Ilot: 06 Système de freinage

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1 TP S.I.I. Cinématique Cycle 6 : Etude du comportement statique des systèmes mécaniques Lycée Ferdinand Buisson PTSI Cycle 6 : Etude du comportement statique des systèmes Compétences : A3, B2, C Ilot: 06 Système de freinage Activités Contenu Compétences 1 Analyse fonctionnelle et structurelle A3 2 Etude statique du système de freinage C Page 1/7

2 Etude statique des systèmes mécaniques Objectifs à atteindre Volume horaire du module en présentiel Résolution d un problème de statique avec frottement 2h30 Etre capable : de comprendre modéliser un système mécanique analyser fonctionnement d un système industriel d étudier le modèle de connaissance d équilibre de pédale analyser les écarts avec des mesures faites sur le modèle de comportement Compétences professionnelles visées Bases théoriques Cours statique des systèmes mécaniques / Densité surfacique d Activités pédagogiques TP Systèmes mis en œuvre Station de freinage Logiciels utilisés Solidworks Le thème de ce module repose sur le système Station freinage Page 2/7

3 A S S I S T A N C E D E F R E I N A G E Ce TP est à rédiger entièrement, en équipe. Objectifs du T.P. : Analyser le fonctionnement d un système industriel de freinage de véhicule. Etudier une schématisation. Analyser des résultats de mesures. Etudier l équilibre statique d'une pédale. FONCTION GLOBALE DU SYSTEME DE FREINAGE SUR UN VEHICULE Véhicule LA FONCTION FREINAGE FREINER UN VEHICULE SYSTEME DE FREINAGE Véhicule freiné Pour la sécurité des usagers la qualité du freinage d un véhicule automobile est un élément essentiel. Les constructeurs s emploient à rendre les systèmes de freinage de plus en plus performants en améliorant leur commande (diminution de l effort à exercer sur la pédale, temps de réponse ) et en augmentant leur puissance et leur endurance. Le freinage doit être en particulier progressif, puissant sans nuire à la stabilité et endurant. La progressivité des freins doit permettre des ralentissements et arrêts dans de bonnes conditions de confort lors d une utilisation courante. La puissance ou efficacité des freins est attendue en cas d urgence, afin d obtenir les distances d arrêt les plus courtes possibles. Arrêter un véhicule consistant à transformer son énergie cinétique en chaleur, les freins subissent un échauffement important, ce qui a pour conséquence de modifier leur efficacité. L endurance caractérisée par l évolution de cette efficacité lors de freinages soutenus et répétés, est fonction de l aptitude des freins à évacuer la chaleur. La stabilité, propriété du véhicule à suivre la trajectoire désirée, est fonction des écarts des efforts de freinage entre les roues gauches et droites d un même essieu d une part, et de la répartition des efforts de freinage entre essieu avant et essieu arrière d autre part. Figure 1 : Système de freinage sur un véhicule automobile Page 3/7

4 FONCTIONNEMENT GLOBAL DE L'ASSISTANCE Le système doit assister le conducteur dès le début de son action sur la pédale de frein et de façon croissante avec l effort appliqué. Cet effort d assistance est exercé par le servofrein (Mastervac), et s ajoute à l action du conducteur pour former l action effectivement transmise au maître-cylindre. La pression en sortie de ce dernier est transmise par des canalisations vers les freins. LA STATION D ASSISTANCE DE FREINAGE Cette station instrumentée est conçue non pour faire une étude énergétique du freinage qui mettrait en œuvre des puissances de plusieurs centaines de kilowatts (voir logiciel de simulation), mais pour étudier et mesurer les paramètres de fonctionnement de la commande du système de freinage. La station de freinage AFP est un ensemble constitué de différents éléments : Une partie mécanique. Une chaîne de mesure. Un logiciel de simulation. Cet ensemble permet l étude du système de freinage d une automobile et de sa commande. Elle place l utilisateur dans une situation comparable à celle existante sur un véhicule. Système de freinage A.F.P. La partie mécanique La partie mécanique est constituée des éléments réels du système de freinage montés sur des véhicules Renault Twingo (voir figure 1 page précédente): La commande mécanique constituée par la pédale de frein. Le module d assistance de type MASTERVAC associé au maître-cylindre. Un frein à tambour, monté sur les roues arrière du véhicule. Un frein à disque, qui équipe les roues avant. Le correcteur de charge (avant/arrière). Un ensemble de canalisations qui relient les différents éléments du système. Sur cette station de freinage aucun système antiblocage du type ABS n est présent. La chaîne de mesure La chaîne de mesure de la station de freinage est constituée : d un ensemble de cinq capteurs - Un capteur d effort installé entre la pédale et le servofrein (F). - Deux capteurs de pression pneumatique sur le servofrein (un pour chacune des deux chambres, P 1 et P 2 ). - Deux capteurs de pression hydraulique (un pour chaque frein, p av et p ar ). une chaîne d acquisition électronique qui recueille en 10 secondes 500 points de mesure par capteur (fréquence de mesure : 50 Hz) et les transmet par une liaison série à un micro-ordinateur de type PC ; un logiciel d acquisition, de visualisation, de traitement et d impression des résultats. Ces cinq capteurs ont été rajoutés sur la maquette. Ils ne sont pas présents sur le véhicule vendu par le constructeur. Page 4/7

