Voiture radiocommandée

Etude de la transmission

Dans cette partie, vous allez découvrir la chaine de transmission du véhicule T2M Pirate qui permet de transmettre les mouvements du moteur aux roues, vous serez amené à déterminer la fréquence de rotation des roues et en déduire la vitesse théorique du véhicule à partir de la fréquence de rotation du moteur.

1 - La chaîne d'énergie

= 40 min

En ressources, la voiture radiocommandée est modélisée grâce aux diagrammes SysML.

La chaîne d'information se limite à la télécommande et au récepteur radio, la chaîne d'énergie est constituée de quatre éléments faciles à identifier.

Question 1.1 - Sur le DR1, indiquer les noms et les fonctions des éléments de ces deux chaînes.

Sur le diagramme FAST du véhicule en ressources, on peut constater que la transmission est en fait décomposée en plusieurs éléments avec des fonctions différentes. Nous allons détailler le bloc transmission de la chaîne et voir ce qu'il y a à l'intérieur.

Diagramme de bloc de la transmission détaillé :

La propulsion est assurée par une transmission de type Quatre Roues Motrices.

Dans les trains avant et arrière sont disposés des différentiels à pignons satellites coniques, la transmission entre trains avant et arrière est assurée par l'arbre de transmission, aux extrémités duquel sont disposées des roues dentées coniques.

La transmission entre différentiels et roues motrices se fait par l'intermédiaire d'un joint d'accouplement permettant d'obtenir une certaine mobilité angulaire entre éléments de transmission pour permettre la suspension et la direction du modèle réduit.

L'étude détaillée du différentiel n'est pas l'objet de cette étude.

La fréquence de rotation du moteur

Le moteur brushless avec lequel la voiture Pirate est équipée est donné avec une caractéristique de 2230 tr/min/V. C'est-à-dire que sa fréquence de rotation N en tr/min sera proportionnelle à la tension d'alimentation.

On peut considérer que le moteur est alimenté au maximum sous une tension égale à la tension nominale de la batterie.

Question 1.2 - Relever cette valeur sur la batterie de la maquette (en salle P401) et en déduire, par le calcul, la fréquence de rotation attendue du moteur.

La vitesse du véhicule

Nous connaissons maintenant la fréquence de rotation du moteur, la chaîne de transmission du moteur aux roues est constituée de deux engrenages représentés ci-dessous.

Le rapport de transmission d'un engrenage est égal au rapport du nombre de dents.

Question 1.3 - Compte tenu des nombres de dents du pignon moteur et de la roue dentée de l'arbre, déterminer le premier rapport R1 de transmission. Calculer ensuite le rapport R2 entre l'arbre et le différentiel. Le rapport de transmission global R est le produit des deux.

Question 1.4 - En déduire la fréquence de rotation N des roues de la voiture en tr/min et leur vitesse angulaire ω en rad/s.

Pour calculer la vitesse de déplacement de la voiture en m/s, il suffit de multiplier la vitesse angulaire obtenue par le rayon de la roue en mètre.

Question 1.5 - Déterminer cette vitesse en m/s puis en km/h.

2 - Relevés expérimentaux

= 20 min

Vous connaissez maintenant la chaîne de transmission du moteur jusqu'aux roues et la vitesse théorique du véhicule. Vous allez maintenant déterminer sa vitesse réelle par des mesures. Vous devrez alors comprendre par vos observations pourquoi cette vitesse est différente de la vitesse théorique déterminée précédemment.

Avec le banc, vous allez maintenant mesurer la vitesse réelle de déplacement de la voiture dans des conditions proches de celles de la piste sans appliquer d'effort résistant.

Manipulation :

Vous allez réaliser des mesures à pleine vitesse sur le banc d'essai. Dans ce mode, le pilotage de la voiture se fait depuis la télécommande, il ne faut surtout pas utiliser la direction du véhicule.

