HIPPOMOBILE HYBRIDE - technique.pdf -Voiture hybride: Le systme, qui tait trs certainement

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    12-Sep-2018

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  • Protect Forest IUT dAix en Provence

    45 avenue des ribas avenue Gaston Berger

    13770 Venelles 13625 Aix en Provence

    Cedex 1

    GOUMARRE Jean-Flix

    TULLAT Samantha

    Rapport de stage DUT 2me anne

    Gnie Mcanique et Productique

    HIPPOMOBILE HYBRIDE

    Date de soutenance : 26 Juin

    Tuteur universitaire : M.LECHTEN

    Tuteur industriel : M.LEJOSNE

  • 2

    Sommaire :

    I. Rapport technique.... P.3

    1. Recherche des solutions existantes.... P.3 a. Les solutions lectriques existantes b. Les diffrents principes de transmission de puissance

    2. Ralisation du cahier des charges... P.7 a. Fonctions globales b. Le march c. Enonc fonctionnel du besoin

    3. Dimensionnement du moteur. p.15 a. Dtermination du couple b. Choix du moteur

    4. Dimensionnement du rducteur.. p.17 a. Dtermination du rapport de rduction b. Choix du rducteur

    5. Dimensionnement de la transmission..... p.18 a. Choix pignon-roue b. Choix de la chaine

    6. Liste des lments assembler... P.20

    7. Liste des diffrents problmes P.21

    8. Choix des montages effectus...... P.22

    9. Dimensionnement ....... P.24

    10. Partie lectrique.. P.28

    11. Etude supplmentaire...... P.31

    II. Annexes. P.33

  • 3

    - Voiture lectrique : Ce systme qui est trs connut car il est trs ancien, ne ma pas paru trs

    intressant a tudi, car il sagit seulement dune

    voiture classique avec un moteur lectrique la

    place du moteur thermique. Le point important que

    jai put relever, est le problme de lencombrement

    des batteries, leur poids, et le temps de charge.

    - Vlo lectrique : Ce systme, ma paru trs intressant, car il sagit exactement du principe que je voulais

    appliquer. En effet le vlo lectrique se recharge dans les

    descentes, et aide le cycliste dans les montes suivant

    leffort mesur sur les pdales. De plus javais put voir

    pour la premire fois le systme de roue-moteur. Mais la

    grande diffrence tait lchelle du systme, qui tait trs

    infrieur a celle voulu pour lhippomobile.

    I. Rapport technique

    a. Recherche des solutions existantes

    1. Les solutions lectriques existantes

    Pour commencer, mon tuteur de stage a voulu que je me renseigne sur tous les

    systmes hybrides existant, car selon lui les meilleures solutions, existe dj. De plus si je ne

    retiens pas forcement une solution dj existante, ceci me donne des ides pour la suite de

    ltude. Jai pour cela fait la liste des systmes hybrides et lectriques existants :

    - Voiture lectrique

    - Vlo hybride (lectrique)

    - Scooter lectrique

    - Voiture hybride

    - Golf kart

    Les solutions trouvs taient toutes trs diffrentes, que se soient par la taille ou par la

    technologie quelles utilises. Il ma fallut faire la liste des caractristiques principales des

    chaque systmes.

  • 4

    - Scooter lectrique : Lavantage du systme du scooter lectrique est quil ma permis de mieux visualiser le

    systme roue-moteur, car jai trouv plus de

    documentation a ce sujet. De plus lchelle du systme

    de puissance se rapproche de lchelle voulue.

    - Voiture hybride : Le systme, qui tait trs certainement le plus compliqu tudi.

    Il ma permis de mieux se faire une ide

    sur la difficult de grer la puissance du

    systme hybride en fonction de la

    puissance du systme existant et de la

    puissance voulut.

    - Golf kart : Le golf kart utilise une puissance lectrique trs proche de celle envisag, ainsi

    quun systme de contrle de la puissance

    intressant.

    2. Les diffrents principes de transmission de puissance

    En plus des systmes lectriques existants, jai cherch diffrentes faons de contrler

    le couple transmis la roue, de faon a tre le plus prcis possible avec le meilleur rendement.

    Javais vu grce aux systmes prcdents la solution tout lectrique. Mais jai eu lide de

    passer par lintermdiaire dun systme hydraulique, comme expliqu ci-aprs.

  • 5

    Chaine du principe de fonctionnement du systme hydraulique :

    En pente positive :

    En pente ngative :

    Avantages Inconvnients

    Solution hydraulique Systme connut et existant

    Asservissement facile grer Trop d'interfaces

    Encombrant

    Solution tout lectrique Facile mettre en place Asservissement difficile pour un

    tudiant en GMP

    Dans la chaine de fonctionnement ci-dessus, les parties de la mme couleur indique

    quil sagit du mme lment, mais agissant dans le sens inverse de fonctionnement.

    Aprs avoir fait des recherches sur les diffrents modules hydrauliques dont javais

    besoin, je me suis aperut quun systme semblable existait dj sur les engins de travaux

    publique, et agricole.

    Ce systme permet une transmission de puissance progressive, et souple dutilisation.

    Mais bien que trs intressant sur les systmes a forte puissance, il ma paru beaucoup moins

    intressant au vu de la puissance, et des pertes d aux diffrentes interfaces que cela implique.

    Car il ne faut pas oublier que notre systme doit utiliser le moins dnergie possible car sinon

    cela implique dembarquer plus dnergie lectrique, ce qui augmente le poids du systme. En

    effet bien que le systme utilise de lhydraulique, lnergie de dpart reste llectricit, et

    comme dans tous les vhicules lectriques il faut pouvoir stocker lnergie dans les batteries

    qui mme avec la technologie actuelle, reste trs lourdes.

