Travaux Pratiques. :Direction assistée électrique Etude de la loi d assistance Temps alloué 2 heures A- MISE EN EVIDENCE DES PARAMETRES D'ASSISTANCE

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1 PSI* 24/01/14 Lycée P.Corneille tp_loi d_assistance_dae.doc Page 1/1 Travaux Pratiques. :Direction assistée électrique Etude de la loi d assistance Temps alloué 2 heures Vous disposez : De la direction assistée instrumentée (des capteurs ont été ajoutés pour l acquisition) D un ordinateur raccordé au système Du logiciel d acquisition D un Dossier Technique à la fin de ce sujet Objectifs : Pour des raisons de confort et d'ergonomie, l'assistance doit être maximale pour les manœuvres à très faible vitesse. Par contre lorsque la vitesse du véhicule croît, pour des raisons de sécurité, l'assistance doit décroître et même s'annuler à partir d'une certaine vitesse. On se propose dans ce TP de mettre en évidence et d'interpréter les lois d'assistance de la DAE puis de les comparer aux valeurs fournies par le cahier des charges du constructeur. A- MISE EN EVIDENCE DES PARAMETRES D'ASSISTANCE Identification des éléments de la direction Question 1 ; Visualisez et identifier sur les documents et (ou) la station les différents éléments de la direction assistée : ð le capteur de couple au volant; Visualiser la vidéo du principe de fonctionnement de ce capteur ; ð la barre de torsion sur l ensemble démonté ; ð le capteur de vitesse du véhicule; absent sur la station ; ð le calculateur; ð le motoréducteur et la colonne; ð la crémaillère. Question 2 : A partir des éléments du dossier ressource présentés ci-dessus préciser les deux paramètres importants qui conditionnent la commande du moteur, donc l assistance. Pourquoi malgré une structure avec rétroaction on ne peut pas parler d un système asservi pour cette direction assistée électrique DAE contrairement à la direction assistée hydraulique Diravi. B- ASSISTANCE Assistance en fonction du couple au volant Mesure N 1 : Le bouton de réglage de la vitesse du véhicule sera placé dans la position "V = 0 Km/h". ð Lancer le logiciel DAE qui permet d acquérir et de visualiser la mesure.

2 Page 2 ð Mettre le volant en butée de braquage à gauche (volant tourné dans le sens positif = sens trigo). ð Etablir la communication micro - station en validant successivement [Mesures], [Initialiser] Un message à l écran indique que la mesure est prête à démarrer. ð Appuyer sur le bouton Départ mesure du tableau de bord. Ceci a pour effet de lancer le chronomètre contrôlant la durée de mesure (10 s). Attention, le départ de la mesure n est effectif que lorsque le chronomètre se met à décompter. ð L acquisition est lancée alors que vous exercez un couple au volant positif contre la butée afin d avoir un courant d environ 25 A. Vous ferez décroître lentement le couple jusqu'à une valeur nulle pendant l acquisition. Pendant toute l acquisition la direction reste donc en buté. ð Lorsque l'importation des résultats est terminée fermer la fenêtre en cours. Question 3 : Tracer la courbe donnant l'intensité du courant moteur en fonction du couple au volant pour une vitesse nulle. Sur une sortie imprimante relever les valeurs caractéristiques de cette courbe. Question 4 : Analyser et interpréter cette courbe: ð pour quelle raison l'assistance n'est elle effective que pour un couple au volant différent de zéro? ð dans la zone médiane, à l'aide d'un adjectif, caractériser la loi d'assistance; ð donner une des raisons qui fait que pour ce moteur, l'intensité est limitée à 25 A. Assistance en fonction de la vitesse du véhicule Mesure N 2 : ð Etablir la communication micro - station en validant successivement [Mesures], [Initialiser] Un message à l écran indique que la mesure est prête à démarrer. ð Exercer un couple constant sur le volant (en butée gauche) à l aide de 2 masses marquées de 1kg suspendues au câble lié au volant). ð Appuyer sur le bouton Départ mesure du tableau de bord et faire varier la vitesse du véhicule en tournant le bouton correspondant de la valeur nulle à la valeur maxi.

3 Page 3 ð Lorsque l'importation des résultats est terminée, fermer la fenêtre en cours. Les résultats des mesures sont disponibles pour une exploitation par le logiciel. Remarque importante : après plusieurs mesures le moteur chauffe, l intensité d alimentation risque d être inférieure à la valeur maximale de 25A (protection thermique). Dans ce cas, couper l assistance en installant la valeur maxi de la vitesse du véhicule (potentiomètre du tableau de bord) et attendre que la température du moteur revienne à la température ambiante. Mesure N 3 : Effectuer une mesure dans les même conditions, mais en faisant décroître la vitesse du véhicule en tournant le bouton correspondant de la valeur maxi à la valeur nulle. Question 5 : Pour les 2 mesures précédentes : Tracer la courbe donnant l'intensité du courant moteur en fonction de la vitesse du véhicule. Réaliser une sortie imprimante. Les courbes sont-elles superposables? Comment nommer ce type de comportement? Pourquoi les seuils d augmentation et de diminution de l assistance sont-il choisis différents par le constructeur. Assistance en fonction du couple au volant et de la vitesse du véhicule Mesures N 4 Effectuer 9 mesures successives pour des vitesses de 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 et 80 Km/h dans des conditions identiques à celle de la mesure N 1 (Intensité du moteur en fonction du couple au volant). Question 6 : Sortir sur imprimante cet ensemble de courbes. Comparer les résultats obtenus avec ceux figurant dans le cahier des charges. Le constructeur précise que les valeurs de couple au volant peuvent s écarter de 15 à 20 % des valeurs théoriques (compte tenu du frottement dans la colonne, des imprécisions du calculateur et de la mesure de couple,...). Conclure.

