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Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Ecole Polytechnique Internationale Privée de Tunis
Année Universitaire : 2018/2019
Projet de Fin d’Etudes
Pour obtenir le diplôme de
Ingénieur en Mécatronique
Présenté et réalisé par :
Oussama BEN SGHAIER
Septembre 2019
Préparé au sein de :
Entreprise ENNAKL Automobiles
JURY
M. Enseignant à Polytech Intl Président
M. Rapporteur
M. Encadrant Industriel
M. Encadrant Académique
Conception et réalisation d’une maquette didactique
d’une boite de vitesse DSG-0AM
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
Remerciements
Au terme de ce travail, je tiens à rendre un grand hommage aux vertus
de ceux qui m’ont prêté leur généreuse assistance et apporté un
appréciable soutien.
Je tiens à exprimer également ma profonde gratitude et mes sincères
respects à M. BEN YEDDER Lassaad pour m’avoir accueilli au sein
d’Ennakl Automobiles, pour son direction et pour m’avoir donné
l’attitude nécessaire afin de mener à bien mon stage.
Je tiens également à exprimer mes plus vifs remerciements à Monsieur
LTIFI Karim.
Je remercie également tous ceux qui m’ont aidé à la contribution de ce
projet de fin d’études.
Enfin, avec tout le respect accordé par tous les membres de jury pour
me faire l’honneur d’avoir bien accepté d’évaluer le présent travail,
je vous accorde mes vifs sentiments.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
Sommaire
Liste des figures ........................................................................................................................ 6
Liste des tableaux ..................................................................................................................... 9
Introduction générale............................................................................................................... 1
Chapitre 1 : Etude bibliographie ......................................................................................... 3
I. Introduction :................................................................................................................... 3
II. Présentation général d’Ennakl automobiles : .............................................................. 3
1) Informations générales :........................................................................................... 3
2) Les activités : ........................................................................................................... 3
3) Réseau de la société :............................................................................................... 4
4) Organigramme de la société..................................................................................... 4
III. Problématique et cahier des charges............................................................................ 5
1) Problématique .......................................................................................................... 6
2) Cahier des charges ................................................................................................... 6
IV. Généralités sur les boites de vitesses........................................................................... 7
1) La boite de vitesses mécanique................................................................................ 7
2) La boite de vitesses automatique ............................................................................. 7
3) La boite DSG à double embrayage .......................................................................... 8
V. Etude structurelle [1] ................................................................................................... 9
1) Caractéristiques de la boite DSG ............................................................................. 9
2) Le levier sélecteur.................................................................................................... 9
3) Mécatronique de la boite DSG « J743 »................................................................ 11
4) L’unité de commande électro hydraulique ............................................................ 12
5) La pompe hydraulique ........................................................................................... 13
6) Le moteur de pompe hydraulique "V401"............................................................. 14
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
7) Transmetteur de pression hydraulique et vanne de limitation de pression ............ 15
8) Les électrovannes................................................................................................... 15
9) Les arbres de transmission :................................................................................... 17
VI. Etude descriptif de la boite DSG ............................................................................... 20
1) Circuit hydraulique du changement des rapports des vitesses............................... 20
2) Synchronisation des rapports................................................................................. 21
3) Cheminement de la force ....................................................................................... 21
4) Changement de rapport.......................................................................................... 23
VII. Conclusion................................................................................................................. 24
Chapitre 2 : Etude et conception........................................................................................ 25
I. Introduction :................................................................................................................. 25
II. Analyse Fonctionnelle............................................................................................... 25
1) Analyse fonctionnelle du besoin............................................................................ 25
2) Identification des fonctions de services ................................................................. 27
3) Rédaction du cahier de charge fonctionnelle :....................................................... 31
4) Analyse fonctionnelle technique :.......................................................................... 32
III. Conception mécanique .............................................................................................. 34
1) Etude mécanique de la maquette : ......................................................................... 34
2) Simulation du support :.......................................................................................... 35
3) Choix des roues...................................................................................................... 37
4) Choix de la boite.................................................................................................... 37
IV. Conception électrique................................................................................................ 38
1) Schéma synoptique : .............................................................................................. 38
2) Conception du circuit électrique de commande..................................................... 46
3) Conception du circuit électrique de puissance....................................................... 49
V. Interface graphique.................................................................................................... 52
1) Logiciel de Programmation : ................................................................................. 53
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
2) Conception de l’interface :..................................................................................... 54
VI. Conclusion................................................................................................................. 59
Chapitre 3 : Réalisation de la maquette :.......................................................................... 60
I. Introduction :................................................................................................................. 60
II. Les Logiciels utilisés : ............................................................................................... 60
III. Circuit électronique : ................................................................................................. 61
1) Circuit alimentation : ............................................................................................. 61
2) Circuit de commande :........................................................................................... 62
IV. Réalisation du Support Maquette : ............................................................................ 64
1) Matière première :.................................................................................................. 64
2) Réalisation du support : ......................................................................................... 64
3) Maquette finale : .................................................................................................... 67
V. Etude technico-économique ...................................................................................... 68
VI. Conclusion................................................................................................................. 69
Conclusion générale ............................................................................................................... 70
Références bibliographiques ................................................................................................. 71
ANNEXES ............................................................................................................................ 72
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
Liste des figures
Figure 1: Les marques des voitures de la société ENNAKL 3
Figure 2 : Réseau de la société ENNAKL 4
Figure 3 : Organigramme Direction Générale 5
Figure 4 : Boite de vitesses mécanique 7
Figure 5 : Boite de vitesse automatique 8
Figure 6 : La boite DSG à double embrayage 8
Figure 7 : Levier sélecteur et Tiptronic sur le volant 11
Figure 8 : Disposition des capteurs de la mécatronique 12
Figure 9 : Les composants de la mécatronique 13
Figure 10 : La pompe hydraulique 14
Figure 11 : Le moteur de pompe hydraulique 14
Figure 12 : Le transmetteur de pression et la vanne de limitation 15
Figure 13 : Les électrovannes des positionneurs hydrauliques 16
Figure 14 : Les électrovannes des positionneurs hydrauliques 16
Figure 15 : Les électrovannes des actionneurs d’embrayage 17
Figure 16 : Boite vitesse concept 17
Figure 17 : Arbre primaire 1. 18
Figure 18 : Arbre primaire 2. 18
Figure 19 : Arbre secondaire 1 19
Figure 20 : Arbre secondaire 2 19
Figure 21 : Arbre secondaire 3 20
Figure 22 : Circuit d’huile 20
Figure 23 : Principe de passage des differents rapports. 22
Figure 24 : Changement de rapport 24
Figure 25 : Diagramme bête à corne 26
Figure 26 : Diagramme de pieuvre 27
Figure 27 : Histogramme des fonctions de service 30
Figure 28 : Elaboration de diagramme FAST 32
Figure 29 : Diagramme FAST 33
Figure 30 : Conception de la maquette sur Solidwrks18 35
Figure 31 : Contrainte de "Von mises" de la maquette 35
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
Figure 32 : Déplacement en mm 36
Figure 33 : Déformation Equivalente 36
Figure 34 : Roues LRA-VPA 50G-FI 37
Figure 35 : Boite électrique. 37
Figure 36 : Schéma synoptique du circuit électrique 38
Figure 37 : Arduino UNO 40
Figure 38 : Circuit 74hc595 44
Figure 39 : Le Buzzer 45
Figure 40 : Brochage module Bluetooth HC-05 45
Figure 41 : Circuit de commande 47
Figure 42 : Simulation du circuit rapport 1 48
Figure 43 : Simulation du circuit rapport en marche arriéré 48
Figure 44 : Programme implanté dans Arduino 49
Figure 45 : Circuit de puissance 49
Figure 46 : Simulation du circuit de puissance 52
Figure 47 : Visual studio 2015 53
Figure 48 : Interface d’accueil 54
Figure 49 : Interface de simulation 55
Figure 50 : Légende circuit d’huile 55
Figure 51 : Simulateur de défaut 56
Figure 52 : Légende des arbres de transmission 57
Figure 53 : Bibliothèque 57
Figure 54 : Programme sous Visual studio 58
Figure 55 : Simulation en mode marche arrière 58
Figure 56 : Simulation en mode drive deuxième rapport 59
Figure 57 : simulation de défaut dans la sous boite 1. 59
Figure 58 :Proteuse ISIS 60
Figure 59 : circuit d’alimentation sous ISIS 61
Figure 60 : Routage circuit d’alimentation sous ARES 61
Figure 61 : Circuit d’alimentation final 61
Figure 62 : Circuit de commande sous ISIS 62
Figure 63 : Routage circuit de commande sous ARES 63
Figure 64 : Circuit de commande final 63
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
Figure 65 : Pièces de la maquette. 65
Figure 66 : Assemblages des roues 65
Figure 67 : Assemblages de différentes pièces du support. 66
Figure 68 : Fixation des goulottes 66
Figure 69 : Câblage et le soudage des leds. 67
Figure 70 : Assemblage des cartes électroniques. 67
Figure 71 : Maquette finale. 68
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Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
Liste des tableaux
Tableau 1 : Caractéristiques de la boite DSG 9
Tableau 2 : Synchronisation des rapports 21
Tableau 3 : hiérarchisation des fonctions de service 30
Tableau 4 : critères des fonctions 31
Tableau 5 : Etude de cas 33
Tableau 6 : listes des entrées/sorties 41
Tableau 7 : Tableau de la désignation des entrées/sorties du 28C16 42
Tableau 8 : Tableau de la désignation des entrées/sorties du 74hc595 43
Tableau 9 : Description des pins 46
Tableau 10 : Liste des composants du circuit d’alimentation 62
Tableau 11 : Liste des composants du circuit de commande 64
Tableau 12 : liste du coût total. 69
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
1
Introduction générale
Le secteur de l’industrie automobile ne cesse d'évoluer dans le monde entier. Il s'appuie sur un
réseau d'entreprises industrielles et prend une place importante dans les grands pays industriels.
Le constructeur Volkswagen a connu un essor considérable essentiellement dans le secteur
de production et de commercialisation d’automobiles à l'échelle international. Volkswagen
est devenue aujourd'hui un leader sur le marché Tunisien.
La boite de vitesse, qui est considéré l’une des principaux pièces de l’automobile, est l’objet
d'une concurrence redoutable entre plusieurs marques mondiales.
En conséquence, l'apparition de la boîte à vitesse mécanique en Europe et aux Etats Unis ainsi
que la boîte automatique au Japon pousse à découvrir une nouvelle génération des boîtes
de vitesse. De ce fait, le groupe Volkswagen a mis une stratégie et s'est fixé comme objectif
de combiner les avantages de ces deux types de boîtes pour inventer une nouvelle génération
robotisée et à la fois manuelle et automatique sous le nom de : DSG à double embrayage,
et ce afin de présenter une innovation technologique, de satisfaire la clientèle et de préserver
son image de marque.
Dans le but d’initier et de former les agents ainsi que le cadre technique de toutes nouveautés
de la mécanique automobile, les responsables du groupe Volkswagen ont mis en évidence
et régulièrement un programme de session des formations qui nécessitent des moyens
didactiques répondant à aux exigences et aux besoins.
C'est dans ce contexte que le représentant de la marque Volkswagen en Tunisie "ENNAKL
Automobiles" a proposé de réaliser, dans Je cadre du présent Projet de Fin d'Etudes, une
maquette didactique pour simuler les principes de fonctionnement des boîtes de vitesse DSG
à double embrayage à 7 rapports.
C’est dans ce contexte et dans le cadre de notre Projet de Fin d'Etudes que le représentant
du constructeur Volkswagen en Tunisie "ENNAKL Automobiles" nous a confié le Projet
d’étude et de confection d’une maquette didactique pour simuler les principes
de fonctionnement des boîtes de vitesse DSG à double embrayage à 7 rapports.
Notre travail est reparti en trois chapitres qui contiennent :
1. Le premier chapitre intitulé" Etude bibliographie", nous allons tout d'abord présenter
la problématique, le cadre du travail et ensuite la présentation structurelle
et fonctionnelle de la boîte de vitesse.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
2
2. Le second chapitre intitulé "Etude et conception" est consacré à l'étude
de la maquette. Cette étude se compose de :
a. Une analyse fonctionnelle du système ;
b. Une étude mécanique pour la conception du support de la maquette ;
c. Une étude d’ingénierie électrique afin de choisir les différents composants ;
d. La conception de l’interface graphique.
3. Le troisième chapitre est dédié à la réalisation de la maquette dont on va présenter
les différentes étapes suivies dans la réalisation de la maquette didactique.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
3
Chapitre 1 : Etude bibliographie
I. Introduction :
Le développement du secteur de l’automobile est une étape essentielle dans le développement
économique de notre pays.
En effet, Ennakl automobiles est une des plus grandes sociétés chargées de cette fonction.
La tendance croissante et sans cesse de ce secteur ainsi que l’évolution de la demande au cours
des dix dernières années à un rythme élevé, cette évolution traduit d’une part l’effet important
d’industrialisation du pays et d’autre part l’amélioration sensible du niveau de vie.
L’objectif de ce chapitre est de présenter la Société Ennakl automobiles ainsi que sa mission,
organigramme ensuite les caractéristiques de conception et le fonctionnement de la
mécatronique de la boite de vitesses DSG.
II. Présentation général d’Ennakl automobiles :
1) Informations générales :
Ennakl Automobiles est l’importateur officiel et le concessionnaire en Tunisie des marques
Volkswagen, Audi, Porsche, Seat et Skoda.
 Dénomination social: ENNAKL Automobiles
 Siège social : Z.I CHARGUIA II BP 129 Tunis
 Date de constitution : 15/02/1965
 Capital : 30.000.000 DT
 Effectif : 350 Employés
Figure 1: Les marques des voitures de la société ENNAKL
2) Les activités :
Les activités de la société ENNAKL se résument en :
 Activités commerciales :
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
4
 Vente de différentes marques de véhicules (VOLKSWAGEN, BERLIET, AUDI,
PORSCHE, SEAT, Škoda).
 Vente des pièces de rechange.
 Vente de l’huile synthétique et minérale.
 Service après-vente :
 Entretien (inspection, service rapide…)
 Réparation (réparation de système hydraulique, électronique mécanique…)
3) Réseau de la société :
Le réseau d’ENNAKL automobile est réparti en Tunisie comme il est indiqué sur la figure ci-
dessous :
Figure 2 : Réseau de la société ENNAKL
4) Organigramme de la société
La figure si dessous présente l’organigramme d’Ennakl qui présente un aperçu général de sa
hiérarchie :
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
5
Figure 3 : Organigramme Direction Générale
III. Problématique et cahier des charges
Le sujet est intitulé "Conception et réalisation d’une maquette didactique d’une boite de vitesse
DSG-0AM". Ce banc d’essai est destiné pour la formation des personnels au sien
de Volkswagen.
Le but de ce projet est de représenter de façon accessible le fonctionnement de la boite
DSG-0AM et de maitriser les changements d’état des différentes pièces mécaniques lors
de la variation de vitesse opéré à partir du levier de sélecteur de vitesse.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
6
1) Problématique
La boite de vitesse DSG-0AM et sa boite mécatronique est un système complexes
qui nécessite une maitrise approfondie de la technologie et des fonctionnalités de chaque
équipements.
La société ENNAKL Automobiles a proposé de mettre en œuvre une maquette démonstratrice
dédiée à la formation des techniciens et des étudiants sur ce type de système.
C’est dans ce contexte que s’est produit notre Projet de fin d’études.
2) Cahier des charges
A partir de la problématique notée par l’entreprise, nous avons pu fixer le cahier des charges
qui se présente comme suit :
Titre du Projet : Conception et Réalisation d’une Maquette didactique d’une boite DSG-0AM.
Cadre du travail : Centre de formation de la société Ennakl.
Travail demandé :
 Savoir les caractéristiques techniques de la boite DSG-0 AM.
 Maitriser la structure d’une boite DSG :
 Savoir les différents modes de conduite (Mode parking ‘P’, Mode marche arrière
‘R’, Mode neutre ‘N’, Mode Drive ‘D’, Mode sport ‘S’).
 Distinguer les arbres responsables pour la transmission de mouvement.
 Identifié et mieux maitriser les types d’engrenages, les types de dentures et les type
de roulements qui sont utilisé pour assurer la transmission de vitesse.
 Maitriser la structure et le principe de fonctionnement de la boite mécatronique.
 Savoir et identifier tous les types de capteurs utilisés dans la boite DSG.
 Maitriser la boite en point de vue fonctionnel :
 Principe de fonctionnement de la boite mécatronique.
 Identifier les arbres de la boite pour chaque vitesse.
 Identifier et maitriser les conditions d’activation des électrovannes pour chaque
mode choisit.
 Comprendre le principe de fonctionnement du circuit d’huile et du circuit
hydraulique.
 Concevoir une solution pour la maquette didactique :
 Concevoir un support convenable pour la maquette.
 Choisir les composants qui représente et simplifie les fonctionnalités de la boite.
 Interfaçage et commander la maquette.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
7
IV. Généralités sur les boites de vitesses
Une boite de vitesses c’est une boîte qui permet de faire varier le rapport de la vitesse de rotation
des roues à celle du moteur.
1) La boite de vitesses mécanique
La boîte de vitesses manuelle aussi dite boîte de vitesses mécanique est la plus connue.
Le principal avantage de cette boite qu'elle comporte et fournit au conducteur une maîtrise
complète du changement des rapports. Si le conducteur a besoin d'adopter une conduite
sportive, il pourra allonger chaque vitesse jusqu'au seuil limite du régime (environ 5000 tr/min).
Aussi le conducteur peut conduire d’une manière souple et calme en effectuant les changements
de rapport à faible régime (environ 1800 tr/min).
Figure 4 : Boite de vitesses mécanique
2) La boite de vitesses automatique
La boîte de vitesses automatique contient un système capable de déterminer de manière
autonome le meilleur rapport de transmission. Ce type de boîte détermine d’une manière seul
le rapport de transmission grâce à des informations acquis des capteurs et calculateurs comme
le couple et la vitesse de rotation du moteur, l'appui de la pédale d'accélération, la vitesse
du véhicule, le mode de fonctionnement de la boite, le couple résistant du véhicule et d'autres
fonctions plus avancer et complexes qui dépendent du niveau technologique de la boîte.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
8
Figure 5 : Boite de vitesse automatique
3) La boite DSG à double embrayage
La boite DSG (Direct Shift Getriebe) "boîte de vitesses robotisée à double embrayage" à sept
rapports est une boite mécanique à commande électrique qui apporte plusieurs avantages par
rapport à une boite mécanique manuelle : un grand confort surtout lors du changement
de rapports ultra rapide sans à-coups qui s’effectue sans interruption de la force motrice,
améliorer l’accélération et la nervosité du moteur pouvant atteindre un couple maxi de 250Nm
avec une meilleure consommation d’essence, aucune perte de traction , préserve la mécanique
en évitant les mauvais changements de rapports
Dans ce que suit nous allons faire une description détaillée de la nouvelle boite DSG la manière
de transmission du couple, les composants, mode de fonctionnement et le module
mécatronique.
Figure 6 : La boite DSG à double embrayage
Avec la nouvelle génération des boîtes de vitesses DSG à double embrayage, Volkswagen
présente deux innovations mondiales :
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
9
 Une boîte de vitesses qui utilise 7 rapports pour un véhicule traction avant.
 Une boîte DSG dotée d’un double embrayage à sec.
V. Etude structurelle [1]
1) Caractéristiques de la boite DSG
La boîte DSG-0AM à double embrayage à 7 rapports présente une nouvelle génération
des boîtes à vitesses du groupe Volkswagen ainsi qu’une grande loupe technologique
de Volkswagen.
 Caractéristiques de conception :
Conception modulaire de la boîte de vitesses : l’embrayage, la mécatronique et la boîte de
vitesses constituent chacun une unité :
 Double embrayage (K1 et K2) à sec
 Réservoir d’huile pour le module mécatronique qui est séparée de la boîte
mécanique avec remplissages à vie.
