalom FORMULA STUDENT n’est jamais long au sens réglementaire. Nous avons en moyenne une longueur de 150 à 250 m avec des cônes espacés de 7 à 10 m.

Dans notre projet, nous utilisons volontairement un slalom long pédagogique, intégré au un tracé de 1600 mètres utilisés pour l’épreuve d’endurance.

Ceci afin de : visualiser clairement les trajectoires, analyser le comportement dynamique sur la durée, et mettre en évidence les choix de conception.

La logique de placement des cônes sur le slalom est la suivant : Cône orange → passage à gauche et Cône vert → passage à droite.

Ces cônes sont placés au centre de la piste ou sur les bord de piste afin de forcer des passages sinueux.

Avec une largeur de piste de 8,5 mètres, le slalom devient un outil extrêmement intéressant : la voiture n’est pas contrainte géométriquement, c’est la qualité de la trajectoire choisie qui fait la différence.

Le slalom est un révélateur immédiat de : l’équilibre avant / arrière, la vitesse de réponse en lacet, la cohérence suspension – direction – pneus, la capacité du pilote à exploiter le potentiel réel de la voiture.

C’est souvent sur ce type de tracé que les défauts de conception apparaissent le plus clairement.

Deux tracés, une même philosophie

ENDURANCE et SLALOM ne sont pas opposés. Ils sont complémentaires. Le slalom met en évidence la qualité instantanée du comportement.

L’endurance valide la capacité à maintenir ce comportement dans le temps.

Une FORMULA STUDENT performante n’est pas celle qui va vite sur une ligne droite, mais celle qui perd le moins de temps partout ailleurs.

Les tracés du challenge FORMULA STUDENT sont conçus pour éliminer les artifices et mettre en lumière l’ingénierie réelle.

Ils imposent une approche globale, où chaque décision (châssis, suspension, motorisation, énergie) se reflète directement sur la piste.