La direction

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cours de mecanique auto chapitre direction

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La direction

  1. 1. 1 Nécessité d’une direction 2 Quelles exigences doit satisfaire une direction ? 3 Les solutions techniques 4 La direction à crémaillère 5 La direction assistée 6 Résumé 7 Exercice d’évaluation   La direction  
  2. 2. Nécessité d’une direction. Au cours de son déplacement, un véhicule automobile est amené à modifier sa trajectoire pour plusieurs raisons:  Pour répondre à ce besoin, les roues AV du véhicule sont orientables. Elles tournent au tour de l’axe de pivot et s’oriente suivant la volonté du conducteur à l’aide du système de direction. - suivre le tracé de la route - effectuer des manœuvres - éviter les irrégularités du sol - résister à l’influence du vent
  3. 3. 2 Quelles exigences doit satisfaire une direction ? Le conducteur doit pouvoir diriger les roues AV avec précision, sans effort, sans risque et sans ripage des roues. Pour satisfaire à ces exigences, le mécanisme de direction doit être: •  sans jeu, pour toujours manœuvrer avec précision •  démultiplié, pour que tout conducteur puisse actionner la direction aisément •  irréversible (les efforts reçus par les roues ne se répercutent pas au volant et gêne la conduite)   • éviter le glissement latéral des roues en virage (ripage)   Pour éviter le ripage des roues en virage, il faut que les 4 roues se déplacent par rapport à un centre instantané de rotation (CIR) commun:  
  4. 4. 3 Les solutions techniques. Il existe deux types de mécanisme de direction en mesure de répondre à ces exigences:   - le boîtier de direction   - la crémaillère    Le boîtier de direction est un mécanisme robuste, qui permet une démultiplication importante du couple appliqué au volant. Pour ces raisons, il est couramment utilisé en poids lourds. Sur les véhicules particuliers, on retrouve surtout des mécanismes de direction à crémaillère en raison de la légèreté, du faible encombrement et de la facilité d’adaptation aux roues indépendantes.
  5. 5. Système de direction sur PL
  6. 6. Mécanisme de direction à crémaillère sur véhicule léger
  7. 7. 4 La direction à crémaillère. Lorsque le volant est mis en rotation par le conducteur, le pignon déplace la crémaillère latéralement. Le rapport de démultiplication est déterminé à partir du diamètre du pignon. Mais le mécanisme est réversible. Il est possible d’entraîner le volant en actionnant la crémaillère (en agissant sur les roues). Les réactions du sol sur les roues directrices sont donc perceptibles, mais dans des proportions acceptables.   Pignon Crémaillère Principe de l’engrenage à Crémaillère
  8. 8. Ensemble mécanisme de direction 1 Carter 2 Crémaillère 3 Pignon
  9. 9. 6 La direction assistée. Dans la cas où le couple résistant aux roues est trop important le système d’assistance de direction permet d’améliorer le confort de conduite. En fonction de l’année du véhicule, on rencontre à l’heure actuelle deux modes d’assistance: - la direction à assistance hydraulique -la direction à assistance électrique ou électro-hydraulique   - Le premier utilise un vérin hydraulique double effet pour aider au déplacement de la crémaillère.   - Le deuxième consiste à l’aide d’un moteur électrique à appliquer un couple supplémentaire sur la colonne de direction ou la crémaillère. Dans le cas d’une assistance électro-hydraulique, la pompe hydraulique est remplacée par une pompe électrique, un vérin double effet actionne la crémaillère.  
  10. 10. Direction à assistance hydraulique Direction à assistance électrique
  11. 11. 6.1 La direction assistée hydraulique   1 Réservoir d'huile 2 Pompe haute pression 3 Valve rotative 4 Vérin intégré 5 Servo-régulateur 6 Refroidisseur BP Basse pression HP Haute pression Ce type de direction est à assistance variable. Elle agit dans deux cas précis: - aide à l’effort de commande pour faciliter les manœuvres, véhicule arrêté - durcissement de la direction pour une meilleur précision de conduite, véhicule en déplacement.
  12. 12. Principe de fonctionnement: L’huile (DEXRON) contenu dans le réservoir 1 est mise en pression par la pompe 2 pour alimenter la valve rotative 3. En fonction de la position du volant, la valve rotative 3 alimente uniquement le côté droit ou le côté gauche du vérin double effet. Le côté non alimenté communique avec le circuit BP de retour au réservoir 1 . La gestion de la HP et de la BP par la valve rotative se fait suivant deux phases:  volant en ligne droite  volant braqué d’un côté Le volant de direction entraîne simultanément le tiroir 9 et la barre de torsion 7. Cette barre de torsion est liée au distributeur rotatif 8 à son extrémité au pignon de crémaillère 6 :  En ligne droite, aucun effort n’est appliqué sur le volant. La barre de torsion 7 maintient le distributeur rotatif 8 et le tiroir 9 en position neutre. Dans cette position, l’huile sous HP provenant de la pompe pénètre par l’orifice 1, alimente le vérin côté droit et côté gauche. L’orifice de communication avec le retour au réservoir 2 étant ouvert, la pression est basse dans le circuit.