 7 rapports sur 4 arbres
 Pompe à huile activée en fonction des besoins pour débiter une pression.
 Aucun échange ou dissipation de chaleur huile/eau
 Caractéristiques techniques :
Le tableau si dessous présente les caractéristiques techniques de notre boite.
Désignation 0AM
Poids Environ 70kg, embrayage compris
Couple 250N
Rapports 7 rapports de marche avant, 1 rapport de
marche arrière
Extension 8.1
Mode de fonctionnement Mode automatique et mode tiptronic
Volume d’huile-boite de vitesse 1,7 litre – G 052 171
Volume d’huile-module mécatronique 1,0 litre huile pour le centrale hydraulique-
huile de direction assistée G 004 000
Tableau 1 : Caractéristiques de la boite DSG
2) Le levier sélecteur
Le levier sélecteur de la boite DSG a une mode de fonctionnement identique à celle des
véhicules qui sont équipés d'une boîte automatique.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
10
La boîte DSG-0AM a une fonctionnalité de permuter les vitesses en mode Tiptronic/Manuel.
Le levier sélecteur a aussi deux autres fonctionnalités c’est de verrouiller le levier et le blocage
de retraire la clé de contact
Présentation des postions du levier sélecteur :
 P – Parking
Afin de changer cette position il faut déplacer le levier tout en gardant le contact d’allumage en
fonctionnement et en actionnant la pédale de frein, en plus de ça il faut libérer le levier en
enfonçant la touche de déverrouillage.
 R – Marche Arriéré
Afin de faire fonctionner ce rapport il faut détenir la touche de déverrouillage enfoncée.
 N – Position Neutre
Dans cette position, la boîte de vitesse se trouve au point mort. Si le levier sélecteur reste dans
cette position pendant un certain temps, la pédale de frein doit à nouveau être actionnée pour
pouvoir quitter cette position. La boite de vitesse est considérée au point mort lorsqu’elle
est à la position neutre.
 D – Drive /Marche avant /programme normal
"D" signifie : Drive c’est-à-dire conduite, pour cette position de marche en avant tous les
rapports de vitesse sont automatiquement enclenchés.
 S – Sport
Cette position automatique s’exécute par la courbe "sportive" qui est caractérisé et enregistré
dans le calculateur.
 + / -
Ces fonctions "Tiptronic" peuvent être réalisées par deux choix : Soit par la voie de sélection
qui est à droite ou par les commandes qui sont au volant.
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Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
11
Figure 7 : Levier sélecteur et Tiptronic sur le volant
Les capteurs Hall qui demeure dans le levier sélecteur captaient la position du levier et la
communique, par le biais du bus CAN, vers la pièce "mécatronique".
L'électroaimant qui est ploté à travers le calculateur de capteurs du levier "J587" bloque le levier
sélecteur aux positions "P" et "N".
La clé de contact demeure bloquée et ne peut être retiré que si le frein de parking soit enclenché.
3) Mécatronique de la boite DSG « J743 »
La boite à vitesse est équipée d’une unité centrale de commande c’est la mécatronique, cette
unité contient le calculateur électronique qui forme avec l’unité de commande électro
hydraulique un seul composant qui a son circuit d’huile indépendamment du circuit d’huile
de la boite à vitesse "mécanique". A savoir que l’ensemble des capteurs et actionneurs sont
abrité dans l’unité "mécatronique", celle-ci qui est compacte autonome dans sa fonctionnalité a
les avantages et les possibilités suivantes :
 L’huile hydraulique est particulièrement adéquate aux besoins de l’unité mécatronique.
 L’avantage de l’utilisation séparément d’un circuit d’huile c’est de protéger
la mécatronique contre toutes particules d’abrasion provenant de la boite mécanique.
 L’utilisation séparément d’un circuit d’huile a aussi un bon effet à basse température,
car l’huile utilisé dans la mécatronique a une viscosité différente à celle exigé pour la
boite à vitesses.
Le calculateur de la mécatronique est l’unité principale de la boîte de vitesses. Les signaux qui
parviennent des autres calculateurs et des capteurs aboutissaient à l’intérieur du calculateur
de la mécatronique, ce dernier lance et surveille toutes les actions.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
12
Le calculateur électronique contient onze (11) capteurs, le transmetteur de régime d’entrée
de la boîte de vitesses "G182" est le seul qui est placé à l’extérieur du calculateur.
Le calculateur électronique fait la commande et la régulation hydraulique de huit (08)
électrovannes, et ce afin de permettre le passage des sept (07) rapport de vitesses et d’actionner
l’embrayage.
Figure 8 : Disposition des capteurs de la mécatronique
Au moment où un rapport de vitesse est engagé le calculateur électronique s’informe
et adapte les positions des embrayages et des positionneurs hydrauliques en tenant compte des
données établies au cours du fonctionnement de ces composants.
4) L’unité de commande électro hydraulique
L’unité de commande électro hydraulique est incorporée dans l’unité mécatronique.
Afin de faire passer les rapports de vitesses et d’actionner les embrayages, pour cela l’unité
de commande électro hydraulique engendre la pression d’huile nécessaire.
 Génération et commande de la pression d’huile :
La pompe hydraulique qui est montée en aval et engrené par un moteur électrique génère une
pression d’huile. Un accumulateur de pression d’huile assure une pression continuelle et
suffisante au niveau des électrovannes.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
13
Figure 9 : Les composants de la mécatronique
 Circuit d’huile
Le fonctionnement de la boite boîte DSG à double embrayage est assuré par deux circuits
d’huile qui sont indépendants et deux huiles distinctes :
 Un circuit d’huile pour la boîte mécanique
 Un Circuit d’huile pour le module mécatronique
Chacun de ces circuits possède une huile spécifié et adaptée à ses nécessités. Le volume d’huile
dans la mécatronique qui est de 1,1 litre et se fait alimenter séparément du circuit d’huile de la
boite à vitesse mécanique, celui-ci a un volume d’huile égale à 1,7 litre. Sachant que
l’alimentation en huile de la boîte de vitesses mécanique y compris ses arbres et ses pignons
se fait de la même façon que pour une boîte manuelle normale. C’est pour cette raison que
ce thème n’est pas évoqué en détail.
5) La pompe hydraulique
L’unité de pompe hydraulique est abritée dans le module mécatronique. Elle contient une
pompe et un moteur électrique à courant continu sans balai "V401". Celui-ci est activé, en
fonction de la pression, par le calculateur de la boite mécatronique. Le moteur électrique
entraîne la pompe hydraulique à travers un accouplement. La pompe hydraulique a un principe
de fonctionnement identique à celui d’une pompe à engrenage. La pompe hydraulique aspire
l’huile et la refoule vers l'accumulateur à une pression de 70 bars.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER
14
Figure 10 : La pompe hydraulique
6) Le moteur de pompe hydraulique "V401"
Le moteur à courant continu est semblable aux autres petits moteurs .Ce moteur est sans balai
et qui a une conception inversé, a autant un stator avec six (6) paires d’électroaimants et un
rotor avec six "6" paires d’aimants permanents. Comparaient aux autres petits moteurs à courant
continu traditionnelles qui contiennent un stator composé d’aimants permanents et d’un rotor
composé d’électroaimant.
Figure 11 : Le moteur de pompe hydraulique
La commutation du sens de passage du courant dans les moteurs ordinaires à courant continu
se fait à travers les contacts à glissement. Différemment, le moteur à courant continu sans balai
la commutation s’effectue à travers le calculateur électronique de l’unité mécatronique donc
sans contact à glissement. L’alimentation des bobines déduit un champ magnétique rotatif dans
le stator du moteur par conséquent le rotor poursuit ce champ magnétique et se met donc
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en rotation. C’est grâce à la commutation sans contact que le moteur fonctionne sans usure, sauf
celle des paliers.
7) Transmetteur de pression hydraulique et vanne de limitation de pression
La pompe refoule l’huile hydraulique par le biais du filtre vers la vanne de limitation
de pression. En cas où la pression d’huile hydraulique aboutit soixante-dix (70) bars au niveau
de la vanne de limitation de pression et le transmetteur de pression, le calculateur mettra
le moteur hors tension et par conséquence autant que la pompe hydraulique.
Figure 12 : Le transmetteur de pression et la vanne de limitation
8) Les électrovannes
Les électrovannes (appelées aussi électrovalves) agissent sur le débit du fluide dans le circuit.
En absence d'activation, le piston de commande est maintenu en position basse par le ressort,
dans ce cas l’huile ne peut pas passer. Lorsque la vanne est actionnée par un signal MLI,
un champ magnétique est généré dans la bobine et le piston de commande se déplace vers le
haut en libérant la pression d’huile dans la conduite de sous-boîte.
La pression d'huile dans la sous-boîte est régulée en fonction de l'intensité de courant selon
la théorie empirique suivante : plus le courant transmis à la bobine est intense, plus la pression
d’huile de la sous-boîte est élevée.
En raison de l'inertie avec laquelle le champ magnétique est généré, toutes les électrovannes
sont tenues en alerte dès l'établissement du contact d'allumage grâce à une « activation de base »
d'enivrent : 300 mA. Ainsi, une force égale et opposée à l'action du ressort agit en permanence
sur le piston de régulation, cette mesure permet une exécution ultrarapide des ordres
du calculateur.
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16
 Les électrovannes de régulation de pression des sous-boîtes :
La pression d’huile des sous-boites 1 et 2 est régulée par les électrovannes, chacune de ces
électrovannes alimente un sous boitier.
La pression dans la sous-boîte active est d'environ 32 bars.
Figure 13 : Les électrovannes des positionneurs hydrauliques
 Les électrovannes des positionneurs hydrauliques
Les électrovannes régulent le volume d’huile vers les positionneurs hydrauliques, chacun de ces
positionneurs permet d’actionner deux rapports. En cas où aucun rapport n’est engagé
les positionneurs hydrauliques restent en position neutre et ce par le biais de la pression d’huile.
Figure 14 : Les électrovannes des positionneurs hydrauliques
 Les électrovannes des actionneurs d’embrayage :
Le volume d’huile vers les actionneurs d’embrayage est régulé par ses électrovannes, de leurs
coté les actionneurs d’embrayage actionnent les embrayages E1 et E2.
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Figure 15 : Les électrovannes des actionneurs d’embrayage
9) Les arbres de transmission :
La boite de vitesse "DSG" à sept (7) rapports contenant cinq (5) arbres comme indiqué sur la
figure si dessous.
 2 Arbres primaires.
 3 Arbres secondaires.
 Un différentiel.
Figure 16 : Boite vitesse concept
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a. Arbres primaires
Les deux arbres primaires sont logés la boite au niveau du carter interne. Chaque arbre primaire
est lié à un embrayage par une cannelure. En fonction du rapport choisit les arbres primaires
transmettent le couple généré par le moteur aux arbres secondaires.
 Arbre primaire 1 :
L’arbre primaire "1" est relié avec l’embrayage K1 à travers les cannelures. Celui-ci enclenche
les rapports 1 ; 3 ; 5 et 7.
Pour déterminer le régime d’entrée de la boîte vitesse, un capteur "G632" qui est lié à la
couronne d’impulsion transmet la vitesse précise du volant moteur afin que la boîte
mécatronique puisse définir le moment du changement du rapport.
Figure 17 : Arbre primaire 1.
 Arbre primaire 2 :
L’arbre primaire "2" est relié avec l’embrayage "K2" à travers les cannelures.
L’arbre primaire enclenche les rapports 2 ; 4 ; 6 et la marche arrière. Pour terminer le régime
d’accès de la boite, le pignon du transmetteur "2" du régime d’entrée de la boite " G612 "
se situe sur l’arbre.
Abre
Figure 18 : Arbre primaire 2.
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b. Les arbres secondaires ou Arbres mené
 Arbre secondaire 1 :
Les trois engrenages de mutation de vitesse synchronisés des rapports de boite 1 ; 2 et 3 aussi
les deux engrenages du rapport 4 se situe sur cette arbre.
Figure 19 : Arbre secondaire 1
 Arbre secondaire 2
Sur cette arbre secondaire "2" il existe un engrenage de changement de vitesse synchronisé des
rapports 5 ; 6 et 7 ainsi que les pignons des rapports "R1" et "R2" de la marche arrière.
Figure 20 : Arbre secondaire 2
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20
 Arbre secondaire 3 :
L’arbre secondaire "3" possède un engrenage de changement de vitesse qui est synchronisé
avec le rapport de la marche arrière "R" et aussi d’un pignon du verrou de parking.
Figure 21 : Arbre secondaire 3
VI. Etude descriptif de la boite DSG
1) Circuit hydraulique du changement des rapports des vitesses
La figure ci-après montre le circuit d’huile de la mutation des rapports des vitesses dans l’unité
mécatronique.
Figure 22 : Circuit d’huile
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Description :
N433: Vanne 1 dans la sous-boîte 1, vanne de positionneur hydraulique 1/3.
N434 : Vanne 2 dans la sous-boîte 1, vanne de positionneur hydraulique 5/7.
N435 : Vanne 3 dans la sous-boîte 1, vanne d'embrayage E1.
N436 : Vanne 4 dans la sous-boîte 1, sous-boîte, régulateur de pression.
N437 : Vanne 1 dans la sous-boîte 2, vanne de positionneur hydraulique 2/4.
N438 : Vanne 2 dans la sous-boîte 2, vanne de positionneur hydraulique 6/marche AR.
N439 : Vanne 3 dans la sous-boîte 2, vanne d'embrayage E2.
N440 : Vanne 4 dans la sous-boîte 2, sous-boîte, régulateur de pression.
G270 : Capteur de pression.
2) Synchronisation des rapports
Afin d’assurer la synchronisation des distincts régimes au moment du passage des rapports,
et pour tous les rapports de la boîte, un synchroniseur avec verrouillage par de clavettes
est utilisé pour le dit fonctionnement.
Pour assurer les différents degrés de sollicitation qui sont appliqués pour le passage
des différents rapports, ces derniers sont équipés d’un synchronisateur à simple, double
ou triple cône.
Rapport Type Synchroniseur Matériau de la bague de la synchronisation
1 ère et 3 ème à triple cône Laiton avec revêtement molybdène
4 ème à double cône Laiton avec revêtement molybdène
5 ème et 7 éme à double cône Laiton avec revêtement molybdène
Marche Arrière à simple cône Laiton avec revêtement molybdène
Tableau 2 : Synchronisation des rapports
3) Cheminement de la force
Le couple d’effort transmis dans la boite à vitesse, par le biais des deux disques d’embrayage
"K1" ou "K2", s’achemine en cascade vers les arbres primaires, les arbres secondaires et ensuite
la différentielle pour parvenir dans les roues.
La figure ci-après éclairci le changement de rapport dans les différents scénarios d’actions.
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22
Figure 23 : Principe de passage des differents rapports.
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4) Changement de rapport
La commande des fourchettes qui actionnent les baladeurs situé sur les arbres de
transn1ission, s'accomplit de manière hydraulique.
Pour le passage des rapports, le calculateur électronique de la pièce mécatronique pilote
l'électrovanne correspondante du positionneur hydraulique de l'arbre de commande des
vitesses.
Le passage des rapports se fait par le calculateur électronique de l’unité mécatronique qui pilote
l’électrovanne respectif du positionneur hydraulique de l'arbre de commande des vitesses.
Ci-après, comme exemple, une explication détaillé du principe de passage en 1ére
vitesse :
La position neutre du piston du positionneur hydraulique est soutenue en position neutre à
travers la pression d’huile conduite à l'électrovanne du positionneur hydraulique "N433"
et la vanne de régulation "N436".
Afin d’engager le premier rapport de vitesse, la vanne de positionneur multiplie la pression
au sein de la chambre gauche du piston, ceci bouscule le piston du positionneur hydraulique
vers la droite, cela est causé à travers l'activation de l'électrovanne "N433" et la désactivation
de l'électrovanne "N436".
L’engagement du troisième rapport se fait par enchainement des actes suivantes : tout d’abord
il faut que la carte de commande remet le positionneur hydraulique en position neutre, par
la suite la vanne de positionneur augmente la pression dans la chambre droite du piston,
cela repousse le piston du positionneur hydraulique vers la gauche, cela est provoqué par
l 'activation de l'électrovanne "N436" et la désactivation de l'électrovanne "N433".
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Figure 24 : Changement de rapport
VII. Conclusion
A travers ce chapitre on a eu l’occasion de présenter la société d’accueil suivi d’une présentation
des enjeux requis par l’entreprise auprès de notre système. L’objet principal de notre étude
est la boite DSG-0AM, dans ce sens une étude structurale et descriptive a été réalisée.
Pour le chapitre suivant, nous allons définir l’étude ainsi que la conception de notre maquette
didactique.
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25
Chapitre 2 : Etude et conception
I. Introduction :
Pour répondre aux objectifs du cahier des charges et afin d'assurer la réalisation de la maquette
didactique nous avons consacrée ce chapitre à la réalisation d’une analyse fonctionnelle
du besoin, une analyse fonctionnelle technique ainsi qu’une étude et conception mécanique
et électrique.
II. Analyse Fonctionnelle
1) Analyse fonctionnelle du besoin
a. Saisie du besoin
La difficulté des démonstrations sur des véhicules réels lors de la formation des techniciens
automobiles ainsi que le coût élevé des maquettes didactiques (qui s’élèvent à 5000€) explique
la nécessité de concevoir et de réaliser une maquette didactique pour la boite de vitesse
DSG-0AM.
b. Enoncé du besoin
Cette maquette doit permettre de maintenir les cartes électroniques et ses accessoires dans
une position stable et adéquate pour une formation et le bon fonctionnement dans
des conditions normales ainsi que l’assimilation des changements de rapport et l’affichage
sur une interface graphique.
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Figure 25 : Diagramme bête à corne
c. Validation du besoin
Q1 : Dans quel but ce besoin existe-t-il ?
 Visualisation et simulation du transfert de rapport dans une boite DSG.
Q2 : Pourquoi ce besoin existe-t-il ?
 La difficulté de montrer comment le passage d’une vitesse a une autre ainsi que le mode
de conduite et la difficulté d’accès aux différentes pièces.
Q3 : Qu’est ce qui pourrait le faire évoluer ou disparaitre ?
 Lié à l’évolution des composants et de la boite vitesse.
Q4 : Quelle est la probabilité de disparition ou d’évolution du besoin ?
 Très faible à court et à moyen terme.
Le produit rend service aux Techniciens et à la formation des employés en agissant sur
les couts pour satisfaire l'utilité : Le besoin est validé.
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2) Identification des fonctions de services
a. Diagramme de pieuvre :
Le diagramme de pieuvre nous permet de répertorier toutes les fonctions de service de notre
produit. En effet, nous rappelons que lors de la conception, les techniciens chercheront pour
chaque fonction à satisfaire la meilleure solution. C'est l'ensemble des solutions qui donnera
le produit final.
On distingue deux types de fonctions :
 Fp = Fonction principale : lien entre le produit et 2 éléments environnants.
 Fc = Fonction de contrainte : lien entre le produit et 1 éléments environnant.
Figure 26 : Diagramme de pieuvre
b. Formulation des fonctions de service :
Fp1 : Permettre au formateur de faire fonctionner la boite à vitesse séparément du véhicule pour
la formation des employés et stagiaires.
Fc1 : Supporter tous les accessoires et les appareilles électronique.
Fc2 : Avoir une stabilité du mécanisme.
Fc3 : Minimiser le coût.
Fc4 : Le produit doit être esthétiquement représentable et acceptable.
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Fc5 : Assurer la sécurité des utilisateurs.
Fc6 : Le produit doit être facile à déplacer.
Fc7 : Permettre l’accès pratique et aisé à la majorité des composants pour la commande ainsi
que la maintenance.
c. Validation des fonctions de services :
Q1 : Pour quel but la fonction existe-t-elle ?
