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1 MW La suspension ae Srière instrumentée BMW d une moto BMW

2 La suspension ae instrumentée d une moto BMW Le contexte industriel Le système modélisé Le domaine du laboratoire L exploitation pédagogique

3 La suspension ae instrumentée d une moto BMW Le contexte industriel

4 ison Liai Le contexte industriel Extrait du dossier ressources En 1923, la première moto BMW, la BMW R32 (500 cm3, vitesse de pointe 90 km/h) répondait à trois impératifs : un bloc moteur flat-twin avec boîte de vitesses intégrée, disposé transversalement, une transmission par arbre et un cadre rigide double berceau. Quatre-vingt dix années plus tard, ces trois principes font toujours recette. Modèle BMW R32 ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

5 Le contexte industriel Transmission par chaîne La liaison sol-ae des motos Transmission par courroie

6 Le contexte industriel Monobras oscillant et transmission acatène Arbre de transmission BMW R 80 G/S (1980) (premier Monolever) Roue conique du renvoi d angle Bras oscillant Cardan Pignon conique du renvoi d angle

7 Le contexte industriel La problématique Bras oscillant et transmission acatène 1. VARIATION DU COUPLE >> VIBRATIONS 2. RELEVEMENT SOUS COUPLE MOTEUR IMPORTANT 3. DEBATTEMENT INSUFFISANT 2 3 1

8 n ison Liai Le contexte industriel La traduction fonctionnelle du besoin Fonctions de services Libellé Critères Niveaux Fonction principale 1 Fonction principale 2 Fonction principale 2 Fonction principale 3 Fonction principale 3 Relier la roue ae au cadre Réaliser une transmission de puissance entre la boîte de vitesse existante et la roue Débattement vertical à la roue Positionnement Rigidité en torsion Rigidité transversale Résistance Rallonge du bras oscillant Durée de vie Puissance Réduction de vitesse angulaire Homocinétisme Rendement Réaliser une transmission entre la boîte de vitesses et la roue Assurer le confort de l'utilisateur quelles que soient les irrégularités de la route Bruit Résistance uplesse de la suspension Vitesse relative du piston/cylindre de l'amortisseur Réserve de débattement sous charge maxi sous l'action du poids du conducteur seul sous l'action du couple moteur et du poids Effort sur le ressort en statique charge maxi effort sur le ressort pendant le cabrage Amortissement des oscillations à pleine charge Relèvement lors de l'accélération Bande passante supérieur à 170 mm défaut angulaire mini : 0, 1 défaut latéral maxi : 1 mm 0,6 /100 dan (au contact roue/sol) 1mm/100 dan à la roue Coef. de sécurité = 5 > 1 mètre Km mini W maxi 0,44 comme sur les motos déjà commercialisées Taux de variation de vitesse angulaire < 3% 0,95 au moins Homocinétisme < 45 db (image des transmissions BMW) Coef. de sécurité = 5 Identique à «Monolever» Identique à «Monolever» Variation inférieure à 30 % > 145 mm > 155 mm > 30 mm < à celui de monolever dans les mêmes conditions < à celui de monolever dans les mêmes conditions Amélioration Abaissement d'au moins 50%, dépassement de 5% < 60 mm débattement lors à de la roue à définir en hertz en fonction de motos Taux de variation angulaire <3% Assurer le confort de l'utilisateur < 60 mm, quelles que soient les irrégularités débattement à la de la route l'accélération roue commercialisées et de la concurrence. La bande passante existante sur la suspension monolever est tout à fait acceptable ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

9 Le contexte industriel La traduction fonctionnelle du besoin La solution BMW R100GS 1 ère génération «Paralever» (1987) Transmission acatène Transmission acatène La solution BMW R1100RS 2 ème génération «Paralever» (1993)

10 Le contexte industriel La traduction fonctionnelle du besoin La solution BMW R 1200 GS 3 ème génération «Paralever» (2004) Transmission acatène