    Jai pour ses raisons limin la solution hydraulique au profit de la solution en tout

    lectrique, faisant intervenir moins dinterfaces, et qui semble plus lgre.

    Moteur

    lectrique

    Pompe

    Hydraulique

    Limiteur

    De pression

    2 Moteurs

    hydraulique

    Roue

    Roue 2 Pompes

    hydraulique

    Limiteur

    De pression

    Moteur

    Hydraulique

    Gnrateur

    lectrique

  • 6

    Une fois la solution tout lectrique choisie il ma fallut choisir avec quel principe

    jinstallerais la solution. Jai donc imagin les schmas de principe suivants :

    Solution 1 :

    Le moteur est fix soit sur le plateau, soit sur larbre fixe (voir les pices dans les annexes).

    Solution 2 :

    Les moteurs sont fixs sur larbre fixe, prs des moyeux des roues.

    Avantages Inconvnients

    Solution 1 couple gale sur les deux roues Pas de diffrentiel

    beaucoup d'interfaces

    Solution 2 Peu d'interfaces quilibrage du couple entre les roues

    discret

    Au vu du tableau prcdent, jai choisit la solution 1 qui consiste mettre un moteur

    par roue, qui limine le problme du diffrentiel, et vite le surnombre dinterfaces.

    1 Moteur 1 Rducteur 1 Renvoi dangle 2 systmes chaines

    2 Moteurs 2 Rducteurs 2 systmes chaines

    2 Cardant

  • 7

    b. Ralisation du cahier des charges

    Objectif : Assister le cheval, afin de soulager les efforts intenses d au relief.

    Dans quel but : rintroduire le cheval dans les collectivits, pour des fonctions comme le

    ramassage scolaire, ramassage des ordures, visites touristiques.

    Bte corne :

    A qui rend-t-il service ? Sur quoi agit-il ?

    A qui sert le produit ?

    - Au cheval.

    Sur quoi agit-il ?

    - Les roues de lhippomobile.

    Fonction globale :

    - Assister leffort du cheval.

    Pourquoi le besoin existe-t-il ?

    - Avec la crise et le prix du ptrole, certaine collectivit veulent rutilises le cheval.

    Quest-ce qui pourrait le faire disparaitre ?

    - Manque de client. - Un trop grand dveloppement des nergies renouvelables pour les vhicules.

    Systme

    lectrique

    Le Cheval Les roues

    Aider

    tracter et

    freiner

  • 8

    Diagramme pieuvre :

    FP 1 : Assister leffort du cheval.

    FC 1 : Etre aux normes.

    FC 2 : Rsister a lenvironnement extrieur.

    FC 3 : Avoir un poids minimum.

    FC 4 : Sadapter lespace prvu.

    FC 5 : Prvoir un entretien facile.

    FC 6 : Produire un minimum de bruit.

    FC 7 : Etre discret.

    FC 8 : Avoir un prix abordable.

    Cheval Calche

    Systme

    lectrique Normes

    Poids

    Encombrement

    Bruit

    Esthtique

    Entretient

    Environnement

    Prix FC1

    FC2

    FC3

    FC4 FC5

    FP1

    FC6

    FC7

    FC8

  • 9

    Fonction Critres Niveau dexigence Flexibilit

    FP1 Tracter la calche

    Freiner la calche

    Ne pas endommager la calche

    Assistance de leffort 50% F0

    FC1 Rpondre aux normes de scurit Code de la route F0

    FC2 Rsister lenvironnement

    extrieur

    Protection du systme contre

    toutes dgradations dues au

    temps et aux chocs

    F1

    FC3 Poids Etre le plus lger possible F2

    FC4 Volume Sadapter un emplacement

    rduit

    F1

    FC5 Maintenance Accs facile, peu frquente,

    facile faire.

    F2

    FC6 Minimum de bruit Ne pas entendre le systme F1

    FC7 Etre discret Ne pas voir le systme F1

    FC8 Prix Le plus bas possible F1

    FP1 FC1 FC2 FC3 FC4 FC5 FC6 FC7 FC8 Total %

    FP1 2 3 3 3 3 3 3 3 23 16,0

    FC1 2 3 3 3 3 3 3 3 23 16,0

    FC2 1 1 2 2 3 3 3 3 18 12,5

    FC3 1 1 2 3 2 3 3 2 17 11,8

    FC4 1 1 2 1 1 2 3 2 13 9,0

    FC5 1 1 1 2 3 2 3 2 15 10,4

    FC6 1 1 1 1 2 2 2 2 12 8,3

    FC7 1 1 1 1 1 1 2 3 11 7,6

    FC8 1 1 1 2 2 2 2 1 12 8,3

  • 10

    Le march :

    Nature de ltude :

    - Faire un kit lectrique sadaptant sur les hippomobiles standards, du march actuel.

    Aucun dispositif semblable nexiste sur le march.

    Quels sont les clients :

    - Les collectivits voulant rutiliser la traction du cheval. - Les particuliers pratiquants rgulirement lattelage.

    Autre dbouche pour le systme :

    - Le systme peut servir de base un systme similaire sadaptant sur les voitures.

    Directives techniques :

    Sur quoi agit-on ?

    - Sur les roues de lhippomobile.

    Ou sen sert-on ?

    - Sur les routes, et chemins.

    Quand lutilise-t-on ?

    - Dans les pentes.

    Energie utilis :

    - Electrique.

    Interdiction dun principe ou dune solution :

    - Changer les roues. - Mettre un moteur thermique. - R-usiner les pices dorigine de lhippomobile.