Q2 : Dans quelle raison la fonction existe-t-elle ?
Q3 : Qu’elle ce qui pourrait faire disparaitre ou évoluer la fonction ?
Q4 : Quelle est la probabilité de disparition ou d’évolution de la fonction ?
 FP :
Q1 : Utilisation pour enrichir la formation des techniciens et des stagiaires.
Q2 : Intervention difficile sur le véhicule.
Q3 : L’apparition d’une nouvelle boite vitesse plus robuste et économique.
Q4 : Très faible à court et à moyen terme.
 Fonction Principale validée.
 FC1 :
Q1 : Pour expliquer et simplifier le fonctionnement d’une boite DSG-0AM.
Q2 : Pour visualiser et simplifier le principe de fonctionnement.
Q3 : l’apparition d’une nouvelle technologie.
Q4 : Nulle.
FC1 Validée.
 FC2 :
Q1 : Pour assurer la stabilité de la maquette.
Q2 : Pour assurer le bon fonctionnement de notre système.
Q3 : Rien.
Q4 : Nulle.
FC2 Validée.
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 FC3 :
Q1 : Pour s’assurer de la rentabilité du projet.
Q2 : Pour ne pas dépasser les coûts des maquettes didactiques sur le marché.
Q3 : Apparition des nouveaux types de maquette.
Q4 : Faible à court terme.
FC3 Validée.
 FC4 :
Q1 : Pour que la maquette soit esthétiquement acceptable.
Q2 : Pour être avantager sur le marché.
Q3 : Apparition des nouveaux modèles de maquette.
Q4 : Faible à court terme.
FC4 Validée.
 FC5 :
Q1 : Pour préserver la sécurité de l’utilisateur.
Q2 : Parce que la loi impose le respect des normes de sécurité.
Q3 : Evolution des lois et des normes.
Q4 : Nulle à moyen terme
FC5 Validée
 FC6 :
Q1 : Pour faciliter la manipulation et l’utiliser dans différents endroits.
Q2 : Parce que la formation peut se dérouler dans des lieux différents.
Q3 : La mise en place de plusieurs maquettes.
Q4 : Faible à court et à moyen terme.
FC6 Validée
 FC7 :
Q1 : Pour assurer la clarté des démonstrations et la facilité de démontage et montage.
Q2 : Pour améliorer le rendement de la formation et s’assurer de son efficacité.
Q3 : Apparition des nouvelles méthodes de montage.
Q4 : Faible à moyen terme.
FC7 Validée.
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30
d. Hiérarchisation des fonctions de service (TRI-CROISE) :
Le principe est de comparer les fonctions une par une à l’aide d’une matrice et d’attribuer une
note en supériorité de 0 à 3:
 0 : niveau égal
 1 : légèrement supérieur
 2 : moyennement supérieur
 3 : nettement supérieur
Tableau 3 : hiérarchisation des fonctions de service
e. Histogramme des fonctions de service :
Il s’agit de rendre significatif les résultats de la hiérarchisation fonctionnelle en représentant
les résultats sous forme de graphique les pourcentages attribués à chaque fonction.
Figure 27 : Histogramme des fonctions de service
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31
f. Critères et niveaux des fonctions de service :
FS Fonctions Critères Flexibilité
FP1 Permet à l’utilisateur de
comprendre le principe de
fonctionnement d’une boite de
vitesse DSG-0AM
Claire, simple et efficace. -
FC1 Supporter la maquette et tous les
accessoires et les appareilles
électriques sans déformation.
Poids maximale à
supporter.
15 à 23 kg
FC2 Avoir une stabilité du
mécanisme.
Lors de déplacement.
-
FC3 Avoir un cout raisonnable. Cout réduit par rapport
au marché.
-
FC4 Forme simple et esthétique. Couleur et forme. -
FC5 Ne pas présenter de danger sur
l’utilisateur.
Sécurité. -
FC6 Facilité de déplacer. Mobilité. -
FC7 Permettre l’accès faciles aux
majorités des composants.
L’accessibilité. -
Tableau 4 : critères des fonctions
3) Rédaction du cahier de charge fonctionnelle :
a. Présentation générale du problème :
Le sujet est intitulé « Conception et Réalisation d'une Maquette didactique d'une boîte
de vitesse DSG-OAM ». Ce banc d'essai est destiné pour la formation des personnels au sein
de Volkswagen.
Le but de ce projet est de présenter de façon accessible le fonctionnement de la boite
DSG-0AM et de maîtriser les changements d'état des différentes pièces mécaniques lors
de la variation de vitesse opéré à partir du levier de sélecteur de vitesse.
Conception et réalisation d’une maquette didactique
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b. Résultats à fournir :
 Etablir un dossier de conception complet en validant les critères énoncés dans le cahier
des charges fonctionnelles.
 Etablir une étude de faisabilité.
 Réaliser une étude du coût.
 Réalisation de la maquette didactique.
4) Analyse fonctionnelle technique :
a. Diagramme FAST (Annexe 1) :
Un diagramme FAST (Functional Analysis System Technique) est une décomposition logique
des fonctions du système allant des fonctions de service et passant par les fonctions techniques
pour aboutir à des solutions technologique réalisables.
Ce diagramme se construit de gauche vers la droite à partir de l’énoncé d’une fonction.
Figure 28 : Elaboration de diagramme FAST
b. Diagramme FAST de la maquette didactique :
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Figure 29 : Diagramme FAST
c. Etude de cas :
Caractéristique Acier Aluminium
Poids ++ ++++
coût +++ ++
Longévité et durabilité ++ +
Dureté ++ ++
Disponibilité +++ +++
Total 12+ 12+
Tableau 5 : Etude de cas
 L’aluminium est le métal le plus favorable pour ce projet car on n’a pas une grande
charge, facile à déplacer et sans crainte de corrosion du support.
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III. Conception mécanique
Au cours de la phase d’étude de ce projet, une prospection en mécanique a été faite afin
de distinguer les différents efforts qui peuvent nuire au bon fonctionnement de notre support
tels que :
- La Vibration.
- Efforts mécanique (traction, flexion, compression, torsion).
- Faible efforts dues aux déplacements.
Pourvue que les équipements qui constituent notre maquette gardent une position constante
(encastrée) et ne contient aucune pièce en mouvement et par conséquence l’absence totale de
tous efforts mécaniques indiqués ci-dessus, de ce fait nous avons résulté au bon fonctionnement
de notre maquette.
1) Etude mécanique de la maquette :
Le support de la maquette doit être à faible coût, facile à déplacer et ne présente aucun danger
aux utilisateurs.
La maquette contient principalement deux parties :
 Un plan qui présente les différents arbres de la boite.
 Circuit hydraulique.
Le module d’affichage contient un afficheur composé de "7" segments, un buzzer pour
la signalisation sonore au cours du changement de rapport et des leds pour afficher l’état
des différents équipements.
En utilisant le logiciel de conception "SolidWorks18" nous avons réalisé un modèle de support
comme présenté dans la figure ci-dessous. (Les parties du support sont indiquées
dans l’Annexe 2).
Conception et réalisation d’une maquette didactique
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35
Figure 30 : Conception de la maquette sur Solidwrks18
2) Simulation du support :
Pour vérifier si le support résiste aux efforts exercés dessus, nous avons réalisé une étude
en utilisant le logiciel de simulation" Solidworks18 Simulation".
Figure 31 : Contrainte de "Von mises" de la maquette
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Figure 32 : Déplacement en mm
Figure 33 : Déformation Equivalente
Résultat : La structure du support résiste aux différents efforts appliqués.
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3) Choix des roues
La maquette doit être facile à déplacer d’un endroit à un autre, ce déplacement va être assuré
par quatre roues fixées au-dessous du support.
A noter que le choix des roues dépend de la masse totale de la maquette, en effet, la masse
des accessoires, des composants électronique ainsi que celle de la maquette est égale à "20 Kg".
Supposant que la masse totale de la maquette va être équilibreraient repartie sur les 4 roues
donc chaque roue doit supporter 5 Kg.
Figure 34 : Roues LRA-VPA 50G-FI
Le choix des roues est fait à partir du catalogue du constructeur "BLICKLE" qui fournit des
roues pivotantes :
 Masse supporté par une roue : 40 KG
 blocage à base des freins
 Référence : LRA-VPA 50G-FI
4) Choix de la boite
Pour des raisons de sécurité à l’utilisateur ainsi que pour protéger notre circuit contre
les mauvaises interventions externes, une boîte doit être utilisée pour contenir les circuits
électriques ainsi que leurs isolements.
Figure 35 : Boite électrique.
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38
Communication
+Cable USB
Unité de contrôle :
Arduino Uno R3
Programmation de
l’Arduino :
Affichage :
+
Afficheur LCD
IDE Arduino
Alimentation de la carte :
Alimentation
stabilisée
Entrées :
Interface graphique
Sorties :
+ BuzzerLes LEDs
Le choix de la boite électrique est fait à partir du catalogue du constructeur "FIME".
Caractéristique de la boite :
 Dimensionnements 245x180x85 cm ;
 Imperméable ;
 Inflammable ;
 Faible coût.
IV. Conception électrique
1) Schéma synoptique :
Le synoptique si dessous représente le circuit électrique qu’on va réaliser :
Figure 36 : Schéma synoptique du circuit électrique
Bluetooth
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39
a. Unité de traitement :
Dans nos jours, le domaine des circuits intégrés a bien évolué ce qui nous donne un large choix
pour choisir et de réaliser notre projet, un circuit intégré a pour rôle principal le traitement
rapide des informations, à noter que le circuit intégré est à faible coût
Pour notre projet on a choisi d’utiliser la carte électronique "Arduino UNO" ce choix est basé
sur une étude qui nous a ramené aux résultats suivant :
- Facilité d’utilisation ;
- Facilité de manipulation ;
- La possibilité de communication avec une interface graphique sur Pc.
 Généralités sur l’Arduino :
"Arduino Uno" est une carte électronique qui utilise le microcontrôleur "ATmega328p".
Notre carte possède 14 pins d'entrée/sortie digital (numérotées de 0 à 13) susceptibles
de délivrer une intensité maximale de 40mA sous une tension égale à 0V ou 5V, à noter que
6 pins peuvent être utilisées en tant que sorties MLI et 6 entrées analogiques (numéroté de A0
à A5), un quartz avec une fréquence de 16 MHz, une connexion USB, une prise d'alimentation
+5V, protocole SPI et I2C ainsi qu’un bouton de réinitialisation.
La dite carte contient tout notre besoin pour commander le microcontrôleur, la connecter à un
ordinateur à travers un câble USB, pour faire fonctionner cette carte il faut simplement
l’alimenter avec un adaptateur CA / CC ou une batterie. (Annexe 3)
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40
Figure 37 : Arduino UNO
b. Identification des entrées / sorties de la maquette :
Notre boîte de vitesse contient plusieurs équipements qui assurent le bon fonctionnement du
système.
Pour simplifier le fonctionnement de notre boîte nous allons présenter les différents
équipements par des leds significatives et un buzzer.
Le tableau ci-dessous représente les différents entrés et sorties adaptés notre système.
Composant Nombre de
pins
Notation Caractéristique Fonction
LEDs 40
AP1 LED Vert Si l'arbre primaire 1 est en
marche
AP2 LED Vert Si l'arbre primaire 2 est en
marche
AS1 LED Vert Si l'arbre secondaire 1 est
en marche
AS2 LED Vert Si l'arbre secondaire 2 est
en marche
AS3 LED Vert Si l'arbre secondaire 3 est
en marche
N433
LED Vert Si l’électrovanne est en
position 3
LED Vert Si l’électrovanne est en
position 1
LED Jaune Si l’électrovanne est en
position neutre
N434
LED Vert Si l’électrovanne est en
position 5
LED Vert Si l’électrovanne est en
position 7
LED Jaune Si l’électrovanne est en
position neutre
N436
LED Vert Si l’électrovanne N436
fonctionne
LED Jaune Si l’électrovanne N436 est
prête à être activée
N437
LED Vert Si l’électrovanne est en
position 2
LED Vert Si l’électrovanne est en
position 4
LED Jaune Si l’électrovanne est en
position neutre
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41
N438
LED Vert Si l’électrovanne est en
position 6
LED Vert Si l’électrovanne est en
position marche arrière
LED Jaune Si l’électrovanne est en
position neutre
N440
LED Vert Si l’électrovanne N440
fonctionne
LED Jaune Si l’électrovanne N440 est
prête à être activée
K1
LED Vert Si l’embrayage k1
fonctionne
LED Jaune Si l’embrayage k1 est
prête à être activée
K2
LED Vert Si l’embrayage k2
fonctionne
LED Jaune Si l’embrayage k2 est
prête à être activée
DIFF LED Vert Si le différentiel
fonctionne
N435 LED Vert Si l’électrovanne N435
fonctionne
N439 LED Vert Si l’électrovanne N439
fonctionne
V401 LED Vert Le moteur électrique
fonctionne
ACC LED Vert Si la pression > 40 bars
et < 70 bars
Module
Bluetooth
1 Tx & Rx Bluetooth
Module de communication
entre le Pc et la carte
électronique
Nombre Total des pins 41
Tableau 6 : listes des entrées/sorties
c. Gestion des entrée/sorties :
Notre projet contient environ 41 entrées/sortie divers pour assurer la simulation parfaite de tout
le système.
Pour cela une solution de gestion de ces variables doit être appliquée pour minimiser
l’encombrement et le nombre de pins utilisé au niveau de notre unité de traitement.
Donc une solution pour gérer ces sorties doit être adapté.
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42
 Solution 1 : "EEPROM 28C16"
Le "EEPROM 28C16"est une mémoire à lecture programmable, effaçable électriquement et à
faible consommation d'énergie ave une capacité mémoire de 16K organisé en 2 048 mots de 8
bits.
Le "EEPROM 28C16" est accessible comme une RAM statique pour la lecture ou l’écriture des
cycles sans avoir besoin des composants externes. Lors d’une écriture d’octets l’adresse et les
données sont verrouillées en interne libérant ainsi l’adresse du microprocesseur et le bus des
données aux autres opérations. Après le début d'un cycle d'écriture, l'appareil passera à l'état
occupé et s'effacera automatiquement et insérer les données verrouillées en utilisant un
minuteur de contrôle interne.
La fin d'un cycle d'écriture peut être déterminée par DATA SONDAGE de I / O7. Une fois la
fin du cycle d'écriture est détectée, un nouvel accès pour une lecture ou une écriture peut
commencer.
 Caractéristiques :
- Ecriture rapide en octets - 200 µs ou 1 ms
- Temps d'accès en lecture rapide - 150 ns
- Minuterie de contrôle interne ;
- Effacement automatique avant écriture ;
- Contrôle direct par microprocesseur ;
- Faible consommation d’énergie et alimentation par 5V ± 10%;
- Conservation des données : 10 ans ;
- Entrées et sorties compatibles CMOS et TTL.
Désignation des Pins Fonctions
A0 - A10 Adresses
CE Chip Enable, active low
OE Output Enable, active low
WE Write Enable, active low
I/O0 - I/O7 Data Inputs/Outputs
NC No Connect
DC Don’t Connect
Tableau 7 : Tableau de la désignation des entrées/sorties du 28C16
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43
La "solution 1" indiqué ci-dessus n’est pas fiable car elle ne résolut pas notre problème initial
car on a besoin de 10 pins pour commander nos 8 sorties.
 Solution 2 : 74hc595 shift register:
Ce circuit référence 74HC595 est présenté en tant qu’un registre à décalage série, série ou sortie
parallèle 8 bits avec des sortie en 3 états (+, -, Z). En d’autres termes, il peut être utilisé pour
contrôler 8 sorties à la fois en utilisant que quelques broches sur le microcontrôleur.
En reliant plusieurs registres en série ou parallèle nous permet d’étendre la sortie encore plus.
Tout cela fonctionne par "communication série synchrone", c’est-à-dire qu’on peut pulser une
broche vers le haut et le bas, communiquant ainsi un octet des données au registre bit par bit.
C'est en branchant une seconde broche (la broche d'horloge).
Une fois que tout l'octet est transmis au registre les messages "HIGH" ou "LOW" contenus dans
chaque bit sont répartis sur chacune des broches de sortie individuelles. C'est la partie "sortie
parallèle" dont toutes les broches exécutent en même temps ce qui est demandé.
La partie "sortie série" de ce composant provient de sa broche supplémentaire qui permet
de transmettre à nouveau les informations série reçues du microcontrôleur. Cela signifie
qu’on peut transmettre 16 bits dans une rangée (2 octets) et que les 8 premiers traverseront
le premier registre vers le deuxième registre et y seront exprimés.
"3 états" signifient qu’on peut paramétrer les broches de sortie sur haute, basse ou haute
impédance. Contrairement aux états "HIGH" et "LOW", il n’est pas possible de régler
individuellement les broches sur leur état haut impédance. On peut assembler que la totalité de
la puce qui est une chose assez complexe à faire. (Annexe 4)
Désignation des Pins Fonctions
Q0 - Q7 Output Pins
Q7" Serial Out
MR Master Reclear, active low
SH_CP Shift register clock pin
ST_CP Storage register clock pin (latch pin)
OE Output enable, active low
DS Serial data input
Tableau 8 : Tableau de la désignation des entrées/sorties du 74hc595
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44
Figure 38 : Circuit 74hc595
Cette solution nous permet de commander plusieurs sorties en mettant en cascade plusieurs
registres ce qui diminue le nombre des sorties énormément de 40 pins en seulement 3.
 La deuxième solution est plus fiable à nos besoin afin d’assurer la bonne gestion
des sorties.
d. Le Buzzer :
Un buzzer est un composant qui fait une signalisation sonore. C'est une structure très petite
et compacte à 2 broches (+ et -).
Il existe deux types de buzzer disponibles. Un premier type simple qui utilise une tension
électrique pour générer un signal sonore continue jusqu’à relâchement du pin le deuxième type
utilise un pin de plus pour le signal. Celui qui est choisi dans notre projet est le premier type
qui est largement utilisé.
Caractéristiques et spécifications du buzzer choisi (Annexe 5):
 Tension nominale : 6V DC
 Tension de fonctionnement : 4 à 8V DC
 Courant nominal : < 30mA
 Type de son : Bip continu
 Fréquence de résonance : ~2300 Hz
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45
Figure 39 : Le Buzzer
e. Module Bluetooth
Pour des raisons de mobilité dans le centre de formation, une solution à distance doit être adapté
pour cela nous avons ajouté le module Bluetooth.
Le "HC-05" est un module très utilisé et qui peut ajouter une fonctionnalité sans fil
bidirectionnelle (duplex intégral).
Nous pouvons utiliser ce module pour communiquer entre un microcontrôleur comme "Arduino
uno" et tout autre appareil doté des fonctionnalités Bluetooth comme un téléphone ou un
ordinateur.
Le module communique à l’aide du protocole "UART" à une vitesse de 9600 bauds, ce qui
facilite son interfaçage avec tout microcontrôleur prenant en charge "UART".
Spécifications techniques (Annexe 6):
 Intervalle de communication : 10m
 Débit en baud supporté : 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800bps
 Courant de fonctionnement : 30mA
 Tension de fonctionnement : 4V à 6V (généralement + 5V)
Figure 40 : Brochage module Bluetooth HC-05
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46
Nombre du pin Nom du pin Description
1 Enable / Key Cette broche permet de basculer entre le
mode DATA (réglage bas) et le mode de
commande AT (réglage haut).
Par défaut c'est en mode Data.
2 Vcc Alimentation +5V
3 Ground La masse
4 Tx Tout ce qui est reçu via Bluetooth sera
transmis par cette broche sous forme de
données série.
5 Rx Toutes les données série données à cette
broche seront diffusées via Bluetooth
6 State Il peut être utilisé comme un feedback pour
vérifier si le Bluetooth fonctionne
correctement.
