Travaux pratiques ETUDE DU RAPPEL DU VOLANT

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1 PSI* Lycée P. Corneille TP régulateur centrifuge.docx 23/09/16 Travaux pratiques ETUDE DU RAPPEL DU VOLANT Objectifs : La direction assistée et constitué d un asservissement et d un système de rappel du volant en position neutre. Couple volant Vitesse véhicule Système à came + régulateur centrifuge volant Asservissement en position crémaillère biellettes de direction roue DIRAVI Pour un confort accru de conduite, le durcissement de la direction assistée (donc le couple du rappel au volant) doit augmenter avec l angle de braquage et, par sécurité, avec la vitesse du véhicule. Système à came et poussoir La rotation de l arbre d un moteur électrique simule le déplacement du véhicule sur le système instrumenté Régulateur centrifuge

2 Page 2 On se propose dans ce TP d analyser le fonctionnement et de valider les performances du système réalisant la fonction «rappeler le volant en position neutre». Matériel : le système complet instrumenté et le logiciel associé le sous-système bloc de commande et régulateur la came démontée un dossier ressource en fin de classeur 1) Identification des constituants intervenants dans la fonction étudiée Le SADT ci-dessous met en évidence les constituants principaux de la direction assistée. Vitesse véhicule Transformer le signal Energie hydraulique Stocker l énergie Couple au volant Régulateur Rappeler le volant Came-poussoir Angle du volant Adapter et Comparer Translation crémaillère Translation tiroir Distribuer l énergie Débit Q Transformer l énergie Translation crémaillère La fonction étudiée et réalisée par deux systèmes : un dispositif CAME POUSSOIR qui crée le couple de rappel au niveau du volant un REGULATEUR CENTRIFUGE qui fournit au système précédent une pression qui dépend de la vitesse du véhicule. Q1) Identifier sur le système en fonctionnement le régulateur centrifuge et le système came poussoir. Q2) Sur le système instrumenté, c est un moteur électrique qui simule la vitesse d avancé du véhicule A votre avis pour le système réel : sur quel organe de la transmission se fait la prise de vitesse du véhicule (vilebrequin, arbre d entré de boite la boite de vitesses, arbre de sortie de la boite de vitesses) sous quelle forme (mécanique, électrique, hydraulique ) est transportée l information «vitesse» par quel moyen est transporté cette information jusqu au régulateur Q3) Identifiez sur le système en fonctionnement la nature de la «connexion» entre le régulateur et le mécanisme came poussoir.

3 Page 3 2) Fonction «créer un couple résistant» La manœuvre du volant par le conducteur impose la rotation de la came (C). La came doit contrer l effort créé par le piston (P) soumis à la pression pr qui provient du régulateur. L'effort à exercer par le conducteur est directement fonction de la valeur de cette pression, donc de la vitesse du véhicule. Came (C) Galet (G) Piston (P) Ressort (R) Chemise (H) C1 C2 C3 Corps (O) Trou calibré (K) Clapet à bille B Orifice d'alimentation (L) ARRIVEE REGULATEUR Pression Pr Figure 2: schéma de principe du mécanisme de rappel à came Q4) Faire un schéma du système came-galet-piston dans une position quelconque et expliquez, en représentant les actions mécaniques, comment est créé le couple résistant. Quelles sont les grandeurs géométriques qui lient le couple de rappel au volant Cv à la pression Pr? Q5) Justifiez le rôle du réducteur entre le volant et la came. Q6) Manipulation et mesures Régler la tension d alimentation du moteur du régulateur sur 9V. A l aide du logiciel d acquisition, tracer le couple volant Cv en fonction de l angle volant v. On donne la relation entre la fréquence de rotation du régulateur (que vous pouvez mesurer avec un tachymètre optique) et la vitesse du véhicule : N regul (t/mn) = V véhic (km/h). Comparer la courbe obtenue à celle donnée par le constructeur. Conclure. Tracer maintenant le couple Cv en fonction de la pression de régulateur. A-t-on linéarité entre ces 2 grandeurs comme cela a du être montré à la question 4?

