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

  • Published on
    12-Sep-2018

  • View
    212

  • Download
    0

Transcript

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 48 49 50 51 52 53 54 55 56 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

Recommended

View more >