1. Mettre sous tension la télécommande.
2. Mettre sous tension la voiture.
3. Insérer une carte SD.
4. Sur l'écran tactile de la carte d'acquisition, choisir Voiture seule puis Vers carte SD.
5. Quand l'écran indique: Attente de données ; fermer le capot de protection de la boîte.
6. Démarrer la voiture jusqu'à atteindre la vitesse maximale.
7. Une fois la vitesse maximale atteinte, arrêter la voiture.
8. Sur l'écran tactile de la carte d'acquisition, cliquer sur Quitter.
9. Mettre hors tension la voiture.
10. Mettre hors tension la télécommande.
11. Récupérer la carte SD et l'insérer dans le lecteur de l'ordinateur.

Ouvrir le fichier Data.xls avec OpenOffice et compléter à l'ouverture de la façon suivante :

La première colonne correspond au compteur, la deuxième à la tension et la troisième au courant.

Vous allez copier et coller l'ensemble de ces données dans le tableur ci dessous (OpenOffice Calc) :

Insérer les données dans les colonnes bleues à partir de la cellule A4

Faites vérifier votre graphique par le professeur avant de passer à la suite.

Question 2.1 - Imprimer les courbes obtenues uniquement (clic droit sur le graphique > Copier; puis coller le graphique dans une nouvelle page d'un document-texte) pour les joindre à votre-compte rendu. Commenter les courbes obtenues.

Question 2.2 - Relever la vitesse maximale atteinte. Quel constat peut-on faire ?

Supprimer le fichier de la carte SD.

3 - Simulation sur modèle virtuel

= 50 min

Nous allons utiliser un logiciel qui permet de modéliser l'ensemble du véhicule aussi bien du point de vue électrique que mécanique et comparer son comportement au réel pour déterminer les origines de cet écart entre nos prévisions et les mesures.

 Ouvrir le fichier ci-dessous avec le logiciel PSIM

On retrouve ici l'ensemble des éléments qui constituent la chaîne d'énergie de la voiture. Ce modèle est construit pour représenter au mieux le comportement réel du véhicule sur piste.

Lancer une simulation et demander l'affichage de la vitesse en km/h.

On peut voir que la vitesse monte progressivement par une accélération jusqu'à sa valeur maximale exprimée en m/s.

Question 3.1 - Comparez cette vitesse à la vitesse réelle du véhicule puis à la vitesse théorique initiale.

Vous allez tenter de comprendre les écarts.

Vérification du modèle virtuel - Lecture des informations sur le logiciel

La batterie : La tension de la batterie est exprimée en volt. La résistance en série représente la résistance interne de la batterie (très faible sur ce type de batterie).

Question 3.2 - Relever la tension de la batterie pour la simulation. Cette tension est-elle conforme à la réalité ?

Le moteur : La caractéristique essentielle du moteur est le nombre de tours par volt, elle est exprimée dans le logiciel en volt/millier de tour (Vpk/krpm).

Question 3.3 - Double cliquer sur le moteur, relever cette caractéristique. Après calcul, cette valeur est-elle conforme à la documentation ?

Le réducteur :

Question 3.4 - La réduction indiquée sur le logiciel est-elle conforme à vos calculs ?

L'inertie : L'inertie des pièces tournante en rotation et celle de la masse de la voiture en translation sont représentées par un seul élément nommé inertie, cette valeur est sans influence sur la vitesse finale, elle détermine la durée d'accélération du véhicule.

La mesure de la vitesse : En sortie de notre modèle, nous disposons d'une information de fréquence de rotation des roues en tr/min nommée Nroues. La vitesse du véhicule exprimée en km/h est calculée en multipliant la fréquence de rotation des roues par un coefficient k. Ce coefficient est égal à 0,0213.

Question 3.5 - Justifier cette valeur.

Le couple résistant : Un élément couple a été ajouté sur notre modèle, il représente l'ensemble des forces qui s'opposent au déplacement du véhicule comme les frottements ou le roulement des pneus sur le sol. Tous ces efforts représentent au final un couple résistant de 0,25 mN.

Question 3.6 - Relancer une simulation diminuant fortement ce couple, relever alors la vitesse mesurée, cette valeur est-elle conforme à la vitesse attendue ?

Question 3.7 - Compte tenu de vos observations, pouvez-vous proposer des améliorations pour augmenter les performances du véhicule ?