11 ison Liai Le contexte industriel La liaison sol-ae de la BMW R1200GS Combiné ressort-amortisseur Cadre ae Moteur thermique Roue AR Boîte de vitesses Double joint de cardan et amortisseur de couple Pont (renvoi d angle) Bras oscillant Jambe de réaction ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

12 n ison Liai Légende : Le contexte industriel La liaison sol-ae de la BMW R1200GS Actionneur : Moteur thermique Energie chimique Energie mécanique Double cardan Transmission primaire Renvoi d angle (pont) Transmission i secondaire Embrayage La chaîne d énergie Effecteur : Roue ae motrice Boîte de vitesses ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

13 La suspension ae instrumentée d une moto BMW Le système modélisé

14 n ison Liai Le système modélisé Quel est le bon modèle? L objectif : déterminer le comportement de la liaison sol ae en phase d accélération L objectif intermédiaire : calculer l action mécanique du sol sur la roue ae. Le point de vue : celui de la dynamique des solides. Le système isolé : l ensemble pilote U moto. Les hypothèses a priori : L ensemble moto et pilote est rigide Les roues sont en liaison pivot énergétiquement parfaite avec le cadre Le frottement de roulement est négligé ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

15 y Le système modélisé La liaison sol-ae de la BMW R1200GS Le paramétrage 1 O 2 b G 3 R A B h I J l 0 a x

16 Le système modélisé La liaison sol-ae de la BMW R1200GS La phase «statique» y y O 1 b G 2 3 R mg A B h I J mgb/a l 0 mg(a-b)/a a x

17 y Le système modélisé La liaison sol-ae de la BMW R1200GS La phase «accélération» 1 O b Ligne de transfert de charge G 2 mγ 3 R mg A B h mγh/a α mγ I J mγh/a l 0 mg(a-b)/a a mgb/a x

18 n ison Liai Le système modélisé La liaison sol-ae de la BMW R1200GS α > β : s-e ressort-amortisseur comprimé l ae de la moto descend. α < β : s-e ressort-amortisseur tendu l ae de la moto remonte. y A b C G mγ D B Ligne de transfert de charge 6 O α β mγh/a I mγ mγh/a J a x 3 h ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

19 Le système modélisé Le système type Monolever α > β : s-e ressort-amortisseur comprimé l ae de la moto descend. α < β : s-e ressort-amortisseur tendu l ae de la moto remonte. y 1 7 b Ligne de transfert de charge 4 mγ 2 A G 3 C D B h O mγh/a I mγ a mγh/a J x α β

20 Le système modélisé La transmission par chaîne α > β : s-e ressort-amortisseur comprimé l ae de la moto descend. α < β : s-e ressort-amortisseur tendu l ae de la moto remonte. y 1 b Ligne de transfert de charge 4 mγ 2 A G 3 C D B h O mγh/a I mγ a mγh/a J x α β

21 I/PSI TSI ATS Le système modélisé La liaison sol-ae de la BMW R1200GS La maquette numérique

22 n ison Liai Le système modélisé La liaison sol-ae de la BMW R1200GS Les sous-ensembles structurels de la maquette numériqueé Une maquette numérique qui donne une image fidèle du réel, car elle respecte : les dispositions constructives les procédés d élaboration des pièces elle est construite selon une démarche clairement identifiée. ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

23 Le système modélisé La liaison sol-ae de la BMW R1200GS La maquette numérique

24 Bâti g Le système modélisé L analyse préalable Châssis 9 Double cardan 8 (a m a b) g M m rr h a Ressortamortisseur 7 Roue ae 2 M m Bâti g Bras 4 Renvoi d angle 5 y masse m 0 Route 0 Jambe de réaction 6 x