4 Page 4 DOCUMENTATIONS ANNEXES 1-PRESENTATION DE LA DAE 2-DIRECTION ASSISTEE ET SYSTEME DE DIRECTION 3-CAHIER DES CHARGES 4-LOIS D ASSISTANCE 5-CARACTERISTIQUES MECANIQUES 6-CARACTERISTIQUES DU SYSTEME DE DIRECTION 7-DIAGRAMME FAST DU SYSTEME DAE 8- DOCUMENT 1 : Implantation des composants 9- DOCUMENT 2 : Chaîne d information TP n 4 4/4 tp_loi d_assistance_dae.doc

5 Page 5 1-Présentation de la DAE Le mécanisme de direction assistée électrique de TWINGO est décrit par le schéma document 1. Celui-ci représente l implantation sur le véhicule des différents constituants. La fonction globale est : "orienter les roues du véhicule". Le diagramme FAST présenté partiellement ci-dessous permet de préciser les fonctions de ce système. L ensemble de celui-ci se trouve en annexe en fin de TP. Fonctions ORIENTER LES ROUES Pourquoi? Comment? Solutions techniques DAEV Adapter l'énergie Transformer le mouvement Adapter l'effort Volant, Colonne + Pignon, Crémaillère, Biellettes, Pivots de roue Assister la manoeuvre Dans cette étude nous allons nous intéresser à la fonction «Assister la manoeuvre» Caractéristiques L assistance est réalisée par l intermédiaire du moto réducteur : ð en fonction du couple au volant: Le système doit assister le conducteur dès la mise en rotation du volant. Un capteur informe le calculateur de l intensité du couple exercé sur le volant. Le moto réducteur est alors commandé en fonction du couple exercé par l utilisateur. ð en fonction de la vitesse du vøhicule : Fonction étudiée Une assistance élevée offre un confort de manoeuvre à l arrêt ou à faible vitesse. Elle n est plus nécessaire à haute vitesse car les braquages sont réduits et également pour des raisons de précision et de sécurité de conduite. A partir du seuil de vitesse (environ 74 km/h) où le confort de la direction traditionnelle est suffisant, le moteur électrique n est plus alimenté. Il est alors désaccouplé mécaniquement de la colonne grâce à l embrayage électromagnétique. Le calculateur, à partir des informations couple au volant et vitesse du véhicule, assurera une assistance variable en commandant le moto réducteur. Fonctionnement Le système doit assister le conducteur dès la mise en rotation du volant. Le couple d assistance, fourni par le moto réducteur, s ajoutera au couple exercé par le conducteur pour former le couple effectivement transmis par la colonne de direction à la crémaillère, puis aux roues. TP n 4 5/5 tp_loi d_assistance_dae.doc

6 Page 6 Volant C vol C col Colonne et pignon Crémaillère Système de direction Roues Moteur Réducteur C mot C = col C vol + C mot Figure 1 Lorsqu un couple est exercé sur le volant, celui-ci est transmis mécaniquement à la crémaillère. L'information électrique correspondante est communiquée au calculateur par l intermédiaire d un capteur. Le calculateur détermine alors l'intensité du courant à fournir au moteur électrique en fonction du couple au volant et de la vitesse du véhicule. Système de direction Biellette Direction assistée Pivot de roue Roue Crémaillére Colonne Régime Moteur Moteur Calculateur Barre de torsion Capteur de couple Capteur de Vitesse Volant Figure 2 : Direction assistée et Système de direction Prise diagnostique La rotation de la colonne (et donc le pivotement des roues), due à l effet conjugué du conducteur et du moteur, est aussi prise en compte par le capteur de couple au volant (ou de déformation de la barre de torsion montée en série sur la colonne), assurant ainsi un retour de l information. Le système est un système bouclé et les schémas suivants permettent de préciser sa structure. Structure globale (figure 3) A une rotation du volant correspond un pivotement des roues en sortie de l'ensemble Direction Assistée Electrique et éléments de commande des roues (biellettes et pivots de roues) appelé ici : Système de direction. Une autre entrée correspond à la valeur de la vitesse du véhicule, l assistance étant fonction de ce paramètre. a volant V véhicule DAE et système de direction a roues Figure 3 TP n 4 6/6 tp_loi d_assistance_dae.doc