  • 11

    FP1 :

    Aider le

    cheval

    Grer le

    systme

    Inverser les

    polarits du

    moteur

    Dtecter la

    prsence

    dun effort

    Adapter

    lnergie

    lectrique

    Donner et

    acqurir des

    informations

    Inverseur

    Dynamomtre

    Contacteur

    API

    Agir sur les

    roues

    Transformer

    lnergie

    Adapter

    lnergie

    Transmettre

    lnergie

    Moteur

    Rducteur

    Systme de

    chane

    Alimenter

    systme Batteries

  • 12

    FC1 :

    FC2 :

    FC3 :

    Avoir un

    minimum de

    poids

    Choisir des

    lments

    lgers

    Rsister aux

    chocs

    Rsister

    lenvironnement

    extrieur

    Utiliser des

    lments

    tanches

    Utiliser des

    matriaux

    inoxydables

    Rsister la

    corrosion

    Rendre

    tanche le

    systme

    Respecter les

    normes de

    scurit en

    vigueur

  • 13

    FC4 :

    FC5 :

    FC6 :

    FC7 :

    FC8 :

    Doit rester

    raisonnable

    Etre discret Prvoir une

    protection petite et

    non voyante

    Produire un

    minimum

    de bruit

    Prvoir un

    moteur

    silencieux

    Prvoir un

    entretient

    facile

    Prvoir un

    accs facile

    au systme

    Respecter

    lencombrement

    Se fixer sur

    tout type de

    calche

    Sadapter

    lespace

    prvu

    Sadapter

    aux essieux

    courants

    Prvoir un

    systme

    compact

  • Rducteur

    Pignon-Roue

    Chane

    Moteur

    lectrique

    Contacteur

    Inverseur

    Batterie

    Intensit

    Manomtre API Dynamomtre

    Position

    Commandes

    marche/arrt

    Acqurir et

    mettre en forme

    Trait Communiquer

    Alimenter Distribuer Convertir Transmettre Rouler

    Electricit

    Cheval non

    assist

    Cheval assist

    Chane dinformation

    Chane dnergie

    Niveau batterie

  • 15

    1. Dimensionnement du moteur

    Calcul

    Je suis partie de lhypothse la suivante : une calche sur une pente 10, roulant 10

    km/h et ayant un poids total, sans le poids du cheval et la charrette tant charge au maximum

    (6 personnes), gal 1 tonne.

    Grce cette formule : , jai pu dterminer la puissance totale dvelopper

    pour aider le cheval 100%.

    = 981.14

    Do:

    Nous aidons le cheval 75% donc la puissance total est de 2000 Watt environ.

    Aprs rflexion, je me suis aperue que lors des montes 10 le cheval peut avoir

    plus de mal tracter la calche et donc aller moins vite. Jai refait les calculs avec une vitesse

    de 5 Km/h. On obtient ainsi, dans un cas optimal, une aide 75% et dans un cas critique une

    aide 35% environ. Cela respecte le cahier des charges qui stipul une aide de 50%.

    Une fois la puissance dtermine, il a fallut calculer le couple produire et pour cela

    trouver la vitesse de rotation avec la formule :

  • 16

    On sait que :

    De plus : =

    On trouve un couple gal environ 216 Nm au total, comme nous avons deux roues

    motorises le couple fournir par moteur est gal 108 Nm.

    Choix du moteur

    Sachant que la plupart des moteurs courant continue tourne 3000 tr/min, il me faut

    un rapport de 32 pour se rapprocher au plus de la vitesse souhaite.

    A 3000 tr/min et avec une puissance denviron 1000 W, le couple est de 3 Nm environ. Jai

    aussi t attentive lindice de permabilit puisque le moteur sera lextrieur en

    permanence et subira en grand partie les intempries. Avec toutes ces caractristiques, il a

    fallut choisir un moteur. Plusieurs ont attir mon attention, ROTOMAG, spcialis dans les

    moteurs pour les vhicules lectriques, HUBNER et E.M.S concept.

    E.M.S concept propose des moteurs courant continue dont un aliment en 12 ou 24

    V, ayant une puissance de 1500 2000 W, un indice de permabilit de 54 donc assez bon

    mais il ne peut tourner que dans un seul sens et sa vitesse de rotation tait un peu faible, 1600

    tr/min. Les moteurs proposs sont de puissance infrieure et tournent encore moins vite.

    Dans la marque HUBNER, trois moteurs correspondaient aux caractristiques voulues.

    Tous les trois ont une puissance de 1100 W et un IP de 54.

    Type Volts (V) Vitesse de rotation (tr/min) Couple (Nm) Poids (Kg)

    ZL56V -

    1212/2

    12 1200 8.75 20

    X56V -

    2424

    24 2400 4.45 15.5

    V56V -

    3636

    36 3600 2.98 13.4

    Par soucis de lgret, jai retenu le dernier moteur dcrit, celui tournant 3600 tr/min

    et ayant un couple 2.98 Nm. La marque proposant le plus grand choix fut ROTOMAG. Dans

    la srie TENV-4POLE, la socit a trois moteurs rpondant nos critres 3000 tr/min:

    Puissance (W) Volts (V) Couple (Nm) Protection Poids (Kg)

    2.5 / 1865 24 - 36 - 48 6 IP 44 16

    3.5 / 2610 24 - 36 - 48 8.4 IP 44 23

    4.5 / 3350 36 - 48 10.7 IP 44 30

  • 17

    Dans la srie SPDP-4POLE, deux moteurs galement correspondaient :

    Puissance (W) Volts (V) Couple (Nm) Protection Poids (Kg)

    2.0 / 1490 36 48 4.8 IP 44 23

    3.0 / 2240 48 7.2 IP 44 23

    Et enfin dans la srie TEFC-4POLE :

    Puissance (W) Volts (V) Couple (Nm) Protection Poids (Kg)

    1.5 / 1120 24 - 36 - 48 3.6 IP 44 14

    Le choix sest finalement ax sur celui-ci car il est plus proche des caractristiques que celui

    de HUBNER.