25 Le système modélisé La visualisation des résultats Le Paralever 2 ème génération é é Le mouvement de pompage du cadre

26 Le système modélisé Le mouvement de pompage du cadre La visualisation des résultats Le Monolever

27 La suspension ae instrumentée d une moto BMW Le domaine du laboratoire

28 n ison Liai Le domaine du laboratoire La liaison sol-ae de la BMW R1200GS Mesure du déplacement piston/cylindre du combiné ressort-amortisseur Contrôle de la pression dans combiné ressort-amortisseur Mesure de la charge dans la jambe de réaction Double-cardan Fourche entrée bloquée Le principe du banc Mesure du déplacement du cadre ae de la moto par rapport au sol Mesure du moment du couple sur la fourche d entrée (double cardan non représenté) Réglage de l inclinaison du guide de roulement du galet de transfert de charge Simulation et mesure du poids de la partie ae de la moto Simulation et mesure de l action motrice tangentielle de la route sur la roue ae ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe Mesure de l action normale de la route sur la roue (transfert de charge + poids)

29 Le banc Combiné ressort-amortisseur oléopneumatique Jambe de réaction Bras oscillant Pont (renvoi d angle) Roue ae Le double-cardan à l intérieur du bras oscillant n apparaît pas sur cette photo! PTSSI/PT PCS La liaison sol-ae de la BMW R1200GS Grandes Classees Prépa aratoirees aux G Liaiison W n MW Le domaine du laboratoire

30 Le banc Simulation et mesure du poids de la partie ae d lla moto de t Simulation et mesure de l action motrice tangentielle de la route sur la roue ae PTSSI/PT PCS La liaison sol-ae de la BMW R1200GS Grandes Classees Prépa aratoirees aux G Liaiison W n MW Le domaine du laboratoire

31 Capteur de déplacement du coulisseau vertical Simulation et mesure du poids de la partie ae de la moto Capteur C t de d déplacement dé l t du coulisseau vertical Réglage de l inclinaison du guide de roulement du galet de transfert de charge Manomètre de ppression dans le combiné oléopneumatique Capteur de charge dans la jambe de réaction Capteur de couple sur le cardan d entrée Capteur C t de d charge h normale de la route sur la roue AR Capteur C t de d charge h tangentielle de la route sur la roue AR Simulation Si l ti dde l l action ti tangentielle motrice de la route sur la roue AR PTSSI/PT PCS La liaison sol-ae de la BMW R1200GS Grandes Classees Prépa aratoirees aux G W Liaiison n MW Le domaine du laboratoire

32 La polyvalence du banc Le banc autorise le passage du système paralever l au système tè monolever l ett l exploitation de la transmission secondaire par chaîne ou courroie PTSSI/PT PCS La liaison sol-ae Grandes Classees Prépa aratoirees aux G W Liaiison n MW Le domaine du laboratoire

33 La suspension ae instrumentée d une moto BMW L exploitation pédagogique

34 n ison Liai L exploitation pédagogique La liaison sol-ae de la BMW R1200GS PCSI 1-2 Centre d intérêt n 1 : ANALYSE ET MODELISATION DES SOLUTIONS Problématique : Transmettre le couple depuis la sortie de la boîte de vitesses jusqu à la roue. Activités : En présence de la suspension en configuration monolever, des documents techniques nécessaires et pour une phase d accélération constante de la moto : Identifier les constituants de la chaîne d énergie, les flux d énergie et les grandeurs physiques concernées ; Identifier les différentes fonctions qui participent à la fonction principale transmettre la puissance à la roue et les solutions techniques qui les réalisent ; Tracer et justifier le schéma d un modèle isostatique utile à une simulation mécanique en vue de déterminer le comportement du système ; Simuler le fonctionnement de la partie ae de la moto à partir d une maquette numérique. Conclusion : Production des résultats à l aide des outils de description fonctionnelle et structurelle. Graphe traduisant le comportement du monolever. PSI 7-3 Centre d intérêt n 7 : VERIFICATION DES PERFORMANCES Problématique : Montrer en phase d accélération l effet compensateur du à l architecture Paralever conformément au CdCF. Activités : En présence de la suspension en configuration Paralever et de sa maquette numérique, des documents techniques nécessaires et pour une phase d accélération constante de la moto : Acquérir des grandeurs en temps réel sur le banc d essai et de mesure ; Simuler le comportement de la liaison sol ae sur ordinateur ; Comparer et analyser les écarts au regard du CdCF. Conclusion : Recalage du modèle de simulation au regard des relevés de l expérimentation. Appréciation des performances du système Paralever. ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

