ESTACA: La Formation Transports

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1 E S T A C A ESTACA: La Formation Transports Automobile, Aéronautique, Ferroviaire et Transports Guidés Ecole Supérieure des Techniques Aéronautiques et de Construction Automobile 1

2 Formation Michelin Technologie des Directions Thierry ANNEQUIN 2

3 Sommaire Vocabulaire des directions Fonctionnalités des systèmes de directions Technologies des systèmes de directions Assistance de direction Direction active 4 roues directrices Direction by wire Synthèse 3

4 Vocabulaire 4

5 Constituants d une direction 5

6 Constituants d une colonne de direction 6

7 Constituants d une crémaillère de direction (A assistance hydraulique sur cet exemple) 7

8 Fonctionnalités des systèmes de direction 8

9 Fonctionnalités des systèmes Filtrage Efforts Confort de direction Jeux Précision Système de direction Démultiplication Agrément de conduite Evitement Sécurité passive Sécurité active Pendulage Remontées sous choc Maintien de l airbag 9

10 Technologie des systèmes de direction 10

11 Technologie des systèmes de direction 11

12 Sortie linéaire principe Système «pignon / crémaillère» Volant R Colonne R Pignon R Crémaillère T Bielles T architecture Positionnement des biellettes Central Chape centrale * R : rotation T : translation En bout Chape en extrémité 12

13 Sortie linéaire Biellettes en bout (sur rotules axiales) a. Accrochage des biellettes de directions Exemple de montage 13

14 Sortie linéaire Biellettes au centre : chape centrale Direction à crémaillère avec sortie centrale Exemple de montage 14

15 Sortie linéaire Biellettes au centre : chape en extrémité Direction hydraulique à crémaillère avec sortie unilatérale 15

16 Assistance de direction 16

17 Intérêt de l assistance Fonction globale 17

18 Direction mécanique : Intérêt de l assistance W entrée = C volant x θ volant W sortie = C pivot x θ roue Si rendement = 1, alors W entrée = W sortie θ rou e Pas d amélioration possible (diminution du C volant ) autre que l évolution du rapport de démultiplication. Pour diminuer C volant sans augmenter la démultiplication, il faut une source d énergie. Principe de l assistance : Source d énergie spécifique 18

19 Architecture système (entrainement mécanique) Systèmes hydrauliques (pompe attelée) Applications : VU Grosses berlines, SUV, voitures low cost Variantes : Pompes à cylindrée variable 19

20 Architecture système (entrainement électrique) Systèmes hydrauliques (groupe électro-pompe) Applications : Petites berlines (Polo, Logan,..) Moyennes (308/C4, Laguna,..) Grosses (X6) 20

21 Architecture système (entrainement électrique) Systèmes hydrauliques (pompe pilotée) Applications : Encore rares Classe S 21

22 Architecture système (entrainement électrique) Applications : Petites berlines (Twingo, Clio, toutes les Fiat, Fiesta, ) Moyennes (Megane, ) Grandes (Avensis, Rav4,..) Systèmes sur colonne 22

23 Architecture système (entrainement électrique) Applications : Smart, 207 Systèmes simple pignon 23

24 Architecture système (entrainement électrique) Applications : Plate-forme Golf Ford Fusion Systèmes double pignon 24

25 Architecture système (entrainement électrique) Applications : BMW X1, serie 3 Prius, Infiniti Hybrid Systèmes double pignon 25

26 Architecture système (entrainement électrique) Systèmes électriques by wire 26

27 Assistance hydraulique 27

28 Généralités L architecture hydraulique concerne : La gestion de la puissance hydraulique (CF/CO) Le réseau de distribution Repère Désignation Crémaillère Valve Vérin Piston Carter Pompe Chape de liaison 1 28

29 Architecture hydraulique Technologie des distributeurs 29

30 Schéma fonctionnel Effort direct f Pignon Action volant α Capteur Distributeur Vérin Crémaillère α-α P.Q F F+f D Roues α Pignon 30

31 Architecture mécanique Valve rotative Distributeur hydraulique rotatif 1. Pignon 2. Roulement 3. Raccord hydraulique vers le vérin 4. Raccord hydraulique vers le vérin 5. Segment d étanchéité 6. Corps 7. Barre de torsion 8. Rotor 9. Raccord hydraulique de la canalisation haute pression 10. Raccord hydraulique vers le réservoir 31

32 Caractéristique fonctionnelle P P max C Loi de valve et situations de conduite B A C max C A : domaine de corrections de trajectoire à vitesse élevée B : domaine des virages sur routes C : domaine des manœuvres à l arrêt 32