    Pour la suite de ltude nous prendrons le moteur ROTOMAG srie TEFC-4 POLE.

    2. Dimensionnement rducteur

    Dtermination du rapport

    A la sortie du moteur, jai plac un rducteur mais sachant quil nous faut un rapport

    de rduction gal 32 jai dcid de diviser le rapport. Mettre un rapport de 2 au niveau de

    chaine et ainsi baisser le rapport 16 pour le rducteur.

    Choix du rducteur

    La recherche du rducteur a t un peu longue : trouver le bon rducteur qui

    correspondait la sortie du moteur avec le bon rapport na pas t facile. Cest avec laide de

    mon tuteur industriel que jai trouv les rducteurs de la marque I.M.S sur le catalogue

    prudhomme. Le rducteur I.M.S avec un rapport de 16 est un rducteur plantaire deux

    tages de rduction, son rendement est gal 0.75, ce qui implique de prendre un moteur un

    peu plus puissant la base. Cela ne pose pas de problme puisque la puissance disponible va

    de 1.5 W 1120 W, on aura donc un moteur avec une puissance de 1400 W.

    Par calcul, on obtient la chaine suivante :

    P = 1400 W P = 1050 W

    N = 3000 tr/min = 0.75 N = 187.5 tr/min

    C = 3.6 Nm r = 16 C = 57.6 Nm

    En sortie du rducteur se trouve directement le pignon du systme de chaine. Pour

    transmettre le mouvement jai plac une clavette que jai dimensionne :

    - Calcul de leffort tangentiel :

    Moteur

    ROTOMAG

    Rducteur

    I.M.S

  • 18

    - Calcul de la longueur :

    3. Dimensionnement de la transmission

    Choix pignon-roue

    Une fois la clavette dimensionne, il a fallut dimensionner le pignon et la roue dente. Je

    souhaitais que la roue dente soit lgrement plus petite que le disque de frein par soucis

    desthtisme.

    Le dimensionnement a donc commenc par la roue dente. Sachant que le disque de

    frein a un diamtre de 250 mm il faut que le diamtre de la roue dente soit infrieur. Le

    catalogue prudhomme me proposait une gamme de pignons et roues dentes et jai trouv

    une roue de diamtre 182 mm avec 57 dents. De l jai pu dterminer le nombre de dents du

    pignon et donc le choisir galement dans le catalogue.

    Roue :

    Pignon :

    Voici la chaine finale :

    P = 1400 W P = 1050 W P = 997.5 W

    N = 3000 tr/min N = 187.5 tr/min N = 93.75 tr/min

    C = 3.6 Nm C = 57.6 Nm C = 115.2 Nm

    F = 1265.9 N F = 1225.5 N

    C = 115.2 Nm

    C = 57.6 Nm D = 182mm

    Z = 57 dents

    D = 94mm

    Z = 28 dents

    Moteur

    ROTOMAG

    Rducteur

    I.M.S

    Systme

    chaine

    = 0.75

    r = 16

    = 0.95

    r = 2

  • 19

    Pour transmettre le mouvement au pignon, une goupille ma parut tre le bon choix.

    Facile placer pour lutilisateur, elle limine deux degrs de libert compar la clavette qui

    ne bloque que la rotation. Le seul problme est quil faudra percer un trou dans larbre du

    rducteur.

    Calcul :

    - Effort tangentiel

    - Dimensionnement au cisaillement :

    - Condition de rsistance en cisaillement :

    Pour les aciers doux : avec (pour un acier moyen)

    Donc doit tre infrieur 400MPa ce qui est le cas.

    Choix de la chaine

    Le catalogue prudhomme proposait galement des chaines rouleaux srie europenne

    ou srie amricaine. Jai pens quil fallait mieux favoriser la srie europenne puisque le

    produit doit tre le moins onreux possible et quune importation couterait plus chre venant

    des Etats-Unis, autre raison nos clients serait au dpart des franais.

    Dans la srie europenne le pas le plus petit possible est de 9.52.

  • 20

    - Vitesse linaire de la chaine :

    - Longueur primitive de la chaine :

    Avec un pas de 9.52, une chaine rouleaux simple a une rupture en traction partir de 9000

    N donc il y a un coefficient de scurit gal 7.

    6. Liste des lments assembler :

    Ma partie consiste a cr un kit lectrique adaptable sur un maximum dhippomobiles

    actuelles, a partir des lments choisit par ma camarde.

    Les lments choisis sont :

    - Moteur courant continue aimant permanent : - Marque : Rotomag

    - Caractristiques : 48V, 29A, 3000tr/min

    - Rducteur plantaire : - Marque : IMS

    - Rfrence : P.81 C.105

    - Pignon - Marque : Prudhomme

    - Caractristiques : 28 dents, D=94mm

    - Roue dente: - Marque : Prudhomme

    - Caractristiques : 57 dents, D=182mm

    - Chaine : - Marque : Prudhomme

    - Caractristiques : pas 9.52, acier inoxydable

  • 21

    7. Liste des diffrents problmes

    En premier, il ma fallut modliser en CAO une hippomobile actuelle la plus standard

    possible. Grce M.CHANOUX javais disposition une hippomobile rcente, sur laquelle

    jai put prendre beaucoup de mesures afin de modliser le plus justement possible. Jai ensuite

    modlis les diffrents lments choisit, partir des cotations donnes sur les catalogues. Ceci

    ma permis dans un premier temps dvaluer lencombrement du systme par rapport

    lhippomobile.