35 n ison Liai L exploitation pédagogique La liaison sol-ae de la BMW R1200GS PTSI 7-3 Centre d intérêt n 7 : CHAINE DE SOLIDES OUVERTES ET FERMEES Problématique : Etudier le comportement de la suspension en configuration monolever lorsque la moto se déplace avec une accélération constante. Activités : En présence du banc : Mettre en œuvre la chaîne de mesure de la charge dans le combiné ressort-amortisseur ; Déduire des essais le comportement du monolever Elaborer un schéma afin de déterminer graphiquement le comportement du monolever. Construire à partir de la maquette numérique donnée un modèle isostatique en vue de simuler le comportement de la partie ae de la moto ; Comparer les résultats de la mesure, de la solution graphique et de la simulation. Conclusion : Production d un tableau comparatif des différents résultats, interprétation des écarts. PT 3-3 Centre d intérêt n 3 : RESISTANCE DES MATERIAUX Problématique : Valider les formes et le dimensionnement d une famille de jambe de réaction du système paralever. Activités : En présence du banc : Installer la liaison sol-ae paralever sur le banc ; Mettre en œuvre la chaîne de mesure de la charge dans la jambe de réaction pour un couple défini sur la fourche d entrée du cardan ; Comparer les résultats obtenus par la résistance des matériaux et ceux fournis par un logiciel d éléments finis ; Analyser et justifier les écarts. Conclusion : Production du tableau comparatif et analyse critique des résultats. ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

36 n ison Liai L exploitation pédagogique La liaison sol-ae de la BMW R1200GS TSI 1ère année Centre d intérêt : FONCTIONS DU PRODUIT : TRANSMETTRE L'ÉNERGIE Problématique : Transmettre le couple depuis la sortie de la boîte de vitesses jusqu à la roue. Activités : En présence de la suspension en configuration monolever, des documents techniques nécessaires et pour une phase d accélération constante de la moto : Identifier les constituants de la chaîne d énergie, les flux d énergie et les grandeurs physiques concernées ; Identifier les différentes fonctions qui participent à la fonction principale transmettre la puissance à la roue et les solutions techniques qui les réalisent ; Tracer et justifier le schéma d un modèle isostatique utile à une simulation mécanique en vue de déterminer le comportement du système ; Simuler le fonctionnement de la partie ae de la moto à partir d une maquette numérique. Conclusion : Production des résultats à l aide des outils de description fonctionnelle et structurelle. Graphe traduisant le comportement du monolever. TSI 2 ème année Centre d intérêt n 6 : REPRESENTATION DES PRODUITS Problématique : Concevoir le modèle numérique du carter moulé du pont. Activités : A partir du dessin 2D du pont (renvoi d angle) : Observer et relever sur un croquis les surfaces fonctionnelles de liaison du carter avec les pièces adjacentes ; Relever les dimensions intrinsèques de ces surfaces et celles définissant leur situation relative ; Associer les surfaces fonctionnelles aux fonctions techniques données par un FAST puis aux fonctions volumiques nécessaires à la construction de la maquette. A partir d une esquisse des surfaces fonctionnelles du carter : Définir i le carter dans une configuration pièce brute puis dans la configuration pièce usinée. Conclusion : Production de la maquette 3D du carter selon une démarche technologique ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

37 n ison Liai Des éléments de conclusion Un support industriel riche et contemporain pour enseigner La mécanique au service de la conception La modélisation fonction du point de vue et de la problématique. La simulation numérique bornée par une analyse préalable et une validation terminale. ATS TSI Grandes I/PSI es aux G aratoire es Prépa SI/PT PTS Classe

38 Bonne route! «Chacun doit suivre sa pente pourvu que ce soit en montant» André Gide