33 Caractéristique fonctionnelle P B Loi de valve et typage véhicule A : typage «sport» B : typage «familial» A C 33

34 Assistance hydraulique Variable en fonction du régime moteur 34

35 Architecture hydraulique Direction assistée avec pompe attelée Q N pompe débit chutant en fonction de la variation du régime moteur modulation en fonction du régime moteur 35

36 Assistance hydraulique Variable en fonction de la vitesse Applications : Hauts de gamme (BMW, Mercedes, hauts de gamme C5 ou Laguna, ) 36

37 Architecture système Lois de valve = f(v) 37

38 Architecture système Modulation en fonction de la vitesse S E E : Boitier électronique P : Pompe R : Réservoir S : Tachymètre V : Valve de direction W : Module électro-hydraulique P R w V 38

39 Assistance hydraulique Technologies des pompes 39

40 Architecture système Pompe à palettes 40

41 Assistance hydraulique Technologies des vérins 41

42 Architecture système Implantation du vérin dans l axe 42

43 Architecture système Implantation du vérin en parallèle 43

44 Assistance électro-hydraulique 44

45 Architecture physique Ensemble électro-pompe Ensemble moteur+ecu Pompe hydraulique 45

46 Pilotage électro-pompe Principes de pilotage de l électro-pompe : Binaire simple [pilotage sur l intensité de courant] : état = veille (i.e. vitesse réduite) ou vitesse constante Binaire étendu [pilotage par capteur volant] : état = arrêt ou vitesse constante Variable [pilotage par capteur volant et capteur vitesse véhicule] : la vitesse est infiniment variable entre 0 et Vmax 46

47 Comparatif des types de pilotage Types de pilotage Binaire Simple Binaire Etendu Variable Coût réduit Avantages Assistance minimale même si défaillance pilotage Réduction de la consommation Réduction de la consommation Modulation d assistance à faible coût Inconvénients Gain de consommation limité Coût augmenté Pas d assistance si pilotage défaillant Coût augmenté Pas d assistance si pilotage défaillant 47

48 Assistance électrique 48

49 Architecture physique Liaison moteur électrique / colonne 49

50 Direction active 50

51 Principe Direction active (variation en continu de l'assistance et de la démultiplication de direction) 51

52 Principe Train épicycloïdal 52

53 4 roues directrices Laguna III, Infiniti G37 et FX, BMW série 7 53

54 Principe Direction arrière par actionneur électrique, commande couplée à la direction principale Gain en maniabilité basse vitesse par braquage des roues arrière en opposition des roues avant : Laguna : rayon de braquage diminué de 10% (10,80 m au lieu de 12,05 m) Gain en stabilité haute vitesse par braquage des roues arrière dans le sens des roues avant : Laguna : vitesse de passage en évitement + 15% Mode de défaillance : Verrouillage actionneur en position milieu ou quelconque 54

55 Architecture système 55

56 Architecture système 56

57 Direction by Wire 57

58 Direction by Wire Intérêts dûs à la suppression de la colonne de direction : Architecture véhicule (par ex, DAG / DAD) Crash frontal Eventail des prestations Masse Rend possible un autre moyen de contrôle que le volant (par ex joystick) Mais... Système horriblement complexe Sûreté de fonctionnement problématique 58

59 59

60 Direction by Wire 60

61 Synthèse 61

62 0,3 0,25 0,2 Consommations carburant Hydraulique -0,10 Electro-hydraulique Palettes Pistons 0,15 0,1 0,05 0-0,18-0,20 Electrique Pilotée C. fermée V cste 62

63 Comparatifs prestations Types d assistance Avantages Inconvénients Hydraulique Electrohydraulique Electrique Puissance élevée possible Possibilité d assistance variable Réduction de consommation Possibilité d assistance modulée Consommation optimisée Modulation d assistance Montage en ligne simplifiée (pas de canalisation) Compatible avec fonctions avancées (park assist,..) Consommation Entraînement par GMP (calage, moteur, encombrement, ) Coût augmenté Bruyance Modes de défaillance Bilan électrique Sensation de conduite Implantation parfois difficile (crash) 63

64 Synthèse L assistance électrique progresse, sur presque tous les segments maintenant. Majoritaire en Europe. Application sur petites voitures en Asie, berline haut de gamme au Japon en 42V. Développement fort récent aux USA. Les sensations volant des systèmes à assistance électrique sont maintenant de bon niveau. L assistance électro-hydraulique est une bonne «transition» notamment pour les segments moyens et supérieurs. Part de marché moyenne mais constante. L assistance hydraulique reste, à ce jour, une bonne solution pour le haut de gamme et la seule pour les véhicules lourds, en attendant une modification du réseau électrique véhicule (par exemple : tension augmentée). La pression sur la réduction de la consommation de carburant va influencer très fortement les choix techniques dans le futur 64

65 Formation Michelin Technologie des Directions Fin du module Merci de votre attention 65