    Grce la modlisation, 3 problmes majeurs se sont prsents :

    - o faire passer laxe du moteur par rapport a larbre des roues (voir nomenclature), en sachant quon a choisit une solution sans renvoi dangle, donc avec laxe

    moteur parallle larbre des roues.

    - Faire un systme qui permet de rgler la tension de la chaine, afin dviter les sauts de chaines ainsi que les draillements.

    - Eviter les porta faux au niveau de larbre moteur. Car ceci agira aussi sur les sauts de chaine ainsi qua la rsistance du mcanisme.

  • 22

    8. Choix des montages effectus

    Le premier montage crer, tait de fixer la roue dent permettant la transmission

    du couple sur la roue de lhippomobile. La premire solution imaginer tait de changer

    les disques de frein, pour les remplacer par une roue disque dente. Ceci avait de

    nombreux points positifs : la matire du disque dorigine et du disque dent (pris sur le

    catalogue Prudhomme) tait la mme. La largeur et le diamtre correspondait. Mais

    deux problmes se sont poss : Il y avait un risque que lhuile de la chaine coule sur la

    partie frottant du disque, et le problme le plus important, est que la chaine ne pouvait

    pas passer lintrieur de ltrier de frein, sans avoir recours des usinages trop

    couteux. Il a donc t dcid de placer une roue dent entre la pice faisant la liaison

    entre le disque et la roue de lhippomobile. Ceci prsente deux avantages majeurs : La

    mise en place est trs facile, et la pice finale a un cot trs avantageux.

    Ensuite il a fallut savoir o positionner le moteur. Le premier critre fix a t de

    faire en sorte que le moteur soit le plus prs possible de la roue dent, de sorte a viter

    les porte--faux, et de faire un module compacte a chaque roues. Jai ensuite limin le

    positionnement au dessus de larbre des roues, car le moteur se serait retrouv dans la

    suspension et les fixations du pare-boue.

    Puis jai limin le positionnement larrire de larbre des roues, car cest l que

    se trouve ltrier de frein. Jaurai t contraint dloigner lentraxe, entre laxe du

    moteur et laxe de larbre des roues, d la collision ventuelle entre le rducteur (fix

    en bout du moteur) et le disque de frein.

  • 23

    Pour ce qui est de mettre le moteur en dessous de larbre des roues, cela cest

    rvl possible, a condition de dfinir une hauteur minimum du moteur afin quil y est

    le moins de risque possible de collision entre le moteur et les diffrents obstacles des

    parcours effectus par lhippomobile. La position idale est donc de mettre le moteur

    sur lavant de larbre des roues.

    (Moteur en position finale)

    Ensuite il a fallut trouver un systme permettant de rgler la tension de la chaine.

    Mais trs vite je me suis orient sur un systme comportant deux plaques positionnes

    en v par un pivot, et une tige filet, faisant varier langle entre les deux plaques, ce

    qui fera en mme temps varier lentraxe (moteur et arbre de roue). Cette solution est

    inspire des systmes de tendeur de courroie sur les voitures.

    Puis pour des raisons de cot dusinage, jai essay de faire le mme systme avec

    une tle pli. Ceci aurait vit lachat de deux charnires par moteur. Il aurait fallut,

    pour tendre la chaine, maintenir le v comprim pendant linstallation de la chaine, et

    le relcher une fois la chaine install, ce qui aurai tendu la chaine, grce au retour

    lastique.

  • 24

    9. Dimensionnement :

    Mais pour pouvoir valider le systme, il nous a fallut faire plusieurs calculs.

    En premier les calculs de pliage :

    Hypothses :

    - Tle de 3mm dpaisseur maximum, pour comprim aisment langle lors du montage de la chaine.

    - Rayon du pliage : 10mm - Angle : 50

    Calculs :

    A% =

    LA% trouv nous permet de choisir un acier ou un aluminium standard.

    Jai ensuite calcul les forces en action sur la tle, pour pouvoir faire un calcul dlments

    finis. Pour cela jai modlis larbre (moteur) en statique, et jai appliqu la force d au brin

    dur de la chaine. (A reprsente lappui du moteur, B reprsente lappui du rducteur, et C

    reprsente lendroit o sapplique la force de la chaine).

    Calcul du brin dur de la chaine : F = C R

    F = = 1225.5N

    Rduction en A :

    ^ + ^ =

    ^ + ^ =

    64. .YB 234.1 = 0

    YB = 3657.4N

  • 25

    Rduction en B :

    ^ + ^ =

    ^ + ^ =

    -64. .YA 155.6= 0

    YA = 2431.25

    Calcul des efforts d au couple du moteur :

    Le point C reprsente laxe du moteur (vue de face), les points A et B reprsentent les points

    de fixation du moteur sur la plaque 2 tendeur (voir nomenclature).

    En A :

    Mc + ^ =

    + ^ =

    36 + 124 XB = 0

    XB = -290.3N

    Le problme est symtrique donc XA = -XB

    XA = 290.3N

    Grce aux calculs statiques prcdents jai pu modliser en lments finit toutes les forces

    extrieur en prsence sur la tle.

  • 26

    On constate que 3mm dpaisseur est insuffisant pour cette pice. Aprs avoir chang

    lpaisseur sur le logiciel dlment finit je me suis rendu compte que la tle avait une

    contrainte maximale pouvant tre support seulement par lacier, partir de 5 mm dpaisseur.