7 LED Indique le statut du module
8 Bouton activer pour basculer entre le mode DATA
et le mode commande
Tableau 9 : Description des pins
Dans notre cas, nous avons besoin d’un module sans fil qui pourrait transférer des données
de notre ordinateur à "Arduino" et ce module présente un bon choix pour notre projet.
2) Conception du circuit électrique de commande
Après avoir choisi tous les composants de notre maquette didactique nous nous allons passer
à la conception de notre circuit électrique.
 Montage :
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47
Figure 41 : Circuit de commande
 Analyse :
La figure ci-dessus présente le circuit électrique qui assure le fonctionnement de notre circuit.
Ce circuit est dédié pour réaliser les fonctions suivantes à base de notre "Arduino uno" :
 Affichage du rapport engagé sur les leds.
 Une tonalité du buzzer dans chaque changement d’un rapport à un autre.
 Communication Bluetooth/câble avec une interface graphique sur Pc.
 Calcul de la valeur des Résistances [3]:
Pour calculer la valeur des résistances affectées aux leds on applique la formule suivante :
𝑅 =
𝑈 𝑎𝑙𝑖𝑚 − 𝑈𝑙𝑒𝑑
𝐼
Uled : Tension de fonctionnement de la led en Volt.
Ualim : Tension d'alimentation Volt.
I : Intensité de fonctionnement de la Led.
R : Valeur de la résistance à utiliser.
𝑅 =
5 − 1.8
0.01
= 320Ω
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48
La valeur calculée n'est pas standard, donc pour 320 ohms, on choisit des résistances de valeur
330 ohms.
 Simulation :
Avant de passer à la réalisation pratique on a essayé de simuler le circuit de commande avec
‘ISIS’, ce logiciel permet aussi l’utilisation des outils de simulation (oscilloscope, voltmètre,
ampèremètre…).
Les deux figures ci-dessous représentent la simulation de notre circuit sur Proteus :
Figure 42 : Simulation du circuit rapport 1
Figure 43 : Simulation du circuit rapport en marche arriéré
 Programmation :
Le logiciel Arduino IDE est un puissant outil de développement riche en fonctionnalités et des
exemples de programmations. Il est conçu pour fournir le programmeur avec la solution la plus
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49
facile possible et de développer des applications pour systèmes embarqués sans compromettre la
performance ou le contrôle.
La Figure ci-dessous représente une partie du programme, le code source complet de la carte est
en Annexe 7.
Figure 44 : Programme implanté dans Arduino
3) Conception du circuit électrique de puissance
 Montage
Figure 45 : Circuit de puissance
 Analyse :
Le circuit de puissance est composé d’un transformateur abaisseur qui transforme à partir
du réseau alternatif (220V) une tension alternatif de 8V qui traverse le pont graetz. Le courant
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50
traverse ensuite le condensateur de filtrage puis à un régulateur 7805 vers un condensateur
de filtrage. Les composants situés dans la partie de puissance sont :
 Transformateur abaisseur de 220V AC vers 8V AC.
 Pont graetz pour le redressement.
 Les condensateurs pour assurer le filtrage de la tension.
 Régulateur de tension 7805.
 Fusible.
 Calcul de courant :
 Calcul du courant de 40 résistances 330 Ohms
𝐼40𝑟220 =
5
330
∗ 40 = 𝟔𝟎𝟔 𝒎𝑨
 Calcul du courant de 1 résistance 10 kOhms
𝐼1𝑟10𝑘 =
5
10000
∗ 1 = 𝟎. 𝟓 𝒎𝑨
 Calcul du courant de 40 diodes
𝐼29𝑙𝑒𝑑𝑠 = 40 ∗ 10 = 𝟒𝟎𝟎 𝒎𝑨
 Courant consommé par Arduino (annexe 3)
𝐼 𝑎𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜 = 𝟓𝟎 𝒎𝑨
 Courant consommer le buzzer (annexe 5)
𝐼 𝑏𝑢𝑧 = 𝟑𝟎 𝒎𝑨
 Calcul courant de 4 74Hc595 (annexe 4)
𝐼4ℎ𝑐 = 8 ∗ 4 = 𝟑𝟐 𝒎𝑨
 Courant consommé par le module Bluetooth (annexe 6)
𝐼ℎ𝑐5 = 𝟑𝟎 𝒎𝑨
 Le courant total :
𝐼𝑡𝑜𝑡 = 𝐼40𝑟220 + 𝐼1𝑟10𝑘 + 𝐼29𝑙𝑒𝑑𝑠 + 𝐼 𝑎𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜 + 𝐼 𝑏𝑢𝑧 + 𝐼4ℎ𝑐 + 𝐼ℎ𝑐5 = 𝟏𝟏𝟒𝟖, 𝟓 𝒎𝑨
 Le régulateur "LM7805" convient à notre besoin et délivre un courant égal à 1.5A selon
datasheet. (annexe 8)
𝑰𝒕𝒐𝒕 < 𝑰 𝟕𝟖𝟎𝟓
 Choix des condensateurs [2] :
Le choix des condensateurs a été fait à l’aide du datasheet du régulateur 7805.
Calcul de la valeur du condensateur de filtrage :
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51
𝐼 𝐶 = 𝐶 ∗
𝑑 𝑈𝐶
𝑑𝑡
On a Icmax=1.5 A, UcMAX = 8*√2 et UcMIN= 7.5V
Donc dUC = UcMAX – UcMIN et dt = 0.01s = 10ms
Ce qui donne
𝐶 =
𝐼 𝐶 ∗ 𝑑𝑡
𝑑 𝑈𝐶
=
1500 ∗ 10
UcMAX − UcMIN
= 3933.17 µ𝐹
Donc la valeur du condensateur la plus proche disponible au marché et de 4700 µF.
 Choix du pont de diode :
Afin de déterminer le choix du pont de diodes, il est nécessaire de savoir le courant consommé
qui égal à 1.2A. D’où notre pont diode doit supporter au minimum 2A.
 Transformateur :
Le transformateur qu’on va utiliser est un transformateur abaisseur :
 Entré : AC 220-240V avec une fréquence 50 HZ
 Sortie : AC 8V avec une fréquence 50 HZ
 Courant de sortie : 3 A
Ce transformateur répond à notre besoin car la consommation de courant ne dépasse pas 1.2A.
 Choix du port fusibles et le fusible :
Nous allons utiliser un fusible en amant du circuit de puissance pour protéger notre circuit, la
valeur de ce fusible est à 1.5A.
Aussi bien nous avons choisi un port fusible qui supporte jusqu’à 5A.
 Calcul de la résistance du fils conducteur :
Pour calculer la résistance du câble on applique l’équation suivante :
𝑅 = 𝜌 ∗
𝐿
𝑆
Avec :
 R : Résistance du fils en Ω
 L : Longueur du fils en mètre.
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52
 S : La section du fils en m²
 𝜌 : La résistivité en Ω.m avec 𝜌 𝑐𝑢𝑖𝑣𝑟𝑒
= 17 ∗ 10−9
Ω. 𝑚
 𝐷 : Diamètre en m
On commence par le calcul de la section du fil :
𝑆 = 3.14 ∗
𝐷2
4
= 3.14 ∗
0.00052
4
= 1.96 ∗ 10−7
𝑚²
On a L = 3 m qui s’agit du chemin le plus long de notre câblage.
𝑅 = 𝜌 ∗
𝐿
𝑆
= 17 ∗ 10−9
∗
3
1.96 ∗ 10−7
= 0.26 Ω
La résistance interne du fils conducteur est très faible donc on ne risque pas de perdre nos
données.
 Simulation :
Le circuit ci-dessous présente la simulation de notre circuit de puissance.
Figure 46 : Simulation du circuit de puissance
V. Interface graphique
L’architecture du logiciel qu’on veut développer est très complexe de point de vue
programmation car elle contient plusieurs scénarios et donnés.
Donc ça nécessite une intégration des différents outils de création de logiciels et diffèrent
langues de programmation pour le réaliser.
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53
1) Logiciel de Programmation :
Notre choix a été ciblé vers "Visual studio" crée par Microsoft, car il permet le développement
rapide d’applications, ne nécessite aucune licence, la création d’interface utilisateur graphique
et l’accès facile est rapide au différents composantes.
Un programme en VB peut être développé en utilisant les composants fournis avec Visual basic
Ainsi Visual studio contient plusieurs langage de programmation tel que VB.NET, C++, C#,
Java, Python, JavaScript.
Figure 47 : Visual studio 2015
Programmer en VB est un mélange de plusieurs taches, comme disposer visuellement les
composants et contrôler sur les formulaires, définir les propriétés et les actions associées à ce
composant et enfin ajouter un code pour créer des fonctionnalités.
Dans l’IDE les formulaires sont créés en utilisant la technique de Glisser-déposer, permettant
de disposer des contrôles (Case à cocher, bouton, Timer, boite a saisi…)
"Visuel Studio" permet de créer des applications exécutables (fichiers .EXE), des contrôles
ActiveX ou des DLL, mais son usage principal est la réalisation d’application Windows.
A la fin de la programmation un fichier d’installation est créé par VB pour simplifier la
manipulation par l’utilisateur.
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54
2) Conception de l’interface :
a. Interface d’accueil :
On lançant l’application une fenêtre s’affiche comme le montre la figure ci-dessous :
Figure 48 : Interface d’accueil
Cette interface présente une introduction générale sur la société d’accueil, l’université, titre
du projet, la réalisation de cette application, l’encadrement et aussi la date et l’horaire.
Ainsi que pour des raisons de sécurité et de protection et pour accéder à l’interface de simulation
une saisie de mot de passe est obligatoire. Lors de la saisie du bon mot de passe un message
de confirmation s’affiche et puis une redirection automatique sera réalisée.
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55
b. Interface de simulation :
Une fois le mot de passe est saisie une page s’affiche comme l’indique la figure ci-dessous :
Figure 49 : Interface de simulation
Pour réaliser cette interface graphique nous avons fait une combinaison entre plusieurs
composants d’une manière avancée pour réussir à une simulation plus proche du réel.
On peut distinguer trois grandes parties sur cette interface :
 1 : Cette partie représente le circuit d’huile avec ses différents équipements, l’État de
chacune est présenté par un LED vert (marche) et jaune (prés à être engagé) avec le nom
du composant, à côté aussi dans la partie en bas à droite on distingue un bouton légende
en le cliquant une liste s’affiche avec toutes les abréviations des composants.
Figure 50 : Légende circuit d’huile
 Un manuel d’utilisation pour expliquer la manipulation de l’application.
 Un simulateur de défaut pour simuler plusieurs défauts possibles dans la boite.
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56
Figure 51 : Simulateur de défaut
 2 : Cette partie présente l’interface de commande de notre simulateur elle contient :
 Un afficheur "7 segments" pour afficher le rapport.
 Un afficheur pour le régime moteur.
 Un afficheur vitesse du véhicule.
 Un afficheur de pression qui varie de 0 jusqu’à 100 bars, ainsi qu’un variateur
numérique pour la saisie de la valeur de la pression dans l’accumulateur.
 Un afficheur de température qui varie entre 0 et 300°
Celsius, ainsi qu’un
variateur numérique pour la saisie de la valeur de la température.
 Une case d'option entre le mode en ligne et hors ligne (en ligne : en
communication avec la carte, hors ligne : simulation interne).
 Un menu de sélection du port de communication
 Un bouton démarrer pour le démarrage du véhicule, aussi un bouton pour
la désactivation du mode parking.
 Une boîte combinée (combobox) pour choisir le mode de conduire (drive, sport,
neutre, marche arrière).
 Une boîte combinée (combobox) pour choisir la commande manuelle ou
automatique.
 Deux boutons pour la commande on mode manuel.
 3 : Cette partie présente un concept de la boite à vitesse avec ses différents arbres
de transmission, l’État de chacune des arbres est présenté par une LED vert (marche)
et jaune (prés à être engagé) avec le nom du composant à côté aussi dans la partie
en bas à droite en voit un bouton légende en la cliquant une liste s’affiche avec toutes
les abréviations des arbres.
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57
Figure 52 : Légende des arbres de transmission
 Un document PDF sur la boite DSG fournit par le constructeur Volkswagen.
Figure 53 : Bibliothèque
c. Programmation
La Figures ci-dessous représente une partie du programme saisie sous le langage
de programmation "Visual basic" Le programme complet de l’interface est dans l’Annexe 9.
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58
Figure 54 : Programme sous Visual studio
d. Simulation :
La simulation des changements des rapports se fait en temps réel, les figures ci-dessous
présentent la simulation en marche arrière et aussi en mode drive.
Figure 55 : Simulation en mode marche arrière
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59
Figure 56 : Simulation en mode drive deuxième rapport
En cas de défaut dans la sous boite 1, le mécatronique passe en mode dépannage c'est-à-dire la
boite DSG fonctionne en 2éme rapport seulement et ce pour permettre au conducteur à rejoindre
la plus proche station de réparation.
Figure 57 : simulation de défaut dans la sous boite 1.
VI. Conclusion
Dans ce chapitre, on a illustré une étude générale sur les différentes caractéristiques techniques
de chaque partie du système afin de les mieux exploiter dans la réalisation pratique développée
dans le chapitre suivant.
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60
Chapitre 3 : Réalisation de la maquette :
I. Introduction :
Dans ce chapitre nous allons voir une description détaillée de la maquette ainsi que la réalisation
pratique adoptée pour répondre aux spécifications de notre besoin en abordant la conception de
chaque partie du système afin d’obtenir une schématisation et réalisation complètes et précises
de notre système.
II. Les Logiciels utilisés :
 Proteuse 8 (ISIS) :
Pour l’édition et le routage de mes cartes on a utilisé le logiciel "Proteus 8 ISIS" (Intelligent
Schématique Input System).
Le logiciel "Proteus" est dédié à la conception assisté par ordinateur des circuits électroniques
et de leurs simulations basé sur des modèles de composants électroniques réalisés dans PSpice.
Le logiciel "Proteus Professional" a la possibilité de simuler le fonctionnement des dispositifs
programmables tel que microcontrôleurs, microprocesseurs, DSP (digital signal processor)
et autres, le logiciel "Proteus Professional" a entre autre un système de conception de cartes de
circuits à imprimés.
Figure 58 :Proteuse ISIS
Les fonctionnalités du logiciel sont :
 L’édition de schéma par le module ISIS
 Routage et bibliothèque de composants par le module ARES
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61
III. Circuit électronique :
Notre stratégie dans la réalisation pratique est basée sur la simplicité des montages pour assurer
le bon fonctionnement de notre carte et réduire le nombre des connexions avec moindre coût.
1) Circuit alimentation :
 Montage :
Le circuit ci-dessous présente le circuit d’alimentation réalisé sous Proteus ISIS.
Figure 59 : circuit d’alimentation sous ISIS
 Routage du Carte :
Figure 60 : Routage circuit d’alimentation sous ARES
 Réalisation du circuit :
Figure 61 : Circuit d’alimentation final
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62
 Liste des composants :
Le tableau suivant représente la liste et le coût des composants de la carte d’alimentation :
Composant Nombre Prix unitaire en millime
Régulateur 7805 1 550
Dissipateur thermique 1 1700
Pont de diode KBL 406 1 1500
Porte fusible 5x20 1 900
Fusible 1 150
Bornier 2P 2 550
Condensateur 2 300
Impression circuit 1 15 000
Somme totale 21 500
Tableau 10 : Liste des composants du circuit d’alimentation
2) Circuit de commande :
 Montage :
Le circuit ci-dessous présente le circuit de commande réalisé sous Proteus ISIS.
Figure 62 : Circuit de commande sous ISIS
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63
 Routage du Carte :
Figure 63 : Routage circuit de commande sous ARES
 Réalisation du circuit
Figure 64 : Circuit de commande final
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64
 Liste des composants :
Le tableau suivant représente la liste et le coût des composants de la carte d’alimentation :
Composant Nombre Prix unitaire en millime
Bornier 2P 22 550
Bornier 3P 1 850
Résistance 330 Ohm 40 42
Résistance 10 KOhm 1 40
Résistance 220 Ohm 1 40
SN 74Hc 595 5 2200
Support 16 pins 5 300
Buzzer 1 450
HC-05 1 30 000
Arduino Uno 1 65 000
Fils connecteur 1 1200
Barrette M/F 40P 1 1100
Impression circuit 1 30 000
Somme totale 153 860
Tableau 11 : Liste des composants du circuit de commande
IV. Réalisation du Support Maquette :
1) Matière première :
 Support en tube alliage aluminium 6060 de dimensions 40×40 épaisseurs 2 mm
 Des Bouchons 40x40.
 Des vis à tête cylindrique à six pans creux.
 Boite d’isolement.
 4 Roues.
2) Réalisation du support :
Les figures si dessous présentent les tubes en aluminium 40x40 épaisseur 2mm après le
découpage.
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65
Figure 65 : Pièces de la maquette.
Après le découpage on a procédé à l’assemblage les différentes parties du support comme
présente les figures ci-dessous.
Figure 66 : Assemblages des roues
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66
Figure 67 : Assemblages de différentes pièces du support.
Fixation des goulottes pour passage des fils électrique afin de protéger les circuits électriques
ainsi que pour des raisons de sécurité celle de protéger les formateurs, les employées et les
stagiaires contre les chocs électriques.
Figure 68 : Fixation des goulottes
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67
Figure 69 : Câblage et le soudage des leds.
Figure 70 : Assemblage des cartes électroniques.
3) Maquette finale :
On présente dans la figure ci-dessous notre maquette didactique.
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68
Figure 71 : Maquette finale.
V. Etude technico-économique
L’étude technico-économique nous a permis d’évaluer le cout total de la réalisation de notre
maquette didactique et aussi d’assurer la rentabilité du projet.
Le coût de notre maquette didactique touche les 3000 €, dans notre cas on a essayé de trouver
un compromis entre les fonctionnalités disponible sur notre maquette afin de minimiser le coût
total.
Le tableau suivant résume les couts pour la réalisation de notre maquette :
Désignation Quantité Prix en millime
Tube 3 277.300
Roues 4 80.000
Maquette sous PVC 1 100.000
Boitier 1 11.700
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69
Goulottes 3x2m 13.500
Cartes électroniques 2 175.360
Câbles 20 m 10.000
Leds + boutons 40 Leds + 2 Boutons 11.000
TOTAL 678.950
Tableau 12 : liste du coût total.
VI. Conclusion
Ce dernier chapitre a été entamé par une réalisation pratique de notre maquette en exploitant
une méthodologie d’analyse hiérarchique.
Enfin, le tout a été couronné par la réalisation d’une maquette didactique d’une boite de vitesse
DSG-0AM.
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70
Conclusion générale
Dans la conception des systèmes mécatroniques automobile, le modèle
et la simulation ont un rôle central. C’est à partir de ce contexte que nous avons
débuté à l’élaboration de ce travail dans le cadre du projet de fin d’étude qui nous
a permis d’approfondir nos connaissances pratiques en mécatronique et d’acquérir
une bonne expérience au niveau de la réalisation fonctionnel. Notre démarche
pour l’accomplissement de notre projet a débuté par une bonne compréhension
du système ce qui nous a permis de bien intégrer en synergie la mécanique,
l’électronique et l’informatique dans la conception et la fabrication de notre
maquette en vue d’assurer sa fonctionnalité et d’avoir une bonne efficacité.
Nos disciplines requises en Mécatronique nous a permis d’impliquer nos
connaissances afin de les contribuer en cohérence dans notre projet ce qui a résulté
à optimiser une efficace conception, l’opportunité d’une meilleure performance
et une bonne fiabilité.
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71
Références bibliographiques
[1] La boîte DSG à double embrayage à 7 rapports 0AM, Conception et fonctionnement -
Volkswagen AG, Service Training VSQ-1, Brieffach 1995, 38436 Wolfsburg.
[2] l'électronique à la portée de tous - Guy Isabel -DUNOD, Paris, 2000 pour la nouvelle
édition.
