PPE : La voiture Raptor

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1 PPE : La voiture Raptor Dossier rédigé par : BEERNAERT Maxime CAURE Charly DELERUE Tristan 1

2 Voiture Raptor Traxxas F150 SVT 2

3 I/ Sommaire I/ Présentation de l existant : 1) Caractéristique de la voiture 2) Constituants de la voiture II/ Recherches documentaires : 1) Vitesse et coefficient d adhérence 2) Mesure d énergie et pente maximale 3) Accélération et autonomie III/ Conception préliminaire : 1) Choix d une solution technologique 2) Paramètres influents de la simulation 3) Limites de la simulation IV/ Simulations mathlab : 1) Simulation vitesse et coefficient d adhérence 2) Simulation mesure d énergie et pente maximale 3) Simulation accélération et autonomie V/ Conception de protocoles expérimentaux : 1) Protocole expérimentale afin de mesurer la vitesse 2) Protocole expérimentale afin de mesure la pente maximale 3) Protocole expérimentale afin de mesurer l accélération 4) Protocole expérimentale afin de mesurer l énergie 5) Protocole expérimentale afin de mesurer l autonomie 6) Protocole expérimentale afin de mesurer le coefficient d adhérence. 3

4 I/ Présentation de l existant Les principales caractéristiques de la voiture Raptor F150-SVT sont les suivantes : Longueur du véhicule : 568 mm Largeur du capot : 296 mm Hauteur : 207 mm Diamètre des roues (avec les pneus) : 76 mm Différence entre les deux roues : 33 cm Hauteur du châssis : 9 cm La voiture Raptor F150-SVT est une voiture tout terrain et téléguidée à haute performances, principalement utilisé lors de courses extérieures. Elle a été conçue en sorte de pouvoir rouler sur tout type de terrain même terrain mouillé et aussi afin d'atteindre une très grande vitesse. Les principaux composants de la voiture Raptor F150-SVT sont les suivants : contrôleur de vitesse système radio (manette) batterie pour assurer toutes les performances de la voiture connecteur hautes intensités qui sont reliés à la commande de vitesse puissant moteur système waterproof étanche système de sécurité pour la saleté, l'eau, la chaleur et les collisions châssis batterie réglable (avant ou arrière) carrosserie robuste à tout terrain et toutes situations des roues de bonnes qualités et utilisable sur tout terrain 4

5 II/ Recherches documentaires 1) Vitesse et coefficient d adhérence Différents formules pour calculer la vitesse : Vitesse linéaire 26%2F2_Grandeurs_composees_et_homogeneite_des_formules.html&h=313&w=650&tbnid=RctjVk7Y3XG0NM%3A&zoom=1&q=formule%20vitesse&docid=XxyJtOrBJp4b9M&ei=o57LV KyfB4G2UL6ugLAJ&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=344&page=1&start=0&ndsp=18&ved=0CCIQrQMwAA Eg 5

6 Vitesse de rotation (rad/s) Fcinmatique-du-solide%2Fmvt-derotation1%2F&h=417&w=588&tbnid=_ORYb2YHV5KUHM%3A&zoom=1&q=vitesse%20de%20rotation&docid=PNIm_Uc0_leiTM&ei=BqvLVOfRNdDvas3hgKgK&tbm=isch&iact=rc&uact=3 &dur=176&page=1&start=0&ndsp=41&ved=0ccmqrqmwaq Mouvement circulaire uniformément accéléré (M.C.U.A) 6

7 L adhérence : Adhérence : Liaison d'un véhicule avec son chemin de roulement. Adhésion : Phénomène physique chimique créant l adhérence Il est demandé au freinage : D'être constant D'être progressif D'avoir un temps de réponse court D'avoir un effort de commande réduit De ne pas influencer la tenue de routes D'être fiable De ne pas nécessiter beaucoup d'entretien Une perte d'adhérence entraîne: Une diminution de l'efficacité du freinage. Un guidage difficile du véhicule Une usure irrégulière et rapide des pneumatiques. Plus l'adhérence est grande, plus la distance d'arrêt est courte. L adhérence prend en compte trois critères : -Le poids du véhicule -La gomme des pneus (L indentation qui va faire en sorte que les pneus se déforment bien au contact du revêtement routier et éviter de faire glisser la voiture) -L adhésion du véhicule (c est à dire le contact entre la roue et la route, leur attirance) En termes de liaison au sol, on distingue la résistance au roulement (la roue tourne librement avec une valeur de glissement nulle), l adhérence de roulement (la roue tourne avec une faible valeur de glissement, comprise entre 5 et 20 %) et l adhérence de glissement (la roue tourne avec une valeur de glissement supérieure à 20 %, une valeur de 100 % signifiant que la roue cesse de tourner et glisse sur la chaussée). Le coefficient d adhérence se définit comme le rapport entre deux forces : la force de freinage (ou de guidage) et le poids de la voiture. Par conséquent, il suffit de connaître la décélération de la voiture (ou son accélération transversale) pour calculer le coefficient d adhérence, la valeur obtenue est sans dimension. 7

8 - dans le cas du freinage, la décélération s obtient en combinant la vitesse initiale et la distance de freinage: Les formules : La distance d arrêt est fonction : De la vitesse du véhicule. Du coefficient de frottement De la décélération possible La distance d'arrêt est égale à la distance parcourue pendant le temps de réflexe, ajoutée à la distance de freinage. La distance d'arrêt théorique peut être calculée à l'aide de la formule suivante : Vitesse initiale (km/h) Distance de freinage (m) La diminution de la fréquence de rotation de la roue entraîne une décélération du véhicule (si les roues tournent sans glissement sur le sol) Lien : 8