    Cependant, un des objectifs du kit lectrique, est quil doit tre facile dinstallation, ce qui

    veut dire sans outillage spciaux. Ce qui nest pas le cas si la plaque a une paisseur gale ou

    suprieure 5 mm. Car pli la plaque pendant le montage de la chaine se rvle dans ce cas

    trs compliqu, en vu de leffort appliquer.

    Je suis donc retourn la premire solution qui consiste mettre deux charnires ayant

    chacune une longueur de 130mm avec un axe de 10mm. Cette solution coute plus chre, mais

    offre une facilit dinstallation ainsi quune facilit de rglage incomparable.

    Ensuite il a fallut fixer tout le systme trouv prcdemment, sur laxe des roues. Pour

    cela, il a fallu faire en sorte dviter les collisions entre les diffrents lments fixs sur larbre

    des roues (suspension, pare boue, disque de frein). Cest pour cela que la plaque est fixe de

    sorte ne pas dpasser la partie haute de larbre moteur. Il a tait obligatoire de faire un

    videment permettant le passage de fixation de la suspension.

    Le systme des 3 vis en U permet de bien, repartir la charge subi par larbre des roues.

    De plus une fois le systme desserr, on peut le faire coulisser pour aligner le pignon avec la

    roue dente. Cependant sur certaines hippomobiles comme celle que nous avions disposition,

    il faudra remplacer un boulon par un soudage cause du manque de place.

    Le plus gros dfaut apparent du systme, est le porte--faux de lensemble pignon-

    rducteur. Le porte--faux est de 155mm, pour un diamtre du rducteur de 105mm ce qui

    cr un rapport de longueur sur diamtre de 1,5. On peut donc en dduire que la dformation

    sera minime. (Jai pas put faire une analyse par lments finis, car le rducteur est pris dans le

    commerce, et il me manqu beaucoup trop de ctes pour le modliser).

  • 27

    Illustration des explications prcdentes :

  • 28

    10. Partie lectrique

    Pour la partie asservissement, il fallait plusieurs modules :

    - Dtecter leffort du cheval afin de laider au meilleur moment, - Traiter linformation de leffort ; dmarrer ou non le moteur suivant leffort, - Grer lalimentation du moteur, et linverser si besoin.

    Le seul endroit qui rcupre les deux efforts du cheval se trouve sur le palonnier de la calche.

    Jai dabord pens que les capteurs taient la bonne solution, malheureusement la gamme de

    capteurs est trs grande. Voici quelques exemples qui ont le plus attir mon attention :

    - Les capteurs photolectriques sont des capteurs de proximit. Cela posait le mme

    problme quavec les capteurs de position puisque jaurai mis un metteur avec

    plusieurs rcepteurs (ou rflecteurs) des distances quivalentes. De plus ces capteurs

    ont un temps de rponse assez lev.

    Position3

    Position2

    Position1

    Emetteur

    Emetteur

    - Les capteurs inductifs produisent un champ magntique lextrmit de leur tte pour dtecter tout objet mtallique. La calche tant faite

    en acier, le capteur aurait t sollicit en permanence. Aussi ce

    systme a une tendue de mesure assez faible, est sensible aux autres

    champs extrieurs et est assez onreux.

    - - Les capteurs de position sont des capteurs de contact

    dlivrant une sortie tout ou rien or le systme doit

    tre asservi et linformation lentre doit tre

    linaire,

  • 29

    - Les capteurs analogiques de position appels aussi capteurs linaires sont plus adapts notre tude. La linarit du capteur est proportionnelle sa course ; c'est--dire plus

    la course est importante meilleure sera la linarit. Il existe des capteurs de ce type

    adapt pour un environnement extrme mais ces capteurs sont destins tre monts

    sur des actionneurs dplacement linaire (pdale, vrin,).

    - Dans la mme gamme, jai trouv les capteurs linaires intgrs. Ils sont donc intgrs dans des vrins hydrauliques ou pneumatiques, uniquement pour des applications

    dasservissement. Ils sont protgs des contraintes extrieures (chocs, temprature,).

    Cela parait tre la bonne solution si on rajoute un circuit hydraulique ou pneumatique

    pour alimenter le vrin. Or on aimerait un systme lger, facile monter, et qui ne

    rajoute pas plus de modules.

    Aprs avoir fait le tour des capteurs, je me suis aperue que ce ntait pas la solution que

    lon attendait donc jai continu mes recherches. Mon tuteur, me voyant gare, ma parl

    dune tude quavait faite lINSA pour justement rcuprer la valeur de leffort dun cheval.

    Jai affin mes recherches et suis tombe sur cette tude, les lves staient servis dun

    dynamomtre pour valuer leffort musculaire.

    Le concept parait ralisable, donne leffort en temps rel et a une sortie analogique. Nous

    placerons donc un dynamomtre sur le palonnier pour dtecter leffort. Jai dfini les

    conditions suivantes : si la valeur est gale zro, la calche est dans une descente et doit tre

    freine, sur le plat la valeur sera gale une valeur quil faudra enregistrer et qui sera prise

    - Les capteurs capacitifs sont des capteurs de proximit qui dtectent tout type dobjets courte distance grce un

    condensateur. Ce produit aurait t le mieux adapt puisquil

    rsiste lenvironnement industriel (atmosphre pollue) et

    quil est tanche car recouvert de rsine. Mais on retrouve

    encore le problme de la sortie en tout ou rien.

  • 30

    en rfrence puisque si la valeur dpasse la valeur , la calche sera en monte et doit tre

    aide.