[3]Hacking electronics – Dr Simon Monk- by The McGraw-Hill Companies.
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72
ANNEXES
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73
Annexe 1 :
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74
Annexe 2 :
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75
Annexe 3 : Arduino uno
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76
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77
Annexe 4 : SN 74 HC595
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78
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79
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80
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81
Annexe 5 : Buzzer
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82
Annexe 6 : Module Bluetooth HC-05
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83
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84
Annexe 7 : Programme Arduino
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85
Annexe 8 : Régulateur 7805
Conception et réalisation d’une maquette didactique
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Conception et réalisation d’une maquette didactique
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  • 1. Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Polytechnique Internationale Privée de Tunis Année Universitaire : 2018/2019 Projet de Fin d’Etudes Pour obtenir le diplôme de Ingénieur en Mécatronique Présenté et réalisé par : Oussama BEN SGHAIER Septembre 2019 Préparé au sein de : Entreprise ENNAKL Automobiles JURY M. Enseignant à Polytech Intl Président M. Rapporteur M. Encadrant Industriel M. Encadrant Académique Conception et réalisation d’une maquette didactique d’une boite de vitesse DSG-0AM
  • 2. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER Remerciements Au terme de ce travail, je tiens à rendre un grand hommage aux vertus de ceux qui m’ont prêté leur généreuse assistance et apporté un appréciable soutien. Je tiens à exprimer également ma profonde gratitude et mes sincères respects à M. BEN YEDDER Lassaad pour m’avoir accueilli au sein d’Ennakl Automobiles, pour son direction et pour m’avoir donné l’attitude nécessaire afin de mener à bien mon stage. Je tiens également à exprimer mes plus vifs remerciements à Monsieur LTIFI Karim. Je remercie également tous ceux qui m’ont aidé à la contribution de ce projet de fin d’études. Enfin, avec tout le respect accordé par tous les membres de jury pour me faire l’honneur d’avoir bien accepté d’évaluer le présent travail, je vous accorde mes vifs sentiments.
  • 3. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER Sommaire Liste des figures ........................................................................................................................ 6 Liste des tableaux ..................................................................................................................... 9 Introduction générale............................................................................................................... 1 Chapitre 1 : Etude bibliographie ......................................................................................... 3 I. Introduction :................................................................................................................... 3 II. Présentation général d’Ennakl automobiles : .............................................................. 3 1) Informations générales :........................................................................................... 3 2) Les activités : ........................................................................................................... 3 3) Réseau de la société :............................................................................................... 4 4) Organigramme de la société..................................................................................... 4 III. Problématique et cahier des charges............................................................................ 5 1) Problématique .......................................................................................................... 6 2) Cahier des charges ................................................................................................... 6 IV. Généralités sur les boites de vitesses........................................................................... 7 1) La boite de vitesses mécanique................................................................................ 7 2) La boite de vitesses automatique ............................................................................. 7 3) La boite DSG à double embrayage .......................................................................... 8 V. Etude structurelle [1] ................................................................................................... 9 1) Caractéristiques de la boite DSG ............................................................................. 9 2) Le levier sélecteur.................................................................................................... 9 3) Mécatronique de la boite DSG « J743 »................................................................ 11 4) L’unité de commande électro hydraulique ............................................................ 12 5) La pompe hydraulique ........................................................................................... 13 6) Le moteur de pompe hydraulique "V401"............................................................. 14
  • 4. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 7) Transmetteur de pression hydraulique et vanne de limitation de pression ............ 15 8) Les électrovannes................................................................................................... 15 9) Les arbres de transmission :................................................................................... 17 VI. Etude descriptif de la boite DSG ............................................................................... 20 1) Circuit hydraulique du changement des rapports des vitesses............................... 20 2) Synchronisation des rapports................................................................................. 21 3) Cheminement de la force ....................................................................................... 21 4) Changement de rapport.......................................................................................... 23 VII. Conclusion................................................................................................................. 24 Chapitre 2 : Etude et conception........................................................................................ 25 I. Introduction :................................................................................................................. 25 II. Analyse Fonctionnelle............................................................................................... 25 1) Analyse fonctionnelle du besoin............................................................................ 25 2) Identification des fonctions de services ................................................................. 27 3) Rédaction du cahier de charge fonctionnelle :....................................................... 31 4) Analyse fonctionnelle technique :.......................................................................... 32 III. Conception mécanique .............................................................................................. 34 1) Etude mécanique de la maquette : ......................................................................... 34 2) Simulation du support :.......................................................................................... 35 3) Choix des roues...................................................................................................... 37 4) Choix de la boite.................................................................................................... 37 IV. Conception électrique................................................................................................ 38 1) Schéma synoptique : .............................................................................................. 38 2) Conception du circuit électrique de commande..................................................... 46 3) Conception du circuit électrique de puissance....................................................... 49 V. Interface graphique.................................................................................................... 52 1) Logiciel de Programmation : ................................................................................. 53
  • 5. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 2) Conception de l’interface :..................................................................................... 54 VI. Conclusion................................................................................................................. 59 Chapitre 3 : Réalisation de la maquette :.......................................................................... 60 I. Introduction :................................................................................................................. 60 II. Les Logiciels utilisés : ............................................................................................... 60 III. Circuit électronique : ................................................................................................. 61 1) Circuit alimentation : ............................................................................................. 61 2) Circuit de commande :........................................................................................... 62 IV. Réalisation du Support Maquette : ............................................................................ 64 1) Matière première :.................................................................................................. 64 2) Réalisation du support : ......................................................................................... 64 3) Maquette finale : .................................................................................................... 67 V. Etude technico-économique ...................................................................................... 68 VI. Conclusion................................................................................................................. 69 Conclusion générale ............................................................................................................... 70 Références bibliographiques ................................................................................................. 71 ANNEXES ............................................................................................................................ 72
  • 6. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER Liste des figures Figure 1: Les marques des voitures de la société ENNAKL 3 Figure 2 : Réseau de la société ENNAKL 4 Figure 3 : Organigramme Direction Générale 5 Figure 4 : Boite de vitesses mécanique 7 Figure 5 : Boite de vitesse automatique 8 Figure 6 : La boite DSG à double embrayage 8 Figure 7 : Levier sélecteur et Tiptronic sur le volant 11 Figure 8 : Disposition des capteurs de la mécatronique 12 Figure 9 : Les composants de la mécatronique 13 Figure 10 : La pompe hydraulique 14 Figure 11 : Le moteur de pompe hydraulique 14 Figure 12 : Le transmetteur de pression et la vanne de limitation 15 Figure 13 : Les électrovannes des positionneurs hydrauliques 16 Figure 14 : Les électrovannes des positionneurs hydrauliques 16 Figure 15 : Les électrovannes des actionneurs d’embrayage 17 Figure 16 : Boite vitesse concept 17 Figure 17 : Arbre primaire 1. 18 Figure 18 : Arbre primaire 2. 18 Figure 19 : Arbre secondaire 1 19 Figure 20 : Arbre secondaire 2 19 Figure 21 : Arbre secondaire 3 20 Figure 22 : Circuit d’huile 20 Figure 23 : Principe de passage des differents rapports. 22 Figure 24 : Changement de rapport 24 Figure 25 : Diagramme bête à corne 26 Figure 26 : Diagramme de pieuvre 27 Figure 27 : Histogramme des fonctions de service 30 Figure 28 : Elaboration de diagramme FAST 32 Figure 29 : Diagramme FAST 33 Figure 30 : Conception de la maquette sur Solidwrks18 35 Figure 31 : Contrainte de "Von mises" de la maquette 35
  • 7. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER Figure 32 : Déplacement en mm 36 Figure 33 : Déformation Equivalente 36 Figure 34 : Roues LRA-VPA 50G-FI 37 Figure 35 : Boite électrique. 37 Figure 36 : Schéma synoptique du circuit électrique 38 Figure 37 : Arduino UNO 40 Figure 38 : Circuit 74hc595 44 Figure 39 : Le Buzzer 45 Figure 40 : Brochage module Bluetooth HC-05 45 Figure 41 : Circuit de commande 47 Figure 42 : Simulation du circuit rapport 1 48 Figure 43 : Simulation du circuit rapport en marche arriéré 48 Figure 44 : Programme implanté dans Arduino 49 Figure 45 : Circuit de puissance 49 Figure 46 : Simulation du circuit de puissance 52 Figure 47 : Visual studio 2015 53 Figure 48 : Interface d’accueil 54 Figure 49 : Interface de simulation 55 Figure 50 : Légende circuit d’huile 55 Figure 51 : Simulateur de défaut 56 Figure 52 : Légende des arbres de transmission 57 Figure 53 : Bibliothèque 57 Figure 54 : Programme sous Visual studio 58 Figure 55 : Simulation en mode marche arrière 58 Figure 56 : Simulation en mode drive deuxième rapport 59 Figure 57 : simulation de défaut dans la sous boite 1. 59 Figure 58 :Proteuse ISIS 60 Figure 59 : circuit d’alimentation sous ISIS 61 Figure 60 : Routage circuit d’alimentation sous ARES 61 Figure 61 : Circuit d’alimentation final 61 Figure 62 : Circuit de commande sous ISIS 62 Figure 63 : Routage circuit de commande sous ARES 63 Figure 64 : Circuit de commande final 63
  • 8. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER Figure 65 : Pièces de la maquette. 65 Figure 66 : Assemblages des roues 65 Figure 67 : Assemblages de différentes pièces du support. 66 Figure 68 : Fixation des goulottes 66 Figure 69 : Câblage et le soudage des leds. 67 Figure 70 : Assemblage des cartes électroniques. 67 Figure 71 : Maquette finale. 68
  • 9. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER Liste des tableaux Tableau 1 : Caractéristiques de la boite DSG 9 Tableau 2 : Synchronisation des rapports 21 Tableau 3 : hiérarchisation des fonctions de service 30 Tableau 4 : critères des fonctions 31 Tableau 5 : Etude de cas 33 Tableau 6 : listes des entrées/sorties 41 Tableau 7 : Tableau de la désignation des entrées/sorties du 28C16 42 Tableau 8 : Tableau de la désignation des entrées/sorties du 74hc595 43 Tableau 9 : Description des pins 46 Tableau 10 : Liste des composants du circuit d’alimentation 62 Tableau 11 : Liste des composants du circuit de commande 64 Tableau 12 : liste du coût total. 69
  • 10. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 1 Introduction générale Le secteur de l’industrie automobile ne cesse d'évoluer dans le monde entier. Il s'appuie sur un réseau d'entreprises industrielles et prend une place importante dans les grands pays industriels. Le constructeur Volkswagen a connu un essor considérable essentiellement dans le secteur de production et de commercialisation d’automobiles à l'échelle international. Volkswagen est devenue aujourd'hui un leader sur le marché Tunisien. La boite de vitesse, qui est considéré l’une des principaux pièces de l’automobile, est l’objet d'une concurrence redoutable entre plusieurs marques mondiales. En conséquence, l'apparition de la boîte à vitesse mécanique en Europe et aux Etats Unis ainsi que la boîte automatique au Japon pousse à découvrir une nouvelle génération des boîtes de vitesse. De ce fait, le groupe Volkswagen a mis une stratégie et s'est fixé comme objectif de combiner les avantages de ces deux types de boîtes pour inventer une nouvelle génération robotisée et à la fois manuelle et automatique sous le nom de : DSG à double embrayage, et ce afin de présenter une innovation technologique, de satisfaire la clientèle et de préserver son image de marque. Dans le but d’initier et de former les agents ainsi que le cadre technique de toutes nouveautés de la mécanique automobile, les responsables du groupe Volkswagen ont mis en évidence et régulièrement un programme de session des formations qui nécessitent des moyens didactiques répondant à aux exigences et aux besoins. C'est dans ce contexte que le représentant de la marque Volkswagen en Tunisie "ENNAKL Automobiles" a proposé de réaliser, dans Je cadre du présent Projet de Fin d'Etudes, une maquette didactique pour simuler les principes de fonctionnement des boîtes de vitesse DSG à double embrayage à 7 rapports. C’est dans ce contexte et dans le cadre de notre Projet de Fin d'Etudes que le représentant du constructeur Volkswagen en Tunisie "ENNAKL Automobiles" nous a confié le Projet d’étude et de confection d’une maquette didactique pour simuler les principes de fonctionnement des boîtes de vitesse DSG à double embrayage à 7 rapports. Notre travail est reparti en trois chapitres qui contiennent : 1. Le premier chapitre intitulé" Etude bibliographie", nous allons tout d'abord présenter la problématique, le cadre du travail et ensuite la présentation structurelle et fonctionnelle de la boîte de vitesse.
  • 11. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 2 2. Le second chapitre intitulé "Etude et conception" est consacré à l'étude de la maquette. Cette étude se compose de : a. Une analyse fonctionnelle du système ; b. Une étude mécanique pour la conception du support de la maquette ; c. Une étude d’ingénierie électrique afin de choisir les différents composants ; d. La conception de l’interface graphique. 3. Le troisième chapitre est dédié à la réalisation de la maquette dont on va présenter les différentes étapes suivies dans la réalisation de la maquette didactique.
  • 12. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 3 Chapitre 1 : Etude bibliographie I. Introduction : Le développement du secteur de l’automobile est une étape essentielle dans le développement économique de notre pays. En effet, Ennakl automobiles est une des plus grandes sociétés chargées de cette fonction. La tendance croissante et sans cesse de ce secteur ainsi que l’évolution de la demande au cours des dix dernières années à un rythme élevé, cette évolution traduit d’une part l’effet important d’industrialisation du pays et d’autre part l’amélioration sensible du niveau de vie. L’objectif de ce chapitre est de présenter la Société Ennakl automobiles ainsi que sa mission, organigramme ensuite les caractéristiques de conception et le fonctionnement de la mécatronique de la boite de vitesses DSG. II. Présentation général d’Ennakl automobiles : 1) Informations générales : Ennakl Automobiles est l’importateur officiel et le concessionnaire en Tunisie des marques Volkswagen, Audi, Porsche, Seat et Skoda.  Dénomination social: ENNAKL Automobiles  Siège social : Z.I CHARGUIA II BP 129 Tunis  Date de constitution : 15/02/1965  Capital : 30.000.000 DT  Effectif : 350 Employés Figure 1: Les marques des voitures de la société ENNAKL 2) Les activités : Les activités de la société ENNAKL se résument en :  Activités commerciales :
  • 13. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 4  Vente de différentes marques de véhicules (VOLKSWAGEN, BERLIET, AUDI, PORSCHE, SEAT, Škoda).  Vente des pièces de rechange.  Vente de l’huile synthétique et minérale.  Service après-vente :  Entretien (inspection, service rapide…)  Réparation (réparation de système hydraulique, électronique mécanique…) 3) Réseau de la société : Le réseau d’ENNAKL automobile est réparti en Tunisie comme il est indiqué sur la figure ci- dessous : Figure 2 : Réseau de la société ENNAKL 4) Organigramme de la société La figure si dessous présente l’organigramme d’Ennakl qui présente un aperçu général de sa hiérarchie :
  • 14. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 5 Figure 3 : Organigramme Direction Générale III. Problématique et cahier des charges Le sujet est intitulé "Conception et réalisation d’une maquette didactique d’une boite de vitesse DSG-0AM". Ce banc d’essai est destiné pour la formation des personnels au sien de Volkswagen. Le but de ce projet est de représenter de façon accessible le fonctionnement de la boite DSG-0AM et de maitriser les changements d’état des différentes pièces mécaniques lors de la variation de vitesse opéré à partir du levier de sélecteur de vitesse.
  • 15. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 6 1) Problématique La boite de vitesse DSG-0AM et sa boite mécatronique est un système complexes qui nécessite une maitrise approfondie de la technologie et des fonctionnalités de chaque équipements. La société ENNAKL Automobiles a proposé de mettre en œuvre une maquette démonstratrice dédiée à la formation des techniciens et des étudiants sur ce type de système. C’est dans ce contexte que s’est produit notre Projet de fin d’études. 2) Cahier des charges A partir de la problématique notée par l’entreprise, nous avons pu fixer le cahier des charges qui se présente comme suit : Titre du Projet : Conception et Réalisation d’une Maquette didactique d’une boite DSG-0AM. Cadre du travail : Centre de formation de la société Ennakl. Travail demandé :  Savoir les caractéristiques techniques de la boite DSG-0 AM.  Maitriser la structure d’une boite DSG :  Savoir les différents modes de conduite (Mode parking ‘P’, Mode marche arrière ‘R’, Mode neutre ‘N’, Mode Drive ‘D’, Mode sport ‘S’).  Distinguer les arbres responsables pour la transmission de mouvement.  Identifié et mieux maitriser les types d’engrenages, les types de dentures et les type de roulements qui sont utilisé pour assurer la transmission de vitesse.  Maitriser la structure et le principe de fonctionnement de la boite mécatronique.  Savoir et identifier tous les types de capteurs utilisés dans la boite DSG.  Maitriser la boite en point de vue fonctionnel :  Principe de fonctionnement de la boite mécatronique.  Identifier les arbres de la boite pour chaque vitesse.  Identifier et maitriser les conditions d’activation des électrovannes pour chaque mode choisit.  Comprendre le principe de fonctionnement du circuit d’huile et du circuit hydraulique.  Concevoir une solution pour la maquette didactique :  Concevoir un support convenable pour la maquette.  Choisir les composants qui représente et simplifie les fonctionnalités de la boite.  Interfaçage et commander la maquette.
  • 16. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 7 IV. Généralités sur les boites de vitesses Une boite de vitesses c’est une boîte qui permet de faire varier le rapport de la vitesse de rotation des roues à celle du moteur. 1) La boite de vitesses mécanique La boîte de vitesses manuelle aussi dite boîte de vitesses mécanique est la plus connue. Le principal avantage de cette boite qu'elle comporte et fournit au conducteur une maîtrise complète du changement des rapports. Si le conducteur a besoin d'adopter une conduite sportive, il pourra allonger chaque vitesse jusqu'au seuil limite du régime (environ 5000 tr/min). Aussi le conducteur peut conduire d’une manière souple et calme en effectuant les changements de rapport à faible régime (environ 1800 tr/min). Figure 4 : Boite de vitesses mécanique 2) La boite de vitesses automatique La boîte de vitesses automatique contient un système capable de déterminer de manière autonome le meilleur rapport de transmission. Ce type de boîte détermine d’une manière seul le rapport de transmission grâce à des informations acquis des capteurs et calculateurs comme le couple et la vitesse de rotation du moteur, l'appui de la pédale d'accélération, la vitesse du véhicule, le mode de fonctionnement de la boite, le couple résistant du véhicule et d'autres fonctions plus avancer et complexes qui dépendent du niveau technologique de la boîte.