7 Page 7 2-Direction assistée et Système de direction La représentation de la figure 4 permet de distinguer le Système de direction de la Direction Assistée Electrique. La grandeur de sortie de cette dernière correspond au déplacement de la crémaillère de direction. a volant V véhicule DAE l crémaillère Système de direction a roues Figure 4 Direction Assistée Electrique : mise en évidence de la rétroaction Le schéma bloc de la figure 5 permet de mettre en évidence la structure bouclée de la direction : comparateur, chaîne d action et chaîne de retour. Une rotation du volant provoque la déformation de la barre de torsion. Le calculateur utilise cette valeur ainsi que la vitesse du véhicule pour commander le moteur électrique. Celui-ci agit sur la colonne par l intermédiaire du réducteur et ce en fonction de l écart entre angle au volant et angle de colonne. En effet, le capteur compare ces deux angles et le moteur n est plus alimenté lorsque cet écart est nul. Vitesse du véhicule a volant e Capteur U capteur Calculateur U moteur Moteur a moteur Réducteur et colonne a colonne Crémaillère l crémaillère a colonne Figure 5 TP n 4 7/7 tp_loi d_assistance_dae.doc

8 3-CAHIER DES CHARGES Caractéristiques électriques Tension nominale moteur courant continu 12 V Tension d utilisation V Courant nominal moteur 25 A Couple nominal moteur 0.81 Nm à 1450 t/mn Coefficient de couple Nm/A Coefficient de vitesse V/rad/s Résistance moteur Ω à 20 Inductance moteur Fréquence de commande moteur Fréquence de commande embrayage 0.7 mh à 120 Hz 18.5 ± 1.5 KHz 1 KHz Résistance de la bobine d embrayage 14.7 ± 1 Ω à 20 Couple embrayage 1.08 Nm mini Capteur de couple Sans contact; 0 à 7 Nm ; 8 V; -30 à 80 Température de fonctionnement -30 à 80 Protection thermique moteur -1,5 A par 20 s 4-LOIS D ASSISTANCE Intensité Moteur (A) 25 0 km/h 5 km/h Vitesse du Véhicule 70 km/h 6.86 Couple au volant (Nm) Courbes donnant l intensité du courant moteur en fonction du couple au volant pour différentes vitesses du véhicule (voir Document 5 du Dossier Technique). TP n 4 8/8 tp_loi d_assistance_dae.doc

9 5-Caractéristiques mécaniques Rotation volant ± 707 Angle maxi pivotement roue gauche -39 à +30 Angle maxi pivotement roue droite -30 à +39 Déplacement maxi crémaillère 130 mm Diamètre de braquage entre trottoir/mur 9.65/10 m Couple maxi au volant 9 Nm Réducteur roue et vis R=1/23, m=1.5, α=14 30, Z=2, β=20 Rendement réducteur 0.80 mini Embrayage électromagnétique Monodisque - Couple 1,08 Nm mini Seuils déclenchement assistance 74 km/h et 68 Km/h Rotation barre de torsion 8 maxi Raideur barre de torsion 2.9 Nm / 6-Caractéristiques du système de direction D C B B' C' D' BB' = 604 mm BC = B'C' = 356 mm DD' = 1344 mm CD = C'D' = 120 mm Distance de la droite (D,D') à l'axe de crémaillère: 152 mm Empattement : 2347 mm TP n 4 9/9 tp_loi d_assistance_dae.doc

10 7-DIAGRAMME FAST DU SYSTEME DAE Fonctions ORIENTER LES ROUES Pourquoi? Comment? Solutions techniques Retenues F1 - Adapter l'énergie F11 - Transformer le mouvement Volant, Colonne + Pignon, F12 - Adapter l'effort Crémaillère, Biellettes, Pivots de roue F2 - Assister la manœuvre F21 Donner une image (Da) du couple exercé par le conducteur Barre de torsion F22 - Mesurer (Da) ou couple associé C = kda Capteur de rotation / couple F23 - Mesurer vitesse véhicule V Capteur de vitesse F24 - Traiter Da et V F25 - Gérer énergie électrique Calculateur F26 - Commander moteur F27 - Transformer énergie Moteur électrique F28 - Adapter énergie Réducteur F29 - Assurer sécurité F291 - Désaccoupler moto-réducteur Embrayage F292 - Limiter échauffement du moteur Calculateur F3 - Autoriser le fonctionnement F31 - Mesurer régime moteur véhicule Calculateur d injection F4 - Alimenter en énergie électrique Batterie TP n 4 10/10 tp_loi d_assistance_dae.doc

11 8- DOCUMENT 1 : Implantation des composants I III V VI VII Moto-réducteur Calculateur d injection Capteur de vitesse Calculateur DAE Capteur de couple TP n 4 11/11 tp_loi d_assistance_dae.doc

12 9- DOCUMENT 2 : Chaîne d information TP n 4 12/12 tp_loi d_assistance_dae.doc

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