    A la suite du dynamomtre, il faut placer un module permettant de traiter les

    informations donnes par celui-ci et grer lalimentation du moteur en fonction de ces

    donnes. Mes connaissances en lectricit tant limites, je ne sais pas si les solutions

    retenues sont les mieux adaptes. Jai pens deux modules possibles soit un relais, soit un

    API.

    Un relais lectromcanique est charg de transmettre un ordre de la partie commande,

    ici un dynamomtre, la partie puissance, ici le moteur courant continu.

    Un API est un automate programmable industriel qui envoie des ordres vers les

    practionneurs (partie oprative ici le moteur) partir de donnes dentres (partie commande

    ici le dynamomtre) et dun programme informatique.

    Lintrt de ce module est dalimenter le moteur de faon proportionnelle la force

    mesure et de grer linversion du sens de rotation du moteur. Si la valeur reue par la partie

    commande est gale zro, lAPI envoie lordre linverseur de changer la polarit du

    moteur et de le faire tourner dans le sens contraire. Si la valeur est suprieure la valeur ,

    alors linverseur rechange la polarit du moteur, sous ordre de lAPI, qui tourne cette fois en

    sens direct.

    Les valeurs mesures et traites sont envoyes un inverseur qui, suivant lordre

    envoy, inverse ou non le sens de rotation du moteur. La marque TROMBETTA proposait

    plusieurs inverseurs.

    Pour lalimentation du moteur, je peux utiliser soit une batterie de 48V ou deux

    batteries de 24V. Jai prfr placer deux batteries de 24V. La marque la plus connu dans les

    batteries pour vhicule lectrique est la marque TROJAN.

    Caractristique des batteries choisies :

    Tension Dimension Poids

    112 Kg

    Les batteries seraient places sous le palonnier de la calche (comme ci-dessous) dans

    un caisson prvu cet effet pour respecter la contrainte desthtisme.

    Et en faisant mes recherches, jai dcouvert un relais inverseur ce qui

    permettrait dassocier deux modules et dviter les interfaces. Mais

    est-ce que ce module fonctionne linairement ?

    Suivant la force lue en entre, lAPI demande plus ou

    moins de puissance au moteur. Je sais que lAPI ne fonctionne

    quen binaire donc incompatible avec le choix du dynamomtre.

  • 31

    La calche, devenant un vhicule motoris, devra tre quipe de la signalisation

    ncessaire sur route c'est--dire les feux stop, les clignotants et les feux de route.

    Lensemble des modules lectriques a t choisi partir de produit dj existants.

    Ltude a juste t aborde, il faut la finir en respectant le schma suivant :

    11. Etude supplmentaire

    Durant ltude, nous avons eut lide de mettre tout le systme sur le train avant,

    de sorte le transformer en un systme tracteur (option ventuelle du systme). En

    effet lide est de faire une partie avant amovible, de sorte a pouvoir latteler sur une

    partie remorque diffrente (comprenant le plateau et les roues arrires) suivant la tache

    effectuer (ramassage des ordures ou transport de personnes).

    Actuellement le systme permettant la liaison entre lensemble tracteur et la

    remorque, se fait grce deux plateaux crant un appui plan, qui sont maintenu par

    quatre vis, crant la liaison encastrement. Il faut donc remplacer le systme des vis par

    Batteries

    Batteries

    Moteur

    lectrique Rgulateur

    Inverseur Dynamomtre

    Batteries

    Freiner

    Acclrer

  • 32

    un systme remplaant les vis par quatre axes clavetts, permettant un assemblage

    rapide.

    Mais la partie qui pose le plus problme est les freins. En effet, actuellement les

    hippomobiles sont conut avec un systme de freinage similaire a celui des vhicules

    agricoles. Car jusqu' aujourdhui les conducteurs des hippomobiles utilisaient les

    freins de lhippomobile pour ne pas faire forc le cheval pendant les descentes. On

    retrouve donc deux pdales de frein : la premire freine les roues avant, et la deuxime

    freine les roues arrire, avec un seul vase dexpansion pour les deux circuits

    hydrauliques. Lide est de ne pas augmenter le nombre de pdale sur lhippomobile

    pour ne pas compliquer le travail du chauffeur. On utilisera une pdale commandant le

    frein moteur, et une pdale commandant les freins disque.

    La commande des freins disque va donc changer, de plus il faut faire un systme

    permettant de sparer lavant et larrire de lhippomobile, sans poser de problme

    dans le circuit hydraulique des freins. Il se trouve indispensable de spar le circuit des

    freins avant et le circuit des freins arrires, ce qui implique deux vases dexpansion.

    Jai ensuite pens a utiliser une partie lectrique pour commander les freins, car il est

    plus simple de dbrancher de llectrique plutt que de lhydraulique. Ce qui donne le

    schma suivant.

    (Actuellement seulement ltude de principe a t faite.)

  • 33

    ANNEXES

  • 34

    Kit dassistance lectrique

    pour vhicule hippomobile

    Notice dinstallation du systme

  • 35

    Sommaire :

    I) Installation de la roue dente.. P.38

    II) Assemblage rducteur et pignon. P.39

    III) Installation des moteurs.. P.40

    IV) Installation des batteries. p.45

    V) Annexe (nomenclature, vue clate).. p.46

  • 36

    I) Installation de la roue dente

    - Surlever lavant de la calche de tel sorte que les roues avant ne touchent plus le sol.

    - Dvisser le cache sur la roue comme montre ci-dessous. Dvisser les 4vis situes lintrieur du moyeu. Puis enlever la roue.