  • 17. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 8 Figure 5 : Boite de vitesse automatique 3) La boite DSG à double embrayage La boite DSG (Direct Shift Getriebe) "boîte de vitesses robotisée à double embrayage" à sept rapports est une boite mécanique à commande électrique qui apporte plusieurs avantages par rapport à une boite mécanique manuelle : un grand confort surtout lors du changement de rapports ultra rapide sans à-coups qui s’effectue sans interruption de la force motrice, améliorer l’accélération et la nervosité du moteur pouvant atteindre un couple maxi de 250Nm avec une meilleure consommation d’essence, aucune perte de traction , préserve la mécanique en évitant les mauvais changements de rapports Dans ce que suit nous allons faire une description détaillée de la nouvelle boite DSG la manière de transmission du couple, les composants, mode de fonctionnement et le module mécatronique. Figure 6 : La boite DSG à double embrayage Avec la nouvelle génération des boîtes de vitesses DSG à double embrayage, Volkswagen présente deux innovations mondiales :
  • 18. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 9  Une boîte de vitesses qui utilise 7 rapports pour un véhicule traction avant.  Une boîte DSG dotée d’un double embrayage à sec. V. Etude structurelle [1] 1) Caractéristiques de la boite DSG La boîte DSG-0AM à double embrayage à 7 rapports présente une nouvelle génération des boîtes à vitesses du groupe Volkswagen ainsi qu’une grande loupe technologique de Volkswagen.  Caractéristiques de conception : Conception modulaire de la boîte de vitesses : l’embrayage, la mécatronique et la boîte de vitesses constituent chacun une unité :  Double embrayage (K1 et K2) à sec  Réservoir d’huile pour le module mécatronique qui est séparée de la boîte mécanique avec remplissages à vie.  7 rapports sur 4 arbres  Pompe à huile activée en fonction des besoins pour débiter une pression.  Aucun échange ou dissipation de chaleur huile/eau  Caractéristiques techniques : Le tableau si dessous présente les caractéristiques techniques de notre boite. Désignation 0AM Poids Environ 70kg, embrayage compris Couple 250N Rapports 7 rapports de marche avant, 1 rapport de marche arrière Extension 8.1 Mode de fonctionnement Mode automatique et mode tiptronic Volume d’huile-boite de vitesse 1,7 litre – G 052 171 Volume d’huile-module mécatronique 1,0 litre huile pour le centrale hydraulique- huile de direction assistée G 004 000 Tableau 1 : Caractéristiques de la boite DSG 2) Le levier sélecteur Le levier sélecteur de la boite DSG a une mode de fonctionnement identique à celle des véhicules qui sont équipés d'une boîte automatique.
  • 19. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 10 La boîte DSG-0AM a une fonctionnalité de permuter les vitesses en mode Tiptronic/Manuel. Le levier sélecteur a aussi deux autres fonctionnalités c’est de verrouiller le levier et le blocage de retraire la clé de contact Présentation des postions du levier sélecteur :  P – Parking Afin de changer cette position il faut déplacer le levier tout en gardant le contact d’allumage en fonctionnement et en actionnant la pédale de frein, en plus de ça il faut libérer le levier en enfonçant la touche de déverrouillage.  R – Marche Arriéré Afin de faire fonctionner ce rapport il faut détenir la touche de déverrouillage enfoncée.  N – Position Neutre Dans cette position, la boîte de vitesse se trouve au point mort. Si le levier sélecteur reste dans cette position pendant un certain temps, la pédale de frein doit à nouveau être actionnée pour pouvoir quitter cette position. La boite de vitesse est considérée au point mort lorsqu’elle est à la position neutre.  D – Drive /Marche avant /programme normal "D" signifie : Drive c’est-à-dire conduite, pour cette position de marche en avant tous les rapports de vitesse sont automatiquement enclenchés.  S – Sport Cette position automatique s’exécute par la courbe "sportive" qui est caractérisé et enregistré dans le calculateur.  + / - Ces fonctions "Tiptronic" peuvent être réalisées par deux choix : Soit par la voie de sélection qui est à droite ou par les commandes qui sont au volant.
  • 20. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 11 Figure 7 : Levier sélecteur et Tiptronic sur le volant Les capteurs Hall qui demeure dans le levier sélecteur captaient la position du levier et la communique, par le biais du bus CAN, vers la pièce "mécatronique". L'électroaimant qui est ploté à travers le calculateur de capteurs du levier "J587" bloque le levier sélecteur aux positions "P" et "N". La clé de contact demeure bloquée et ne peut être retiré que si le frein de parking soit enclenché. 3) Mécatronique de la boite DSG « J743 » La boite à vitesse est équipée d’une unité centrale de commande c’est la mécatronique, cette unité contient le calculateur électronique qui forme avec l’unité de commande électro hydraulique un seul composant qui a son circuit d’huile indépendamment du circuit d’huile de la boite à vitesse "mécanique". A savoir que l’ensemble des capteurs et actionneurs sont abrité dans l’unité "mécatronique", celle-ci qui est compacte autonome dans sa fonctionnalité a les avantages et les possibilités suivantes :  L’huile hydraulique est particulièrement adéquate aux besoins de l’unité mécatronique.  L’avantage de l’utilisation séparément d’un circuit d’huile c’est de protéger la mécatronique contre toutes particules d’abrasion provenant de la boite mécanique.  L’utilisation séparément d’un circuit d’huile a aussi un bon effet à basse température, car l’huile utilisé dans la mécatronique a une viscosité différente à celle exigé pour la boite à vitesses. Le calculateur de la mécatronique est l’unité principale de la boîte de vitesses. Les signaux qui parviennent des autres calculateurs et des capteurs aboutissaient à l’intérieur du calculateur de la mécatronique, ce dernier lance et surveille toutes les actions.
  • 21. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 12 Le calculateur électronique contient onze (11) capteurs, le transmetteur de régime d’entrée de la boîte de vitesses "G182" est le seul qui est placé à l’extérieur du calculateur. Le calculateur électronique fait la commande et la régulation hydraulique de huit (08) électrovannes, et ce afin de permettre le passage des sept (07) rapport de vitesses et d’actionner l’embrayage. Figure 8 : Disposition des capteurs de la mécatronique Au moment où un rapport de vitesse est engagé le calculateur électronique s’informe et adapte les positions des embrayages et des positionneurs hydrauliques en tenant compte des données établies au cours du fonctionnement de ces composants. 4) L’unité de commande électro hydraulique L’unité de commande électro hydraulique est incorporée dans l’unité mécatronique. Afin de faire passer les rapports de vitesses et d’actionner les embrayages, pour cela l’unité de commande électro hydraulique engendre la pression d’huile nécessaire.  Génération et commande de la pression d’huile : La pompe hydraulique qui est montée en aval et engrené par un moteur électrique génère une pression d’huile. Un accumulateur de pression d’huile assure une pression continuelle et suffisante au niveau des électrovannes.
  • 22. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 13 Figure 9 : Les composants de la mécatronique  Circuit d’huile Le fonctionnement de la boite boîte DSG à double embrayage est assuré par deux circuits d’huile qui sont indépendants et deux huiles distinctes :  Un circuit d’huile pour la boîte mécanique  Un Circuit d’huile pour le module mécatronique Chacun de ces circuits possède une huile spécifié et adaptée à ses nécessités. Le volume d’huile dans la mécatronique qui est de 1,1 litre et se fait alimenter séparément du circuit d’huile de la boite à vitesse mécanique, celui-ci a un volume d’huile égale à 1,7 litre. Sachant que l’alimentation en huile de la boîte de vitesses mécanique y compris ses arbres et ses pignons se fait de la même façon que pour une boîte manuelle normale. C’est pour cette raison que ce thème n’est pas évoqué en détail. 5) La pompe hydraulique L’unité de pompe hydraulique est abritée dans le module mécatronique. Elle contient une pompe et un moteur électrique à courant continu sans balai "V401". Celui-ci est activé, en fonction de la pression, par le calculateur de la boite mécatronique. Le moteur électrique entraîne la pompe hydraulique à travers un accouplement. La pompe hydraulique a un principe de fonctionnement identique à celui d’une pompe à engrenage. La pompe hydraulique aspire l’huile et la refoule vers l'accumulateur à une pression de 70 bars.
  • 23. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 14 Figure 10 : La pompe hydraulique 6) Le moteur de pompe hydraulique "V401" Le moteur à courant continu est semblable aux autres petits moteurs .Ce moteur est sans balai et qui a une conception inversé, a autant un stator avec six (6) paires d’électroaimants et un rotor avec six "6" paires d’aimants permanents. Comparaient aux autres petits moteurs à courant continu traditionnelles qui contiennent un stator composé d’aimants permanents et d’un rotor composé d’électroaimant. Figure 11 : Le moteur de pompe hydraulique La commutation du sens de passage du courant dans les moteurs ordinaires à courant continu se fait à travers les contacts à glissement. Différemment, le moteur à courant continu sans balai la commutation s’effectue à travers le calculateur électronique de l’unité mécatronique donc sans contact à glissement. L’alimentation des bobines déduit un champ magnétique rotatif dans le stator du moteur par conséquent le rotor poursuit ce champ magnétique et se met donc
  • 24. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 15 en rotation. C’est grâce à la commutation sans contact que le moteur fonctionne sans usure, sauf celle des paliers. 7) Transmetteur de pression hydraulique et vanne de limitation de pression La pompe refoule l’huile hydraulique par le biais du filtre vers la vanne de limitation de pression. En cas où la pression d’huile hydraulique aboutit soixante-dix (70) bars au niveau de la vanne de limitation de pression et le transmetteur de pression, le calculateur mettra le moteur hors tension et par conséquence autant que la pompe hydraulique. Figure 12 : Le transmetteur de pression et la vanne de limitation 8) Les électrovannes Les électrovannes (appelées aussi électrovalves) agissent sur le débit du fluide dans le circuit. En absence d'activation, le piston de commande est maintenu en position basse par le ressort, dans ce cas l’huile ne peut pas passer. Lorsque la vanne est actionnée par un signal MLI, un champ magnétique est généré dans la bobine et le piston de commande se déplace vers le haut en libérant la pression d’huile dans la conduite de sous-boîte. La pression d'huile dans la sous-boîte est régulée en fonction de l'intensité de courant selon la théorie empirique suivante : plus le courant transmis à la bobine est intense, plus la pression d’huile de la sous-boîte est élevée. En raison de l'inertie avec laquelle le champ magnétique est généré, toutes les électrovannes sont tenues en alerte dès l'établissement du contact d'allumage grâce à une « activation de base » d'enivrent : 300 mA. Ainsi, une force égale et opposée à l'action du ressort agit en permanence sur le piston de régulation, cette mesure permet une exécution ultrarapide des ordres du calculateur.
  • 25. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 16  Les électrovannes de régulation de pression des sous-boîtes : La pression d’huile des sous-boites 1 et 2 est régulée par les électrovannes, chacune de ces électrovannes alimente un sous boitier. La pression dans la sous-boîte active est d'environ 32 bars. Figure 13 : Les électrovannes des positionneurs hydrauliques  Les électrovannes des positionneurs hydrauliques Les électrovannes régulent le volume d’huile vers les positionneurs hydrauliques, chacun de ces positionneurs permet d’actionner deux rapports. En cas où aucun rapport n’est engagé les positionneurs hydrauliques restent en position neutre et ce par le biais de la pression d’huile. Figure 14 : Les électrovannes des positionneurs hydrauliques  Les électrovannes des actionneurs d’embrayage : Le volume d’huile vers les actionneurs d’embrayage est régulé par ses électrovannes, de leurs coté les actionneurs d’embrayage actionnent les embrayages E1 et E2.
  • 26. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 17 Figure 15 : Les électrovannes des actionneurs d’embrayage 9) Les arbres de transmission : La boite de vitesse "DSG" à sept (7) rapports contenant cinq (5) arbres comme indiqué sur la figure si dessous.  2 Arbres primaires.  3 Arbres secondaires.  Un différentiel. Figure 16 : Boite vitesse concept
  • 27. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 18 a. Arbres primaires Les deux arbres primaires sont logés la boite au niveau du carter interne. Chaque arbre primaire est lié à un embrayage par une cannelure. En fonction du rapport choisit les arbres primaires transmettent le couple généré par le moteur aux arbres secondaires.  Arbre primaire 1 : L’arbre primaire "1" est relié avec l’embrayage K1 à travers les cannelures. Celui-ci enclenche les rapports 1 ; 3 ; 5 et 7. Pour déterminer le régime d’entrée de la boîte vitesse, un capteur "G632" qui est lié à la couronne d’impulsion transmet la vitesse précise du volant moteur afin que la boîte mécatronique puisse définir le moment du changement du rapport. Figure 17 : Arbre primaire 1.  Arbre primaire 2 : L’arbre primaire "2" est relié avec l’embrayage "K2" à travers les cannelures. L’arbre primaire enclenche les rapports 2 ; 4 ; 6 et la marche arrière. Pour terminer le régime d’accès de la boite, le pignon du transmetteur "2" du régime d’entrée de la boite " G612 " se situe sur l’arbre. Abre Figure 18 : Arbre primaire 2.
  • 28. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 19 b. Les arbres secondaires ou Arbres mené  Arbre secondaire 1 : Les trois engrenages de mutation de vitesse synchronisés des rapports de boite 1 ; 2 et 3 aussi les deux engrenages du rapport 4 se situe sur cette arbre. Figure 19 : Arbre secondaire 1  Arbre secondaire 2 Sur cette arbre secondaire "2" il existe un engrenage de changement de vitesse synchronisé des rapports 5 ; 6 et 7 ainsi que les pignons des rapports "R1" et "R2" de la marche arrière. Figure 20 : Arbre secondaire 2
  • 29. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 20  Arbre secondaire 3 : L’arbre secondaire "3" possède un engrenage de changement de vitesse qui est synchronisé avec le rapport de la marche arrière "R" et aussi d’un pignon du verrou de parking. Figure 21 : Arbre secondaire 3 VI. Etude descriptif de la boite DSG 1) Circuit hydraulique du changement des rapports des vitesses La figure ci-après montre le circuit d’huile de la mutation des rapports des vitesses dans l’unité mécatronique. Figure 22 : Circuit d’huile
  • 30. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 21 Description : N433: Vanne 1 dans la sous-boîte 1, vanne de positionneur hydraulique 1/3. N434 : Vanne 2 dans la sous-boîte 1, vanne de positionneur hydraulique 5/7. N435 : Vanne 3 dans la sous-boîte 1, vanne d'embrayage E1. N436 : Vanne 4 dans la sous-boîte 1, sous-boîte, régulateur de pression. N437 : Vanne 1 dans la sous-boîte 2, vanne de positionneur hydraulique 2/4. N438 : Vanne 2 dans la sous-boîte 2, vanne de positionneur hydraulique 6/marche AR. N439 : Vanne 3 dans la sous-boîte 2, vanne d'embrayage E2. N440 : Vanne 4 dans la sous-boîte 2, sous-boîte, régulateur de pression. G270 : Capteur de pression. 2) Synchronisation des rapports Afin d’assurer la synchronisation des distincts régimes au moment du passage des rapports, et pour tous les rapports de la boîte, un synchroniseur avec verrouillage par de clavettes est utilisé pour le dit fonctionnement. Pour assurer les différents degrés de sollicitation qui sont appliqués pour le passage des différents rapports, ces derniers sont équipés d’un synchronisateur à simple, double ou triple cône. Rapport Type Synchroniseur Matériau de la bague de la synchronisation 1 ère et 3 ème à triple cône Laiton avec revêtement molybdène 4 ème à double cône Laiton avec revêtement molybdène 5 ème et 7 éme à double cône Laiton avec revêtement molybdène Marche Arrière à simple cône Laiton avec revêtement molybdène Tableau 2 : Synchronisation des rapports 3) Cheminement de la force Le couple d’effort transmis dans la boite à vitesse, par le biais des deux disques d’embrayage "K1" ou "K2", s’achemine en cascade vers les arbres primaires, les arbres secondaires et ensuite la différentielle pour parvenir dans les roues. La figure ci-après éclairci le changement de rapport dans les différents scénarios d’actions.
  • 31. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 22 Figure 23 : Principe de passage des differents rapports.
  • 32. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 23 4) Changement de rapport La commande des fourchettes qui actionnent les baladeurs situé sur les arbres de transn1ission, s'accomplit de manière hydraulique. Pour le passage des rapports, le calculateur électronique de la pièce mécatronique pilote l'électrovanne correspondante du positionneur hydraulique de l'arbre de commande des vitesses. Le passage des rapports se fait par le calculateur électronique de l’unité mécatronique qui pilote l’électrovanne respectif du positionneur hydraulique de l'arbre de commande des vitesses. Ci-après, comme exemple, une explication détaillé du principe de passage en 1ére vitesse : La position neutre du piston du positionneur hydraulique est soutenue en position neutre à travers la pression d’huile conduite à l'électrovanne du positionneur hydraulique "N433" et la vanne de régulation "N436". Afin d’engager le premier rapport de vitesse, la vanne de positionneur multiplie la pression au sein de la chambre gauche du piston, ceci bouscule le piston du positionneur hydraulique vers la droite, cela est causé à travers l'activation de l'électrovanne "N433" et la désactivation de l'électrovanne "N436". L’engagement du troisième rapport se fait par enchainement des actes suivantes : tout d’abord il faut que la carte de commande remet le positionneur hydraulique en position neutre, par la suite la vanne de positionneur augmente la pression dans la chambre droite du piston, cela repousse le piston du positionneur hydraulique vers la gauche, cela est provoqué par l 'activation de l'électrovanne "N436" et la désactivation de l'électrovanne "N433".
  • 33. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 24 Figure 24 : Changement de rapport VII. Conclusion A travers ce chapitre on a eu l’occasion de présenter la société d’accueil suivi d’une présentation des enjeux requis par l’entreprise auprès de notre système. L’objet principal de notre étude est la boite DSG-0AM, dans ce sens une étude structurale et descriptive a été réalisée. Pour le chapitre suivant, nous allons définir l’étude ainsi que la conception de notre maquette didactique.
  • 34. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 25 Chapitre 2 : Etude et conception I. Introduction : Pour répondre aux objectifs du cahier des charges et afin d'assurer la réalisation de la maquette didactique nous avons consacrée ce chapitre à la réalisation d’une analyse fonctionnelle du besoin, une analyse fonctionnelle technique ainsi qu’une étude et conception mécanique et électrique. II. Analyse Fonctionnelle 1) Analyse fonctionnelle du besoin a. Saisie du besoin La difficulté des démonstrations sur des véhicules réels lors de la formation des techniciens automobiles ainsi que le coût élevé des maquettes didactiques (qui s’élèvent à 5000€) explique la nécessité de concevoir et de réaliser une maquette didactique pour la boite de vitesse DSG-0AM. b. Enoncé du besoin Cette maquette doit permettre de maintenir les cartes électroniques et ses accessoires dans une position stable et adéquate pour une formation et le bon fonctionnement dans des conditions normales ainsi que l’assimilation des changements de rapport et l’affichage sur une interface graphique.
  • 35. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 26 Figure 25 : Diagramme bête à corne c. Validation du besoin Q1 : Dans quel but ce besoin existe-t-il ?  Visualisation et simulation du transfert de rapport dans une boite DSG. Q2 : Pourquoi ce besoin existe-t-il ?  La difficulté de montrer comment le passage d’une vitesse a une autre ainsi que le mode de conduite et la difficulté d’accès aux différentes pièces. Q3 : Qu’est ce qui pourrait le faire évoluer ou disparaitre ?  Lié à l’évolution des composants et de la boite vitesse. Q4 : Quelle est la probabilité de disparition ou d’évolution du besoin ?  Très faible à court et à moyen terme. Le produit rend service aux Techniciens et à la formation des employés en agissant sur les couts pour satisfaire l'utilité : Le besoin est validé.
  • 36. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 27 2) Identification des fonctions de services a. Diagramme de pieuvre : Le diagramme de pieuvre nous permet de répertorier toutes les fonctions de service de notre produit. En effet, nous rappelons que lors de la conception, les techniciens chercheront pour chaque fonction à satisfaire la meilleure solution. C'est l'ensemble des solutions qui donnera le produit final. On distingue deux types de fonctions :  Fp = Fonction principale : lien entre le produit et 2 éléments environnants.  Fc = Fonction de contrainte : lien entre le produit et 1 éléments environnant. Figure 26 : Diagramme de pieuvre b. Formulation des fonctions de service : Fp1 : Permettre au formateur de faire fonctionner la boite à vitesse séparément du véhicule pour la formation des employés et stagiaires. Fc1 : Supporter tous les accessoires et les appareilles électronique. Fc2 : Avoir une stabilité du mécanisme. Fc3 : Minimiser le coût. Fc4 : Le produit doit être esthétiquement représentable et acceptable.