  13. 13.  Volant braqué d’un côté, l’effort du conducteur sur le volant déforme la barre de torsion 7. Ce qui a pour effet de déplacer le tiroir 9 par rapport au distributeur rotatif 8 . La HP alimente un côté du vérin tant disque l’autre côté du vérin en communication avec le retour réservoir est en BP . Dans cette position de la valve rotative, le vérin double effet déplace la crémaillère pour obtenir un braquage sans effort des roues. En cas de défaillance du circuit hydraulique ou arrêt moteur, le mouvement entre le tiroir 9 et le distributeur rotatif 8 a été volontairement limité. La liaison mécanique entre le volant et le pignon de crémaillère est donc toujours assurée.  
  14. 14. Action du servo-régulateur : Lorsque la vitesse du véhicule augmente, le servo-régulateur 5 composé d’un moteur pas à pas, dérive une partie de la HP délivré par la pompe 2 vers le réservoir. La pression d’assistance chute, ce qui a pour effet de durcir la direction.     1 2 HP BP Valve rotative Vérin double effet 1 Valve rotative 2 Vérin double effet
  15. 15. Valve rotative 1 Alimentation HP 2 Retour BP 3 Alimentation côté droit du vérin 4 Alimentation côté gauche du vérin 5 Corps de valve 6 Pignon de crémaillère 7 Barre de torsion 8 Distributeur rotatif 9 Tiroir
  16. 16. Volant en ligne droite Volant braqué d’un côté
  17. 17. Information Vitesse du véhicule Calculateur Moteur Pas à pas Aiguille Capteur de position Réservoir Vérin Valve rotative Pompe HP HP BP Info électrique Schéma de principe de l’action du servo-régulateur
  18. 18. La direction assistée électrique  La direction assistée hydraulique avec ses nombreux constituants (pompe, circuits...) étant onéreuse et prenant une place importante dans le compartiment moteur, a motivé une exploration sur des énergies nouvelles. Les progrès constants en électricité et en électronique ont alors orienté les constructeurs japonais et européens vers une assistance électrique. Les premières directions assistées électriques (DAE), très utilisées au Japon, ont fait leur apparition en Europe, au début des années 90.   La direction assistée électrique variable (DAEV) utilise le courant électrique comme énergie de travail. Elle est alimentée par l'alternateur et la batterie, donc il n'y a pas d'interaction directe avec le moteur thermique. C'est une des différences importantes avec la direction assistée hydraulique.  
  19. 19. La DAEV assiste les efforts de direction dès la sollicitation du volant. Le couple d'assistance est fourni à l'aide d'un moteur électrique, s'additionnant au couple appliqué par le conducteur au volant.   Quand un effort apparaît au volant, son image électrique est présentée au calculateur par l'intermédiaire du capteur de couple. Ensuite, le calculateur fournit au moteur électrique un courant d'alimentation en fonction :   du couple imposé au volant Ä de la vitesse du véhicule.  
  20. 20. Schéma d’organisation du système Direction à Assistance Électrique Variable (DAEV) Ensemble direction assistée électrique 1 Capteur de couple 2 Moteur d'assistance 3 Connecteur alimentation moteur d'assistance 4 Connecteur signal du capteur de couple
  21. 21. Un capteur de couple est inséré sur l’axe de la direction entre l’arbre d’entée du mouvement (côté volant de direction) et l’arbre de sortie (côté pignon de crémaillère). Il permet de mesurer en permanence:  le couple que le conducteur applique au volant de direction  le sens de rotation du volant de direction  
  22. 22. Capteur de couple 5 Bobine de mesure fixe par rapport à la colonne de direction 6 Bobine de référence fixe par rapport à la colonne de direction 7 Arbre d'entrée côté volant de direction (B) 8 Barre de torsion qui relie l'arbre 7 et l'arbre de sortie 12 permettant un déplacement relatif de ± 4,5° 9 Bague de détection solidaire de l'arbre d'entrée 7 (côté volante de direction) 10 Bague de détection solidaire de l'arbre d'entrée 7 (côté volante de direction) 11 Bague de détection solidaire de l'arbre d'entrée 12 (côté pignon de crémaillère) 12 Arbre de sortie côté pignon de crémaillère (A)