4 Page 4 3) Fonction «prendre en compte la vitesse du véhicule» Le dessin du régulateur du dossier ressource permet de mettre en évidence le fonctionnement du régulateur. Sous l effet de la rotation de l arbre d entrée, les masselottes grâce aux effets dynamiques, bascules et entrainent en translation la bague d appui du ressort. L action du ressort provoque le basculement du levier et la translation du tiroir du distributeur. Le principe de fonctionnement du régulateur est basé sur le laminage du fluide hydraulique véhiculé par la pompe à une pression comprise environ entre 14,5 et 17,5 MPa. De ce fait, la position du tiroir varie légèrement entre la communication avec la haute pression (augmentation de la pression) ou avec le réservoir (réduction de la pression). Ainsi une variation de la vitesse du véhicule provoque une modification de la pression Pr correspondante. Q7) Manipulation et mesures Bloquer le volant à 360 par exemple et procéder à plusieurs mesures de Cv en faisant varier pour chacune la vitesse de rotation du régulateur en jouant sur la tension d alimentation du moteur. A l aide d un tableur, tracer la courbe donnant le couple Cv en fonction de la vitesse du régulateur. Commenter la. Justifiez des similitudes avec la courbe donnée par le constructeur en annexe Pr=Pr( r). Conclure. Q8) Simulation Ouvrir l assemblage «régulateur_simplif.sldasm» avec SolidWorks 2005 (dossier document elèves/psi_star/diravi_fichiers_sw). Un modèle mécanique a été créé avec le module MotionWorks. Tracé des courbes

5 Page 5 Dans cette simulation, l arbre d entrée est animé d un mouvement de rotation à vitesse constante ( équivalent à une vitesse de 100km.h -1 ). L action mécanique du ressort est créé par la «liaison force» et comprend également un amortissement visqueux de 0.1N.mm -1.s Lancer la simulation et tracer l évolution de l effort dans le ressort. De l effort du ressort en régime établi va dépendre la pression Pr. Cet effort dépend-t-il de la valeur de l amortissement introduit dans le modèle? Justifier. Préciser pourquoi les courbes obtenues présentent l allure de courbes de réponse d un système du second ordre à un échelon ; quel est cet échelon? Retrouver la valeur de Pr qui correspond à l effort développé par le ressort. Cette valeur est-elle cohérente avec la valeur constructeur.

6 Page 6 Dossier ressource Couple volant fonction de l angle au volant pour différentes vitesses Pression du régulateur Pr en fonction de la vitesse du véhicule Notice d utilisation du logiciel d acquisition Principe du régulateur

7 0,0 39,3 78,7 118,0 157,3 196,7 236,0 275,3 314,7 354,0 393,3 432,7 472,0 511,3 550,7 590,0 629,3 668,7 708,0 Couple au volant (Nm) Page 7 16 Couple au volant en fonction de l'angle au volant pour différentes vitesses du véhicule km/h 100 km/h 50 km/h 0 km/h Angle au volant (degré)

8 Page 8 Angle volant (degré)t Couple volant (Nm) Couple volant (Nm) Couple volant (Nm) Couple volant (Nm) vitesse 0 km/h 50 km/h 100 km/h 170 km/h 0, ,667 1,261 3,127 5,044 5, ,000 1,497 3,712 5,987 6, ,333 1,694 4,201 6,777 7, ,667 1,867 4,630 7,467 8, ,000 2,022 5,015 8,089 9, ,333 2,164 5,368 8,658 9, ,667 2,297 5,696 9,186 10, ,000 2,420 6,003 9,682 11, ,333 2,537 6,293 10,149 11, ,667 2,648 6,567 10,592 12, ,000 2,754 6,831 11,018 12, ,333 2,856 7,083 11,425 13, ,667 2,954 7,326 11,816 13, ,000 3,048 7,559 12,192 14, ,333 3,139 7,785 12,557 14, ,667 3,228 8,004 12,910 14, ,000 3,313 8,217 13,253 15,241

9 Pression (bar) Page 9 Pression du régulateur en fonction de la vitesse du véhicule Constructeur Vitesse du véhicule (km/h)

10 Page 10 Vitesse véhicule. Pression Constructeur (km/h) (+- 5 bars) 0,000 25,000 10,000 28,000 20,000 33,000 30,000 41,000 40,000 50,000 50,000 62,000 60,000 72,000 70,000 80,000 80,000 88,000 90,000 94, , , , , , , , , , , , , , , , ,000 Rappel : 10bar = 1Mpa

11 Notice d utilisation du logiciel d acquisition Ouvrir le logiciel d acquisition Selectionner Mesure Initialiser la mesure Sur l écran de la station Après appui sur départ ou une action sur le volant A la fin de l acquisition l écran affiche : ACQUISITION pendant 10s Attendrez la fin du message «CALCULS EN COURS» pour importer les résultats et tracez la courbe de la rotation du volant et du déplacement du tiroir en fonction du temps.

12 Principe du régulateur 5 6 D C 3' H (R) 7 E A' B' I 4 B A G (r) J 1 1

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