    - Vous devez apercevoir une pice intermdiaire qui tient le disque de frein. La roue dente va venir se fixer sur cette pice, insrer la roue dente sur larbre apparent.

    - Faites tourner la roue dente jusqu ce que les trous des vis correspondent avec les trous de la pice intermdiaire.

    - Remonter la roue de la calche sur son arbre, placer la roue de telle sorte que les trois trous concidents. Revisser la roue puis le cache.

  • 37

    II) Assemblage moteur et pignon

    - Il faut dabord assembler le moteur et le rducteur. Pour cela insrer larbre du moteur dans lalsage prvu cet effet que vous trouverez sur un cot du rducteur.

    - Effectuer la mme opration

    pour lautre roue

    de la calche.

    ATTENTION

    Veiller insrer la clavette dans

    lemplacement prvu.

  • 38

    - Une fois insre, visser le rducteur au moteur laide les quatre vis diamtre 8mm vendu avec le kit.

    - Prendre le pignon (pice N), le placer sur larbre du rducteur. Insrer la goupille laide dune masse en faisant attention mettre les trous, prvu cette effet, bien en face.

    III) Installation des moteurs

    - Prendre le tendeur (pice N), la placer de telle sorte que le tendeur soit plac sur lavant de la barre de direction et que lvidement carr se situe sous la suspension de la calche

    comme ci-dessous.

  • 39

    - Prendre deux attaches en U (pice N), elles vont servir attacher le tendeur sur la barre de direction de la calche comme ci-dessous.

    - Enfin prendre les rondelles (pice N) et visser les crous (pice N) sur les attaches en U.

    - Faire la mme opration sur

    lautre cot de

    la calche.

  • 40

    - Prendre les gonds (pice N), placer le cot le plus court sur le tendeur que vous venez dinstaller. Puis visser les gonds laide des quatre vis diamtre 8 mm.

    - Prendre le bloc moteur, mont prcdemment, et le deuxime tendeur (pice N), visser le bloc moteur sur le tendeur dans les trous indiqus ci-dessous.

    - Le bloc moteur ainsi mont va venir se fixer sur lautre cot des gonds. Placer le pignon au mme niveau que la roue dente en ayant les quatre trous des gonds vers le bas.

    Visser le bloc moteur laide des vis diamtre 8 mm.

  • 41

    - Placer la chaine (pice N), entre la roue et le pignon, une fois la chaine installe faire basculer le moteur jusqu ce que la chaine soit tendu.

    - Faire la mme opration sur

    lautre cot de

    la calche.

  • 42

    - Prendre le soutient du rducteur (pice N), le placer sur le rducteur de la faon suivante : il faut que le repli de la pice soit du cot de la roue, que la pice soit attach

    sur la rducteur cot moteur, et quelle soit attache avec les rondelles (pice N) et les

    vis diamtre 8 mm.

    - Refaire le mme assemblage sur le cot de la calche pour obtenir ceci :

  • 43

    IV) Installation des batteries

    - Prendre les barres prvues pour tenir le caisson des batteries (pice N), les placer sur lavant du palonnier de la calche.

    - Prendre le caisson des batteries (pice N), le visser aux barres avec les huit vis de

    diamtre 8 mm comme ci-dessous.

  • 44

    I) Annexe

  • 45

  • 46

  • 47

    Nomenclature du systme

    Quantit Rfrence Type Numro

    1 arbre Pice 1

    2 pice attache disque Pice 2

    2 disque Pice 3

    2 trier Pice 4

    2 roue calche Pice 5

    2 suspension Pice 6

    1 plateau Pice 7

    2 moto rducteur Assemblage

    1 pare boue Pice 8

    1 tendeur gauche Pice 9

    2 roue Pice 10

    1 tendeur droit Pice 11

    2 pignon Pice 12

    2 tige tendeur Pice 13

    8 attache U Pice 14

    1 plaque de mesure Pice 15

    6 attache U 45 Pice 16

    16 crou Pice 17

    4 attache tendeur Pice 18

    6 rondelle d9 D18 Pice 19

    38 crou de 13 Pice 20

    8 vis roue Pice 21

    8 vis disque Pice 22

    28 vis accoupleur Pice 23

    2 soutien rducteur Pice 24

    1 tendeur droit Pice 25

    4 charnire Assemblage

    1 tendeur Pice 26

    1 goupille Pice 27

    2 attache caisson Pice 28

    1 caisson Pice 29

    8 vis caisson Pice 30

    Nomenclature de motorducteur

    Quantit Rfrence Type Numro

    1 moteur Pice 31

    1 rducteur P.81 C.105 Pice 32

    Nomenclature charnire

    Quantit Rfrence Type Numro

    1 gond Pice 33

    1 gond2 Pice 34

    1 tige gond Pice 35

    Rcapitulatif sur avant

    Pices diffrentes : 35

    Total des pices : 176

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    GOUMARRE Jean-Flix

    Stage DUT 2007

    Directeur de lentreprise : M.LEJOSNE

    Lieu du stage : Venelles

    Tuteur industriel : M.LEJOSNE

    Tuteur universitaire : M.LECHTEN

    Rsum du projet de stage : Suite la hausse du prix du ptrole, et limportance que reprsente lcologie dans le

    monde actuel, que certaines personnes on eut lide de rimplanter le cheval dans nos villes et

    villages. Cest pour cela que M.CHANOUX a pens concevoir une hippomobile hybride

    afin de facilit la rimplantation du cheval en lassociant avec des technologies actuelle. Nous

    avons pour cela fait ltude mcanique de systme, par lintermdiaire de lentreprise Protect

    Forest.

    Nombre de pages du rapport : 34

    Nombre de pages des annexes : 24

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