  • 37. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 28 Fc5 : Assurer la sécurité des utilisateurs. Fc6 : Le produit doit être facile à déplacer. Fc7 : Permettre l’accès pratique et aisé à la majorité des composants pour la commande ainsi que la maintenance. c. Validation des fonctions de services : Q1 : Pour quel but la fonction existe-t-elle ? Q2 : Dans quelle raison la fonction existe-t-elle ? Q3 : Qu’elle ce qui pourrait faire disparaitre ou évoluer la fonction ? Q4 : Quelle est la probabilité de disparition ou d’évolution de la fonction ?  FP : Q1 : Utilisation pour enrichir la formation des techniciens et des stagiaires. Q2 : Intervention difficile sur le véhicule. Q3 : L’apparition d’une nouvelle boite vitesse plus robuste et économique. Q4 : Très faible à court et à moyen terme.  Fonction Principale validée.  FC1 : Q1 : Pour expliquer et simplifier le fonctionnement d’une boite DSG-0AM. Q2 : Pour visualiser et simplifier le principe de fonctionnement. Q3 : l’apparition d’une nouvelle technologie. Q4 : Nulle. FC1 Validée.  FC2 : Q1 : Pour assurer la stabilité de la maquette. Q2 : Pour assurer le bon fonctionnement de notre système. Q3 : Rien. Q4 : Nulle. FC2 Validée.
  • 38. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 29  FC3 : Q1 : Pour s’assurer de la rentabilité du projet. Q2 : Pour ne pas dépasser les coûts des maquettes didactiques sur le marché. Q3 : Apparition des nouveaux types de maquette. Q4 : Faible à court terme. FC3 Validée.  FC4 : Q1 : Pour que la maquette soit esthétiquement acceptable. Q2 : Pour être avantager sur le marché. Q3 : Apparition des nouveaux modèles de maquette. Q4 : Faible à court terme. FC4 Validée.  FC5 : Q1 : Pour préserver la sécurité de l’utilisateur. Q2 : Parce que la loi impose le respect des normes de sécurité. Q3 : Evolution des lois et des normes. Q4 : Nulle à moyen terme FC5 Validée  FC6 : Q1 : Pour faciliter la manipulation et l’utiliser dans différents endroits. Q2 : Parce que la formation peut se dérouler dans des lieux différents. Q3 : La mise en place de plusieurs maquettes. Q4 : Faible à court et à moyen terme. FC6 Validée  FC7 : Q1 : Pour assurer la clarté des démonstrations et la facilité de démontage et montage. Q2 : Pour améliorer le rendement de la formation et s’assurer de son efficacité. Q3 : Apparition des nouvelles méthodes de montage. Q4 : Faible à moyen terme. FC7 Validée.
  • 39. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 30 d. Hiérarchisation des fonctions de service (TRI-CROISE) : Le principe est de comparer les fonctions une par une à l’aide d’une matrice et d’attribuer une note en supériorité de 0 à 3:  0 : niveau égal  1 : légèrement supérieur  2 : moyennement supérieur  3 : nettement supérieur Tableau 3 : hiérarchisation des fonctions de service e. Histogramme des fonctions de service : Il s’agit de rendre significatif les résultats de la hiérarchisation fonctionnelle en représentant les résultats sous forme de graphique les pourcentages attribués à chaque fonction. Figure 27 : Histogramme des fonctions de service
  • 40. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 31 f. Critères et niveaux des fonctions de service : FS Fonctions Critères Flexibilité FP1 Permet à l’utilisateur de comprendre le principe de fonctionnement d’une boite de vitesse DSG-0AM Claire, simple et efficace. - FC1 Supporter la maquette et tous les accessoires et les appareilles électriques sans déformation. Poids maximale à supporter. 15 à 23 kg FC2 Avoir une stabilité du mécanisme. Lors de déplacement. - FC3 Avoir un cout raisonnable. Cout réduit par rapport au marché. - FC4 Forme simple et esthétique. Couleur et forme. - FC5 Ne pas présenter de danger sur l’utilisateur. Sécurité. - FC6 Facilité de déplacer. Mobilité. - FC7 Permettre l’accès faciles aux majorités des composants. L’accessibilité. - Tableau 4 : critères des fonctions 3) Rédaction du cahier de charge fonctionnelle : a. Présentation générale du problème : Le sujet est intitulé « Conception et Réalisation d'une Maquette didactique d'une boîte de vitesse DSG-OAM ». Ce banc d'essai est destiné pour la formation des personnels au sein de Volkswagen. Le but de ce projet est de présenter de façon accessible le fonctionnement de la boite DSG-0AM et de maîtriser les changements d'état des différentes pièces mécaniques lors de la variation de vitesse opéré à partir du levier de sélecteur de vitesse.
  • 41. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 32 b. Résultats à fournir :  Etablir un dossier de conception complet en validant les critères énoncés dans le cahier des charges fonctionnelles.  Etablir une étude de faisabilité.  Réaliser une étude du coût.  Réalisation de la maquette didactique. 4) Analyse fonctionnelle technique : a. Diagramme FAST (Annexe 1) : Un diagramme FAST (Functional Analysis System Technique) est une décomposition logique des fonctions du système allant des fonctions de service et passant par les fonctions techniques pour aboutir à des solutions technologique réalisables. Ce diagramme se construit de gauche vers la droite à partir de l’énoncé d’une fonction. Figure 28 : Elaboration de diagramme FAST b. Diagramme FAST de la maquette didactique :
  • 42. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 33 Figure 29 : Diagramme FAST c. Etude de cas : Caractéristique Acier Aluminium Poids ++ ++++ coût +++ ++ Longévité et durabilité ++ + Dureté ++ ++ Disponibilité +++ +++ Total 12+ 12+ Tableau 5 : Etude de cas  L’aluminium est le métal le plus favorable pour ce projet car on n’a pas une grande charge, facile à déplacer et sans crainte de corrosion du support.
  • 43. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 34 III. Conception mécanique Au cours de la phase d’étude de ce projet, une prospection en mécanique a été faite afin de distinguer les différents efforts qui peuvent nuire au bon fonctionnement de notre support tels que : - La Vibration. - Efforts mécanique (traction, flexion, compression, torsion). - Faible efforts dues aux déplacements. Pourvue que les équipements qui constituent notre maquette gardent une position constante (encastrée) et ne contient aucune pièce en mouvement et par conséquence l’absence totale de tous efforts mécaniques indiqués ci-dessus, de ce fait nous avons résulté au bon fonctionnement de notre maquette. 1) Etude mécanique de la maquette : Le support de la maquette doit être à faible coût, facile à déplacer et ne présente aucun danger aux utilisateurs. La maquette contient principalement deux parties :  Un plan qui présente les différents arbres de la boite.  Circuit hydraulique. Le module d’affichage contient un afficheur composé de "7" segments, un buzzer pour la signalisation sonore au cours du changement de rapport et des leds pour afficher l’état des différents équipements. En utilisant le logiciel de conception "SolidWorks18" nous avons réalisé un modèle de support comme présenté dans la figure ci-dessous. (Les parties du support sont indiquées dans l’Annexe 2).
  • 44. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 35 Figure 30 : Conception de la maquette sur Solidwrks18 2) Simulation du support : Pour vérifier si le support résiste aux efforts exercés dessus, nous avons réalisé une étude en utilisant le logiciel de simulation" Solidworks18 Simulation". Figure 31 : Contrainte de "Von mises" de la maquette
  • 45. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 36 Figure 32 : Déplacement en mm Figure 33 : Déformation Equivalente Résultat : La structure du support résiste aux différents efforts appliqués.
  • 46. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 37 3) Choix des roues La maquette doit être facile à déplacer d’un endroit à un autre, ce déplacement va être assuré par quatre roues fixées au-dessous du support. A noter que le choix des roues dépend de la masse totale de la maquette, en effet, la masse des accessoires, des composants électronique ainsi que celle de la maquette est égale à "20 Kg". Supposant que la masse totale de la maquette va être équilibreraient repartie sur les 4 roues donc chaque roue doit supporter 5 Kg. Figure 34 : Roues LRA-VPA 50G-FI Le choix des roues est fait à partir du catalogue du constructeur "BLICKLE" qui fournit des roues pivotantes :  Masse supporté par une roue : 40 KG  blocage à base des freins  Référence : LRA-VPA 50G-FI 4) Choix de la boite Pour des raisons de sécurité à l’utilisateur ainsi que pour protéger notre circuit contre les mauvaises interventions externes, une boîte doit être utilisée pour contenir les circuits électriques ainsi que leurs isolements. Figure 35 : Boite électrique.
  • 47. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 38 Communication +Cable USB Unité de contrôle : Arduino Uno R3 Programmation de l’Arduino : Affichage : + Afficheur LCD IDE Arduino Alimentation de la carte : Alimentation stabilisée Entrées : Interface graphique Sorties : + BuzzerLes LEDs Le choix de la boite électrique est fait à partir du catalogue du constructeur "FIME". Caractéristique de la boite :  Dimensionnements 245x180x85 cm ;  Imperméable ;  Inflammable ;  Faible coût. IV. Conception électrique 1) Schéma synoptique : Le synoptique si dessous représente le circuit électrique qu’on va réaliser : Figure 36 : Schéma synoptique du circuit électrique Bluetooth
  • 48. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 39 a. Unité de traitement : Dans nos jours, le domaine des circuits intégrés a bien évolué ce qui nous donne un large choix pour choisir et de réaliser notre projet, un circuit intégré a pour rôle principal le traitement rapide des informations, à noter que le circuit intégré est à faible coût Pour notre projet on a choisi d’utiliser la carte électronique "Arduino UNO" ce choix est basé sur une étude qui nous a ramené aux résultats suivant : - Facilité d’utilisation ; - Facilité de manipulation ; - La possibilité de communication avec une interface graphique sur Pc.  Généralités sur l’Arduino : "Arduino Uno" est une carte électronique qui utilise le microcontrôleur "ATmega328p". Notre carte possède 14 pins d'entrée/sortie digital (numérotées de 0 à 13) susceptibles de délivrer une intensité maximale de 40mA sous une tension égale à 0V ou 5V, à noter que 6 pins peuvent être utilisées en tant que sorties MLI et 6 entrées analogiques (numéroté de A0 à A5), un quartz avec une fréquence de 16 MHz, une connexion USB, une prise d'alimentation +5V, protocole SPI et I2C ainsi qu’un bouton de réinitialisation. La dite carte contient tout notre besoin pour commander le microcontrôleur, la connecter à un ordinateur à travers un câble USB, pour faire fonctionner cette carte il faut simplement l’alimenter avec un adaptateur CA / CC ou une batterie. (Annexe 3)
  • 49. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 40 Figure 37 : Arduino UNO b. Identification des entrées / sorties de la maquette : Notre boîte de vitesse contient plusieurs équipements qui assurent le bon fonctionnement du système. Pour simplifier le fonctionnement de notre boîte nous allons présenter les différents équipements par des leds significatives et un buzzer. Le tableau ci-dessous représente les différents entrés et sorties adaptés notre système. Composant Nombre de pins Notation Caractéristique Fonction LEDs 40 AP1 LED Vert Si l'arbre primaire 1 est en marche AP2 LED Vert Si l'arbre primaire 2 est en marche AS1 LED Vert Si l'arbre secondaire 1 est en marche AS2 LED Vert Si l'arbre secondaire 2 est en marche AS3 LED Vert Si l'arbre secondaire 3 est en marche N433 LED Vert Si l’électrovanne est en position 3 LED Vert Si l’électrovanne est en position 1 LED Jaune Si l’électrovanne est en position neutre N434 LED Vert Si l’électrovanne est en position 5 LED Vert Si l’électrovanne est en position 7 LED Jaune Si l’électrovanne est en position neutre N436 LED Vert Si l’électrovanne N436 fonctionne LED Jaune Si l’électrovanne N436 est prête à être activée N437 LED Vert Si l’électrovanne est en position 2 LED Vert Si l’électrovanne est en position 4 LED Jaune Si l’électrovanne est en position neutre
  • 50. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 41 N438 LED Vert Si l’électrovanne est en position 6 LED Vert Si l’électrovanne est en position marche arrière LED Jaune Si l’électrovanne est en position neutre N440 LED Vert Si l’électrovanne N440 fonctionne LED Jaune Si l’électrovanne N440 est prête à être activée K1 LED Vert Si l’embrayage k1 fonctionne LED Jaune Si l’embrayage k1 est prête à être activée K2 LED Vert Si l’embrayage k2 fonctionne LED Jaune Si l’embrayage k2 est prête à être activée DIFF LED Vert Si le différentiel fonctionne N435 LED Vert Si l’électrovanne N435 fonctionne N439 LED Vert Si l’électrovanne N439 fonctionne V401 LED Vert Le moteur électrique fonctionne ACC LED Vert Si la pression > 40 bars et < 70 bars Module Bluetooth 1 Tx & Rx Bluetooth Module de communication entre le Pc et la carte électronique Nombre Total des pins 41 Tableau 6 : listes des entrées/sorties c. Gestion des entrée/sorties : Notre projet contient environ 41 entrées/sortie divers pour assurer la simulation parfaite de tout le système. Pour cela une solution de gestion de ces variables doit être appliquée pour minimiser l’encombrement et le nombre de pins utilisé au niveau de notre unité de traitement. Donc une solution pour gérer ces sorties doit être adapté.
  • 51. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 42  Solution 1 : "EEPROM 28C16" Le "EEPROM 28C16"est une mémoire à lecture programmable, effaçable électriquement et à faible consommation d'énergie ave une capacité mémoire de 16K organisé en 2 048 mots de 8 bits. Le "EEPROM 28C16" est accessible comme une RAM statique pour la lecture ou l’écriture des cycles sans avoir besoin des composants externes. Lors d’une écriture d’octets l’adresse et les données sont verrouillées en interne libérant ainsi l’adresse du microprocesseur et le bus des données aux autres opérations. Après le début d'un cycle d'écriture, l'appareil passera à l'état occupé et s'effacera automatiquement et insérer les données verrouillées en utilisant un minuteur de contrôle interne. La fin d'un cycle d'écriture peut être déterminée par DATA SONDAGE de I / O7. Une fois la fin du cycle d'écriture est détectée, un nouvel accès pour une lecture ou une écriture peut commencer.  Caractéristiques : - Ecriture rapide en octets - 200 µs ou 1 ms - Temps d'accès en lecture rapide - 150 ns - Minuterie de contrôle interne ; - Effacement automatique avant écriture ; - Contrôle direct par microprocesseur ; - Faible consommation d’énergie et alimentation par 5V ± 10%; - Conservation des données : 10 ans ; - Entrées et sorties compatibles CMOS et TTL. Désignation des Pins Fonctions A0 - A10 Adresses CE Chip Enable, active low OE Output Enable, active low WE Write Enable, active low I/O0 - I/O7 Data Inputs/Outputs NC No Connect DC Don’t Connect Tableau 7 : Tableau de la désignation des entrées/sorties du 28C16
  • 52. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 43 La "solution 1" indiqué ci-dessus n’est pas fiable car elle ne résolut pas notre problème initial car on a besoin de 10 pins pour commander nos 8 sorties.  Solution 2 : 74hc595 shift register: Ce circuit référence 74HC595 est présenté en tant qu’un registre à décalage série, série ou sortie parallèle 8 bits avec des sortie en 3 états (+, -, Z). En d’autres termes, il peut être utilisé pour contrôler 8 sorties à la fois en utilisant que quelques broches sur le microcontrôleur. En reliant plusieurs registres en série ou parallèle nous permet d’étendre la sortie encore plus. Tout cela fonctionne par "communication série synchrone", c’est-à-dire qu’on peut pulser une broche vers le haut et le bas, communiquant ainsi un octet des données au registre bit par bit. C'est en branchant une seconde broche (la broche d'horloge). Une fois que tout l'octet est transmis au registre les messages "HIGH" ou "LOW" contenus dans chaque bit sont répartis sur chacune des broches de sortie individuelles. C'est la partie "sortie parallèle" dont toutes les broches exécutent en même temps ce qui est demandé. La partie "sortie série" de ce composant provient de sa broche supplémentaire qui permet de transmettre à nouveau les informations série reçues du microcontrôleur. Cela signifie qu’on peut transmettre 16 bits dans une rangée (2 octets) et que les 8 premiers traverseront le premier registre vers le deuxième registre et y seront exprimés. "3 états" signifient qu’on peut paramétrer les broches de sortie sur haute, basse ou haute impédance. Contrairement aux états "HIGH" et "LOW", il n’est pas possible de régler individuellement les broches sur leur état haut impédance. On peut assembler que la totalité de la puce qui est une chose assez complexe à faire. (Annexe 4) Désignation des Pins Fonctions Q0 - Q7 Output Pins Q7" Serial Out MR Master Reclear, active low SH_CP Shift register clock pin ST_CP Storage register clock pin (latch pin) OE Output enable, active low DS Serial data input Tableau 8 : Tableau de la désignation des entrées/sorties du 74hc595
  • 53. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 44 Figure 38 : Circuit 74hc595 Cette solution nous permet de commander plusieurs sorties en mettant en cascade plusieurs registres ce qui diminue le nombre des sorties énormément de 40 pins en seulement 3.  La deuxième solution est plus fiable à nos besoin afin d’assurer la bonne gestion des sorties. d. Le Buzzer : Un buzzer est un composant qui fait une signalisation sonore. C'est une structure très petite et compacte à 2 broches (+ et -). Il existe deux types de buzzer disponibles. Un premier type simple qui utilise une tension électrique pour générer un signal sonore continue jusqu’à relâchement du pin le deuxième type utilise un pin de plus pour le signal. Celui qui est choisi dans notre projet est le premier type qui est largement utilisé. Caractéristiques et spécifications du buzzer choisi (Annexe 5):  Tension nominale : 6V DC  Tension de fonctionnement : 4 à 8V DC  Courant nominal : < 30mA  Type de son : Bip continu  Fréquence de résonance : ~2300 Hz
  • 54. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 45 Figure 39 : Le Buzzer e. Module Bluetooth Pour des raisons de mobilité dans le centre de formation, une solution à distance doit être adapté pour cela nous avons ajouté le module Bluetooth. Le "HC-05" est un module très utilisé et qui peut ajouter une fonctionnalité sans fil bidirectionnelle (duplex intégral). Nous pouvons utiliser ce module pour communiquer entre un microcontrôleur comme "Arduino uno" et tout autre appareil doté des fonctionnalités Bluetooth comme un téléphone ou un ordinateur. Le module communique à l’aide du protocole "UART" à une vitesse de 9600 bauds, ce qui facilite son interfaçage avec tout microcontrôleur prenant en charge "UART". Spécifications techniques (Annexe 6):  Intervalle de communication : 10m  Débit en baud supporté : 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800bps  Courant de fonctionnement : 30mA  Tension de fonctionnement : 4V à 6V (généralement + 5V) Figure 40 : Brochage module Bluetooth HC-05
  • 55. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 46 Nombre du pin Nom du pin Description 1 Enable / Key Cette broche permet de basculer entre le mode DATA (réglage bas) et le mode de commande AT (réglage haut). Par défaut c'est en mode Data. 2 Vcc Alimentation +5V 3 Ground La masse 4 Tx Tout ce qui est reçu via Bluetooth sera transmis par cette broche sous forme de données série. 5 Rx Toutes les données série données à cette broche seront diffusées via Bluetooth 6 State Il peut être utilisé comme un feedback pour vérifier si le Bluetooth fonctionne correctement. 7 LED Indique le statut du module 8 Bouton activer pour basculer entre le mode DATA et le mode commande Tableau 9 : Description des pins Dans notre cas, nous avons besoin d’un module sans fil qui pourrait transférer des données de notre ordinateur à "Arduino" et ce module présente un bon choix pour notre projet. 2) Conception du circuit électrique de commande Après avoir choisi tous les composants de notre maquette didactique nous nous allons passer à la conception de notre circuit électrique.  Montage :
  • 56. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 47 Figure 41 : Circuit de commande  Analyse : La figure ci-dessus présente le circuit électrique qui assure le fonctionnement de notre circuit. Ce circuit est dédié pour réaliser les fonctions suivantes à base de notre "Arduino uno" :  Affichage du rapport engagé sur les leds.  Une tonalité du buzzer dans chaque changement d’un rapport à un autre.  Communication Bluetooth/câble avec une interface graphique sur Pc.  Calcul de la valeur des Résistances [3]: Pour calculer la valeur des résistances affectées aux leds on applique la formule suivante : 𝑅 = 𝑈 𝑎𝑙𝑖𝑚 − 𝑈𝑙𝑒𝑑 𝐼 Uled : Tension de fonctionnement de la led en Volt. Ualim : Tension d'alimentation Volt. I : Intensité de fonctionnement de la Led. R : Valeur de la résistance à utiliser. 𝑅 = 5 − 1.8 0.01 = 320Ω
  • 57. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 48 La valeur calculée n'est pas standard, donc pour 320 ohms, on choisit des résistances de valeur 330 ohms.  Simulation : Avant de passer à la réalisation pratique on a essayé de simuler le circuit de commande avec ‘ISIS’, ce logiciel permet aussi l’utilisation des outils de simulation (oscilloscope, voltmètre, ampèremètre…). Les deux figures ci-dessous représentent la simulation de notre circuit sur Proteus : Figure 42 : Simulation du circuit rapport 1 Figure 43 : Simulation du circuit rapport en marche arriéré  Programmation : Le logiciel Arduino IDE est un puissant outil de développement riche en fonctionnalités et des exemples de programmations. Il est conçu pour fournir le programmeur avec la solution la plus
  • 58. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 49 facile possible et de développer des applications pour systèmes embarqués sans compromettre la performance ou le contrôle. La Figure ci-dessous représente une partie du programme, le code source complet de la carte est en Annexe 7. Figure 44 : Programme implanté dans Arduino 3) Conception du circuit électrique de puissance  Montage Figure 45 : Circuit de puissance  Analyse : Le circuit de puissance est composé d’un transformateur abaisseur qui transforme à partir du réseau alternatif (220V) une tension alternatif de 8V qui traverse le pont graetz. Le courant
  • 59. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 50 traverse ensuite le condensateur de filtrage puis à un régulateur 7805 vers un condensateur de filtrage. Les composants situés dans la partie de puissance sont :  Transformateur abaisseur de 220V AC vers 8V AC.  Pont graetz pour le redressement.  Les condensateurs pour assurer le filtrage de la tension.  Régulateur de tension 7805.  Fusible.  Calcul de courant :  Calcul du courant de 40 résistances 330 Ohms 𝐼40𝑟220 = 5 330 ∗ 40 = 𝟔𝟎𝟔 𝒎𝑨  Calcul du courant de 1 résistance 10 kOhms 𝐼1𝑟10𝑘 = 5 10000 ∗ 1 = 𝟎. 𝟓 𝒎𝑨  Calcul du courant de 40 diodes 𝐼29𝑙𝑒𝑑𝑠 = 40 ∗ 10 = 𝟒𝟎𝟎 𝒎𝑨  Courant consommé par Arduino (annexe 3) 𝐼 𝑎𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜 = 𝟓𝟎 𝒎𝑨  Courant consommer le buzzer (annexe 5) 𝐼 𝑏𝑢𝑧 = 𝟑𝟎 𝒎𝑨  Calcul courant de 4 74Hc595 (annexe 4) 𝐼4ℎ𝑐 = 8 ∗ 4 = 𝟑𝟐 𝒎𝑨  Courant consommé par le module Bluetooth (annexe 6) 𝐼ℎ𝑐5 = 𝟑𝟎 𝒎𝑨  Le courant total : 𝐼𝑡𝑜𝑡 = 𝐼40𝑟220 + 𝐼1𝑟10𝑘 + 𝐼29𝑙𝑒𝑑𝑠 + 𝐼 𝑎𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜 + 𝐼 𝑏𝑢𝑧 + 𝐼4ℎ𝑐 + 𝐼ℎ𝑐5 = 𝟏𝟏𝟒𝟖, 𝟓 𝒎𝑨  Le régulateur "LM7805" convient à notre besoin et délivre un courant égal à 1.5A selon datasheet. (annexe 8) 𝑰𝒕𝒐𝒕 < 𝑰 𝟕𝟖𝟎𝟓  Choix des condensateurs [2] : Le choix des condensateurs a été fait à l’aide du datasheet du régulateur 7805. Calcul de la valeur du condensateur de filtrage :
  • 60. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 51 𝐼 𝐶 = 𝐶 ∗ 𝑑 𝑈𝐶 𝑑𝑡 On a Icmax=1.5 A, UcMAX = 8*√2 et UcMIN= 7.5V Donc dUC = UcMAX – UcMIN et dt = 0.01s = 10ms Ce qui donne 𝐶 = 𝐼 𝐶 ∗ 𝑑𝑡 𝑑 𝑈𝐶 = 1500 ∗ 10 UcMAX − UcMIN = 3933.17 µ𝐹 Donc la valeur du condensateur la plus proche disponible au marché et de 4700 µF.  Choix du pont de diode : Afin de déterminer le choix du pont de diodes, il est nécessaire de savoir le courant consommé qui égal à 1.2A. D’où notre pont diode doit supporter au minimum 2A.  Transformateur : Le transformateur qu’on va utiliser est un transformateur abaisseur :  Entré : AC 220-240V avec une fréquence 50 HZ  Sortie : AC 8V avec une fréquence 50 HZ  Courant de sortie : 3 A Ce transformateur répond à notre besoin car la consommation de courant ne dépasse pas 1.2A.  Choix du port fusibles et le fusible : Nous allons utiliser un fusible en amant du circuit de puissance pour protéger notre circuit, la valeur de ce fusible est à 1.5A. Aussi bien nous avons choisi un port fusible qui supporte jusqu’à 5A.  Calcul de la résistance du fils conducteur : Pour calculer la résistance du câble on applique l’équation suivante : 𝑅 = 𝜌 ∗ 𝐿 𝑆 Avec :  R : Résistance du fils en Ω  L : Longueur du fils en mètre.