  23. 23. Le capteur de couple est constitué de trois principales parties:   La partie mécanique est constituée d’une barre de torsion qui relie l’arbre côté volant de direction et l’arbre côté pignon de crémaillère. La variation angulaire entre les deux arbres est proportionnelle au couple appliquée par le conducteur. Cette variation est limitée à ±4,5°.   La partie électromagnétique du capteur donne une information de position angulaire des bagues de détection 10 par rapport à 11, par conséquent de l’arbre d’entrée par rapport à l’arbre de sortie avec une précision de ±4,5°.   La partie électronique du capteur transforme cette information de position angulaire en information de couple avec le principe suivant: la déformation angulaire de la barre de torsion est proportionnelle au couple appliqué au volant de direction.   Le capteur de couple possède un second étage de détection et une bobine 6 dont les informations ne sont modifiées par le déplacement angulaire des bagues de détection. Cela permet de transmettre au calculateur une information électrique de référence quelles que soient les conditions d’environnement (température par exemple)  
  24. 24. 7 Résumé 1 Nécessité d’une direction Au cours de son déplacement, un véhicule automobile est amené à modifier sa trajectoire pour plusieurs raisons: suivre le tracé de la route effectuer des manœuvres éviter les irrégularités du sol résister à l’influence du vent  2 Quelles exigences doit satisfaire une direction ? Le conducteur doit pouvoir diriger les roues AV avec précision, sans effort, sans risque et sans ripage des roues. Pour satisfaire à ces exigences, le mécanisme de direction doit être:  sans jeu, pour toujours manœuvrer avec précision  démultiplié, pour que tout conducteur puisse actionner la direction aisément  irréversible (les efforts reçus par les roues ne se répercutent pas au volant et gêne la conduite)  éviter le glissement latéral des roues en virage (ripage)  
  25. 25. 3 Les solutions techniques Il existe deux types de mécanisme de direction en mesure de répondre à ces exigences: le boîtier de direction la crémaillère 4 La direction à crémaillère
  26. 26. 5 La direction assistée Direction assistée hydraulique Direction assistée électrique
  27. 27. 8 Exercice d’évaluation 1 Que faut-il pour éviter le ripage des roues? Expliquer à l’aide d’un schéma. 2 Compléter la nomenclature. Il faut que les 4 roues se déplacent par rapport à un centre instantané de rotation (CIR) commun: O 1 Carter 2Crémaillère 3 Pignon
  28. 28. 3 Compléter la nomenclature. 1 Réservoir d'huile 2 Pompe haute pression 3 Valve rotative 4 Vérin intégré 5 Servo-régulateur 6 Refroidisseur BP Basse pression HP Haute pression 4 Compléter la nomenclature. Ensemble direction assistée électrique 1 Capteur de couple 2 Moteur d’assistance 3 Connecteur alimentation moteur d’assistance 4 Connecteur signal du capteur de couple
  29. 29. Le déport le déport au sol est la distance « d »entre laprojection de l’axe de pivotement d’une roue etson point de contact au sol
  30. 30. Elle regroupe les essieux (c'est à dire les éléments porteurs), les pneumatiques, la suspension, les freins, et la direction. LIAISON AU SOL Actuellement, les essieux avants sont à roues indépendantes, du type pseudo «Mac Pherson » (triangle inférieur), et sont dotés d'une barre anti-dévers Les éléments de suspension peuvent être �des ressorts hélicoïdaux avec amortisseur télescopiques, 􀂾 ou des cylindres hydropneumatiques avec sphères et amortisseurs intégrés.
  31. 31. Liaison au sol Un véhicule automobile est, le plus souvent, lié au sol par l’intermédiaire de quatre roues munies de pneumatiques. Elles sont numérotées de 1 à 4. Les roues ont trois fonctions principales : • Diriger le véhicule • Suspendre le véhicule, c’est-à-dire le découpler des irrégularités de la route • Transmettre la puissance. Bien que les roues soient depuis très longtemps suspendues indépendamment les unes desautres, on parle toujours de train avant et de train arrière.Le châssis du véhicule supporte les différents organes. Le plus souvent aussi, la puissance du moteur est transmise aux roues avant. Par contre le freinage s’effectue sur chacune des roues. Ce système n’est pas représenté sur les schémas.On ne considère que cette architecture des plus classiques. Liaison au sol Un véhicule automobile est, le plus souvent, lié au sol par l’intermédiaire de quatre roues munies de pneumatiques. Elles sont numérotées de 1 à 4. Les roues ont trois fonctions principales : • Diriger le véhicule • Suspendre le véhicule, c’est-à-dire le découpler des irrégularités de la route • Transmettre la puissance. Bien que les roues soient depuis très longtemps suspendues indépendamment les unes desautres, on parle toujours de train avant et de train arrière.Le châssis du véhicule supporte les différents organes. Le plus souvent aussi, la puissance du moteur est transmise aux roues avant. Par contre le freinage s’effectue sur chacune des roues. Ce système n’est pas représenté sur les schémas.On ne considère que cette architecture des plus classiques.

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