5 06 Freinage Activité Contenu 1 Analyse fonctionnelle et structurelle Acteur Groupe Visualiser la "Présentation PTSI" (voir sur le bureau) puis remplir le tableau ci-dessous Sous système Pompe à vide Fonction réalisée Situation sur la voiture (Commentaire éventuel) Présente seulement sur les véhicules diesel, dans le compartiment moteur Pédalier Amplificateur de freinage (servo-frein) Maître cylindre Correcteur Avant/arrière Frein à disque Frein à tambour Capteur d'effort 4 capteurs de pression Rajouter, sur les liaisons du bdd (diagramme de définition de blocs de SYSML) donné en annexe, les grandeurs physiques suivantes : P av : avant. P ar : arrière. C fd : Couple frein à disque. C ft : Couple frein à tambour. D p : Dépression pneumatique. E fc : Effort de freinage du conducteur. E ft : Effort de freinage total = Effort de freinage du conducteur + effort d assistance. Retrouver sur la maquette les composants véhiculant certains de ces paramètres. Page 5/7

6 06 Freinage Activité Contenu 2 Etude statique du système de freinage Acteur Groupe Mesure n 1 : le servofrein n est pas actif (la pompe à vide ne fonctionne pas). Dispositif de réglage de charge de la pédale : masse de 5 kg sur la graduation 300 millimètres. Installer IMPERATIVEMENT les butées de chaque coté de la masse. Lancer le logiciel "Assistance de freinage" (voir sur le bureau) Pour faire une mesure cliquer sur INITIALISER puis sur le bouton DEPART MESURE sur la maquette. Un premier enregistrement de 10 secondes s'effectue. Fermer la fenêtre de mesure puis ouvrir la fenêtre "courbes et résultats" A l aide des courbes, relever les valeurs moyennes : De l effort F1 sur la pédale. De la pression P D1 dans le frein à disque. De la pression P T1 dans le frein à tambour. A l aide de la clé dynamométrique mesurer : Le couple de freinage CF1 disque sur un frein à disque. Le couple de freinage CF1 tamb sur un frein à tambour. Compléter les deux premières lignes du tableau ci-dessous. Mesure N 2 : activer l'assistance pneumatique (la pompe à vide fonctionne) et noter ce qui se passe pour la pédale. Laisser le dispositif de charge de la pédale dans la position précédente. Régler la "dépression" à 0,2 bars. Faire un deuxième enregistrement de 10 secondes. A l aide des courbes, relever les valeurs moyennes : De l effort F2 sur la pédale. De la pression P D2 dans le frein à disque. De la pression P T2 dans le frein à tambour. A l aide de la clé dynamométrique mesurer : Le couple de freinage CF2 disque sur un frein à disque. Le couple de freinage CF2 tamb sur un frein à tambour. Compléter la dernière ligne du tableau ci-dessous. Effort pédale F Unité Mesure 1 sans assistance Mesure 2 avec assistance mesure 2 mesure 1 P D P T Couple CF disque Couple CF tamb P D P T CF disque CF tamb Question 1 - Comparer les valeurs de pression dans le frein à disque et le frein à tambour pour chaque essai. Comparer les valeurs de couple dans le frein à disque et le frein à tambour pour chaque essai. Conclure. Question 2 - Comparer les valeurs de pression dans le frein à disque avec assistance et sans assistance. Comparer les valeurs de pression dans le frein à tambour avec assistance et sans assistance. Conclure sur l influence de l assistance. Question 3 -Comparer les valeurs de charge sur la pédale pour les deux essais. Expliquer le phénomène constaté. Un croquis est nécessaire. Page 6/7

7 Evolution des paramètres de sortie (pression et couple) en fonction de l effort sur la pédale Objectif : analyser l'influence de l'effort appliqué à la pédale sur l'efficacité du freinage Mesure N 3 : Ouvrir un nouveau fichier de mesures (après avoir sauvegardé la première série). Tous les essais de la partie 3 se feront dans la configuration suivante : le servofrein est actif (la pompe à vide fonctionne), la "dépression" est à 0,2 bars (pression usuelle sur un véhicule). Vous effectuerez 9 mesures en faisant évoluer la position de la masse (de 50 à 400mm) et la valeur de la masse (de 1 kg à 5 Kg) donc la charge de la pédale conformément aux valeurs imposées dans le tableau ci-dessous. A l aide des courbes, relever les valeurs moyennes : De l effort F2 sur la pédale. De la pression P D dans le frein à disque. De la pression P T dans le frein à tambour. A l aide de la clé dynamométrique mesurer, seulement pour les essais 1, 3, 5, 7 et 9 : Le couple de freinage CF disque sur un frein à disque. Le couple de freinage CF tamb sur un frein à tambour. Entre chaque mesure penser à décharger la pédale (voir le professeur) Valeur de la masse Position masse Effort pédale P D P T CF disque CF tamb Mesure 1 5 Kg 50 Mesure 2 5 Kg 100 Mesure 3 5 Kg 200 Mesure 4 5 Kg 300 Mesure 5 5 Kg 400 Mesure 6 2 Kg 50 Mesure 7 2 Kg 150 Mesure 8 2 Kg 250 Mesure 9 1 Kg 50 Question 4 :.dessiner les courbes suivantes, sur papier libre : Courbe 1 (en rouge) : Effort pédale en fonction de la position de la masse de 5 Kg (donc pour les mesures 1 à 5). Courbe 2 (en vert) : dans le frein à disque P D en fonction de l'effort pédale. Courbe 3 (en bleu) : dans le frein à tambour P T en fonction de l'effort pédale. Courbe 4 (en noir) pour le frein à disque : Couple de freinage CF disque en fonction de la pression P D. Analyser chacune de ces courbes : Rechercher et identifier les différentes zones. Justifier les allures de courbes, par zone. Page 7/7

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