9 III/ Conception préliminaire Choix d une solution technologique Cahier des charges Bête à corne 9

10 Paramètres influents sur les simulations Vitesse Précision des mesures Qualité du logiciel Distance (Mètre,Craie) Accélération Adhérence Pente Autonomie Mesure d énergie Précision des mesures Qualité du logiciel Précision des mesures Qualité du logiciel Revêtement Précision des mesures Qualité du logiciel Précision des mesures Qualité du logiciel Précision des mesures Qualité du logiciel Poids Poids Poids Poids Poids Poids Taille roues Taille roues Détermination des limites Vitesse Accélération Adhérence Pente Autonomie Mesure d énergie imites du véhicule Limites du véhicule Roue+nombre de revêtement 10% (5,7 ) Limite batterie + télécommande 10

11 Simulations Matlab Coefficient d adhérence : 11

12 Vitesse et accélération : 12

13 Conception de protocoles expérimentales Protocole afin de mesurer la vitesse : Matériel utilisé :Voiture Raptor F150 SVT Poser le véhicule radiocommandé Raptor F150 SVT sur le sol. Installer la caméra sur une distance assez éloignés de la course Démarrez la voiture Raptor F150 SVT et grâce à la télécommande de la voiture démarrez celle-ci à la vitesse maximum. Enregistrer la trajectoire de la voiture Raptor F150 SVT du point A au point B. Ouvrir le fichier vidéo de la course de la voiture sur l application Atelier Physique. Etalonnez la vidéo grâce à deux axes Ox et Oy. Sélectionnez l onglet «cadre de travail» et à partir du bord inférieur droit du cadre vert, définissez le cadre de travail correspondant à la partie utile de la vidéo. Sélectionnez l onglet «Paramétrage».Il s agit de repérer l objet sur lequel on souhaite faire l analyse vidéo. Positionnez la souris sur la voiture et faire clic gauche. Lancez le traitement automatique. Sélectionnez l onglet «graphique» en dessous de la vidéo. 13

14 Protocole expérimental permettant de mesurer le coefficient d adhérence de la voiture Matériel utilisé : Voiture Raptor F150 SVT, différents revêtements, tachymètre (ou Myrio) Poser le véhicule Raptor F150 SVT sur le sol. Faire une piste de 25 mètres environ ou l on pourra modifier le revêtement à de multiples reprises. Faire rouler la voiture sur le revêtement à la vitesse maximale, et mesurer la vitesse de la voiture grâce à un tachymètre ou bien avec la carte Myrio. Changer le revêtement et répéter l expérience avec un total de 3 ou 4 revêtements différents. Après avoir récupéré toutes les vitesses, les comparer et classer les types de revêtement en fonction de l adhérence. En s aidant des calculs de coefficient, déterminer le coefficient d adhérence. Répertorier ces valeurs dans un tableau. Tester sur : -Salle de sport -Pelouse -Bitume 14

15 Conception de protocole expérimentaux La vitesse : Nous avons fait rouler la voiture Raptor F150 SVT en ligne droite sur une trentaine de mètres. Pendant que l une des personnes du groupe manœuvrait la voiture, une autre filmait la course de celle-ci grâce à une caméra. Après avoir obtenu la vidéo, nous l avons transformé en fichier avi afin de pouvoir l utiliser sur Avimeca. Après avoir mis la vidéo dans le logiciel Avimeca,, nous nous sommes servis d une boite dont nous avons relevé les dimensions sur le trajet de la course de la voiture Raptor F150 SVT afin de l étalonner précisément. Après l étalonnage nous avons relevé la vitesse à pleine capacité de la voiture Raptor F150 SVT grâce au logiciel Regressi. 15

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17 Calcul de la fonction représentant la vitesse : On remarque que la fonction est une droite (qui doit passer par l origine), nous avons commencé par étalonner la vidéo à partir du temps t = 1,2 seconde. On obtient donc une fonction linéaire (normalement affine). On ne tiendra pas compte de l ordonné à l origine qui doit être 0. = On prend le premier point A (1,16 ; 0,36) et le dernier point B (2,96 ; 19,1) de la droite pour calculer notre coefficient directeur. Application numérique :,,,, =, / soit (37,41 km/h) Le fabriquant nous certifie que la voiture Raptor F150-SVT roule a 48,28 km/h. Cet écart de vitesse de 10,87 km/h peut provenir de la batterie, le vent, différents facteurs extérieurs ou bien alors le fabriquant surestime les capacités de la voiture Raptor F150-SVT. 17

18 Calcul de la vitesse de rotation des roues : Diamètre de la roue=r1=76mm Diamètre du support de la roue=r2=18.5mm Grâce au tachymètre nous avons relevé la vitesse du support de la roue à 4500 tr/min. = = x = tr/min Roue menante / Roue menée Soit ѡ =. = rad/s 18

19 Conception de protocole expérimentaux L adhérence Nous avons réalisé trois courses avec la voiture Raptor sur trois types de sol différent : -La pelouse -Un sol avec des pavés -Un sol avec des cailloux Comme pour la vitesse de la voiture, nous avons utilisé le logiciel Aviméca afin de déterminer la vitesse du véhicule en fonction du sol afin d utiliser cette valeur par la suite pour de futur calcul. 19

20 D après les valeurs relevées sur le graphique, nous pouvons calculer la vitesse du véhicule et nous obtenons une vitesse de 9.8 m/s soit km/h. Application de la formule du calcul du coefficient d adhérence 20

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