  • 61. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 52  S : La section du fils en m²  𝜌 : La résistivité en Ω.m avec 𝜌 𝑐𝑢𝑖𝑣𝑟𝑒 = 17 ∗ 10−9 Ω. 𝑚  𝐷 : Diamètre en m On commence par le calcul de la section du fil : 𝑆 = 3.14 ∗ 𝐷2 4 = 3.14 ∗ 0.00052 4 = 1.96 ∗ 10−7 𝑚² On a L = 3 m qui s’agit du chemin le plus long de notre câblage. 𝑅 = 𝜌 ∗ 𝐿 𝑆 = 17 ∗ 10−9 ∗ 3 1.96 ∗ 10−7 = 0.26 Ω La résistance interne du fils conducteur est très faible donc on ne risque pas de perdre nos données.  Simulation : Le circuit ci-dessous présente la simulation de notre circuit de puissance. Figure 46 : Simulation du circuit de puissance V. Interface graphique L’architecture du logiciel qu’on veut développer est très complexe de point de vue programmation car elle contient plusieurs scénarios et donnés. Donc ça nécessite une intégration des différents outils de création de logiciels et diffèrent langues de programmation pour le réaliser.
  • 62. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 53 1) Logiciel de Programmation : Notre choix a été ciblé vers "Visual studio" crée par Microsoft, car il permet le développement rapide d’applications, ne nécessite aucune licence, la création d’interface utilisateur graphique et l’accès facile est rapide au différents composantes. Un programme en VB peut être développé en utilisant les composants fournis avec Visual basic Ainsi Visual studio contient plusieurs langage de programmation tel que VB.NET, C++, C#, Java, Python, JavaScript. Figure 47 : Visual studio 2015 Programmer en VB est un mélange de plusieurs taches, comme disposer visuellement les composants et contrôler sur les formulaires, définir les propriétés et les actions associées à ce composant et enfin ajouter un code pour créer des fonctionnalités. Dans l’IDE les formulaires sont créés en utilisant la technique de Glisser-déposer, permettant de disposer des contrôles (Case à cocher, bouton, Timer, boite a saisi…) "Visuel Studio" permet de créer des applications exécutables (fichiers .EXE), des contrôles ActiveX ou des DLL, mais son usage principal est la réalisation d’application Windows. A la fin de la programmation un fichier d’installation est créé par VB pour simplifier la manipulation par l’utilisateur.
  • 63. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 54 2) Conception de l’interface : a. Interface d’accueil : On lançant l’application une fenêtre s’affiche comme le montre la figure ci-dessous : Figure 48 : Interface d’accueil Cette interface présente une introduction générale sur la société d’accueil, l’université, titre du projet, la réalisation de cette application, l’encadrement et aussi la date et l’horaire. Ainsi que pour des raisons de sécurité et de protection et pour accéder à l’interface de simulation une saisie de mot de passe est obligatoire. Lors de la saisie du bon mot de passe un message de confirmation s’affiche et puis une redirection automatique sera réalisée.
  • 64. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 55 b. Interface de simulation : Une fois le mot de passe est saisie une page s’affiche comme l’indique la figure ci-dessous : Figure 49 : Interface de simulation Pour réaliser cette interface graphique nous avons fait une combinaison entre plusieurs composants d’une manière avancée pour réussir à une simulation plus proche du réel. On peut distinguer trois grandes parties sur cette interface :  1 : Cette partie représente le circuit d’huile avec ses différents équipements, l’État de chacune est présenté par un LED vert (marche) et jaune (prés à être engagé) avec le nom du composant, à côté aussi dans la partie en bas à droite on distingue un bouton légende en le cliquant une liste s’affiche avec toutes les abréviations des composants. Figure 50 : Légende circuit d’huile  Un manuel d’utilisation pour expliquer la manipulation de l’application.  Un simulateur de défaut pour simuler plusieurs défauts possibles dans la boite.
  • 65. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 56 Figure 51 : Simulateur de défaut  2 : Cette partie présente l’interface de commande de notre simulateur elle contient :  Un afficheur "7 segments" pour afficher le rapport.  Un afficheur pour le régime moteur.  Un afficheur vitesse du véhicule.  Un afficheur de pression qui varie de 0 jusqu’à 100 bars, ainsi qu’un variateur numérique pour la saisie de la valeur de la pression dans l’accumulateur.  Un afficheur de température qui varie entre 0 et 300° Celsius, ainsi qu’un variateur numérique pour la saisie de la valeur de la température.  Une case d'option entre le mode en ligne et hors ligne (en ligne : en communication avec la carte, hors ligne : simulation interne).  Un menu de sélection du port de communication  Un bouton démarrer pour le démarrage du véhicule, aussi un bouton pour la désactivation du mode parking.  Une boîte combinée (combobox) pour choisir le mode de conduire (drive, sport, neutre, marche arrière).  Une boîte combinée (combobox) pour choisir la commande manuelle ou automatique.  Deux boutons pour la commande on mode manuel.  3 : Cette partie présente un concept de la boite à vitesse avec ses différents arbres de transmission, l’État de chacune des arbres est présenté par une LED vert (marche) et jaune (prés à être engagé) avec le nom du composant à côté aussi dans la partie en bas à droite en voit un bouton légende en la cliquant une liste s’affiche avec toutes les abréviations des arbres.
  • 66. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 57 Figure 52 : Légende des arbres de transmission  Un document PDF sur la boite DSG fournit par le constructeur Volkswagen. Figure 53 : Bibliothèque c. Programmation La Figures ci-dessous représente une partie du programme saisie sous le langage de programmation "Visual basic" Le programme complet de l’interface est dans l’Annexe 9.
  • 67. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 58 Figure 54 : Programme sous Visual studio d. Simulation : La simulation des changements des rapports se fait en temps réel, les figures ci-dessous présentent la simulation en marche arrière et aussi en mode drive. Figure 55 : Simulation en mode marche arrière
  • 68. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 59 Figure 56 : Simulation en mode drive deuxième rapport En cas de défaut dans la sous boite 1, le mécatronique passe en mode dépannage c'est-à-dire la boite DSG fonctionne en 2éme rapport seulement et ce pour permettre au conducteur à rejoindre la plus proche station de réparation. Figure 57 : simulation de défaut dans la sous boite 1. VI. Conclusion Dans ce chapitre, on a illustré une étude générale sur les différentes caractéristiques techniques de chaque partie du système afin de les mieux exploiter dans la réalisation pratique développée dans le chapitre suivant.
  • 69. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 60 Chapitre 3 : Réalisation de la maquette : I. Introduction : Dans ce chapitre nous allons voir une description détaillée de la maquette ainsi que la réalisation pratique adoptée pour répondre aux spécifications de notre besoin en abordant la conception de chaque partie du système afin d’obtenir une schématisation et réalisation complètes et précises de notre système. II. Les Logiciels utilisés :  Proteuse 8 (ISIS) : Pour l’édition et le routage de mes cartes on a utilisé le logiciel "Proteus 8 ISIS" (Intelligent Schématique Input System). Le logiciel "Proteus" est dédié à la conception assisté par ordinateur des circuits électroniques et de leurs simulations basé sur des modèles de composants électroniques réalisés dans PSpice. Le logiciel "Proteus Professional" a la possibilité de simuler le fonctionnement des dispositifs programmables tel que microcontrôleurs, microprocesseurs, DSP (digital signal processor) et autres, le logiciel "Proteus Professional" a entre autre un système de conception de cartes de circuits à imprimés. Figure 58 :Proteuse ISIS Les fonctionnalités du logiciel sont :  L’édition de schéma par le module ISIS  Routage et bibliothèque de composants par le module ARES
  • 70. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 61 III. Circuit électronique : Notre stratégie dans la réalisation pratique est basée sur la simplicité des montages pour assurer le bon fonctionnement de notre carte et réduire le nombre des connexions avec moindre coût. 1) Circuit alimentation :  Montage : Le circuit ci-dessous présente le circuit d’alimentation réalisé sous Proteus ISIS. Figure 59 : circuit d’alimentation sous ISIS  Routage du Carte : Figure 60 : Routage circuit d’alimentation sous ARES  Réalisation du circuit : Figure 61 : Circuit d’alimentation final
  • 71. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 62  Liste des composants : Le tableau suivant représente la liste et le coût des composants de la carte d’alimentation : Composant Nombre Prix unitaire en millime Régulateur 7805 1 550 Dissipateur thermique 1 1700 Pont de diode KBL 406 1 1500 Porte fusible 5x20 1 900 Fusible 1 150 Bornier 2P 2 550 Condensateur 2 300 Impression circuit 1 15 000 Somme totale 21 500 Tableau 10 : Liste des composants du circuit d’alimentation 2) Circuit de commande :  Montage : Le circuit ci-dessous présente le circuit de commande réalisé sous Proteus ISIS. Figure 62 : Circuit de commande sous ISIS
  • 72. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 63  Routage du Carte : Figure 63 : Routage circuit de commande sous ARES  Réalisation du circuit Figure 64 : Circuit de commande final
  • 73. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 64  Liste des composants : Le tableau suivant représente la liste et le coût des composants de la carte d’alimentation : Composant Nombre Prix unitaire en millime Bornier 2P 22 550 Bornier 3P 1 850 Résistance 330 Ohm 40 42 Résistance 10 KOhm 1 40 Résistance 220 Ohm 1 40 SN 74Hc 595 5 2200 Support 16 pins 5 300 Buzzer 1 450 HC-05 1 30 000 Arduino Uno 1 65 000 Fils connecteur 1 1200 Barrette M/F 40P 1 1100 Impression circuit 1 30 000 Somme totale 153 860 Tableau 11 : Liste des composants du circuit de commande IV. Réalisation du Support Maquette : 1) Matière première :  Support en tube alliage aluminium 6060 de dimensions 40×40 épaisseurs 2 mm  Des Bouchons 40x40.  Des vis à tête cylindrique à six pans creux.  Boite d’isolement.  4 Roues. 2) Réalisation du support : Les figures si dessous présentent les tubes en aluminium 40x40 épaisseur 2mm après le découpage.
  • 74. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 65 Figure 65 : Pièces de la maquette. Après le découpage on a procédé à l’assemblage les différentes parties du support comme présente les figures ci-dessous. Figure 66 : Assemblages des roues
  • 75. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 66 Figure 67 : Assemblages de différentes pièces du support. Fixation des goulottes pour passage des fils électrique afin de protéger les circuits électriques ainsi que pour des raisons de sécurité celle de protéger les formateurs, les employées et les stagiaires contre les chocs électriques. Figure 68 : Fixation des goulottes
  • 76. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 67 Figure 69 : Câblage et le soudage des leds. Figure 70 : Assemblage des cartes électroniques. 3) Maquette finale : On présente dans la figure ci-dessous notre maquette didactique.
  • 77. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 68 Figure 71 : Maquette finale. V. Etude technico-économique L’étude technico-économique nous a permis d’évaluer le cout total de la réalisation de notre maquette didactique et aussi d’assurer la rentabilité du projet. Le coût de notre maquette didactique touche les 3000 €, dans notre cas on a essayé de trouver un compromis entre les fonctionnalités disponible sur notre maquette afin de minimiser le coût total. Le tableau suivant résume les couts pour la réalisation de notre maquette : Désignation Quantité Prix en millime Tube 3 277.300 Roues 4 80.000 Maquette sous PVC 1 100.000 Boitier 1 11.700
  • 78. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 69 Goulottes 3x2m 13.500 Cartes électroniques 2 175.360 Câbles 20 m 10.000 Leds + boutons 40 Leds + 2 Boutons 11.000 TOTAL 678.950 Tableau 12 : liste du coût total. VI. Conclusion Ce dernier chapitre a été entamé par une réalisation pratique de notre maquette en exploitant une méthodologie d’analyse hiérarchique. Enfin, le tout a été couronné par la réalisation d’une maquette didactique d’une boite de vitesse DSG-0AM.
  • 79. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 70 Conclusion générale Dans la conception des systèmes mécatroniques automobile, le modèle et la simulation ont un rôle central. C’est à partir de ce contexte que nous avons débuté à l’élaboration de ce travail dans le cadre du projet de fin d’étude qui nous a permis d’approfondir nos connaissances pratiques en mécatronique et d’acquérir une bonne expérience au niveau de la réalisation fonctionnel. Notre démarche pour l’accomplissement de notre projet a débuté par une bonne compréhension du système ce qui nous a permis de bien intégrer en synergie la mécanique, l’électronique et l’informatique dans la conception et la fabrication de notre maquette en vue d’assurer sa fonctionnalité et d’avoir une bonne efficacité. Nos disciplines requises en Mécatronique nous a permis d’impliquer nos connaissances afin de les contribuer en cohérence dans notre projet ce qui a résulté à optimiser une efficace conception, l’opportunité d’une meilleure performance et une bonne fiabilité.
  • 80. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 71 Références bibliographiques [1] La boîte DSG à double embrayage à 7 rapports 0AM, Conception et fonctionnement - Volkswagen AG, Service Training VSQ-1, Brieffach 1995, 38436 Wolfsburg. [2] l'électronique à la portée de tous - Guy Isabel -DUNOD, Paris, 2000 pour la nouvelle édition. [3]Hacking electronics – Dr Simon Monk- by The McGraw-Hill Companies.
  • 81. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 72 ANNEXES
  • 82. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 73 Annexe 1 :
  • 83. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 74 Annexe 2 :
  • 84. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 75 Annexe 3 : Arduino uno
  • 85. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 76
  • 86. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 77 Annexe 4 : SN 74 HC595
  • 87. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 78
  • 88. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 79
  • 89. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 80
  • 90. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 81 Annexe 5 : Buzzer
  • 91. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 82 Annexe 6 : Module Bluetooth HC-05
  • 92. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 83
  • 93. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 84 Annexe 7 : Programme Arduino
  • 94. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 85 Annexe 8 : Régulateur 7805
  • 95. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 86
  • 96. Conception et réalisation d’une maquette didactique Réalisé par : Oussama BEN SGHAIER 87 Annexe 9: Programme VB.Net