EMBRAYAGE AUTOMATIQUE PILOTE de la MERCEDES Classe A

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Sciences Industrielles GM
TD Dynamique
EMBRAYAGE AUTOMATIQUE PILOTE de la MERCEDES Classe A
(CCSMP 2002 PSI)
1.MISE EN SITUATION :
Le groupe moto propulseur d’une voiture automobile est
généralement constitué d’un moteur thermique, d’un embrayage,
d’une boîte de vitesses et d’un différentiel qui entraîne chacune des
roues motrices par l’intermédiaire d’un joint de transmission :
Pour décharger le conducteur du passage des vitesses, les
constructeurs proposent, depuis de nombreuses années, des boîtes
de vitesses dites automatiques.
Cependant, celles-ci ne rencontrent pas le succès attendu en
Europe où, semble-t-il, les conducteurs préfèrent conserver le choix des changements de rapports et la manipulation
d’un levier de vitesses. Aussi des constructeurs, tels Mercedes, installent des embrayages "pilotés" offrant une
assistance à la commande de l’embrayage. Un calculateur électronique embarqué centralise les informations des
différents capteurs et pilote l’embrayage dès que le conducteur manifeste son intention de changer de rapport de boîte
par une action sur le levier de vitesses.
La figure 1 donne l’allure des courbes de couple et de puissance disponibles
d’un moteur thermique et sa zone d’utilisation (notée A-B) en fonction de la
vitesse angulaire du moteur. On constate en particulier que le moteur ne peut
être sollicité en dessous d’une vitesse angulaire minimale. Ceci impose
d’installer en série dans la chaîne de transmission de puissance un dispositif qui
isole le moteur pour permettre au conducteur de démarrer, s’arrêter ou changer
le rapport de transmission de la boîte de vitesses.
Les principales phases du cycle de vie de l’embrayage piloté sont :
• la phase d’entraînement, pendant laquelle la puissance est
transmise aux roues motrices ;
• la phase de débrayage pendant laquelle la chaîne de transmission se rompt ;
• la phase dite débrayée pendant laquelle la chaîne de transmission est rompue ;
• la phase d’embrayage pendant laquelle la chaîne de transmission se rétablit.
L’organisation structurelle des principaux constituants de l’embrayage automatique utilisé sur la «Classe A» est
schématisée sur la figure 2 ci-dessous :
On distingue, outre le moteur (21) et son volant
d’inertie (22), la boîte de vitesses (25) et le levier
de vitesses, les éléments qui font l’objet de cette
étude :
• le disque d’embrayage (23) ;
• le plateau de pression d’embrayage à rattrapage
de jeu automatique (24) ;
• la centrale de commande (26) pilotée par un
calculateur ;
• le dispositif central de débrayage hydraulique
(27) ;
• la conduite hydraulique (28) ;
• le capteur de rotation «sens de la commande de
la boîte de vitesses» (31) et le capteur de rotation
«sens de sélection de la boîte de vitesses» (30)
qui servent à reconnaître le rapport sélectionné ;
• le capteur de rotation du levier de vitesses (29)
qui sert à détecter l’intention du conducteur de
changer de rapport.
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, , , un repère galiléen lié au carter (0) du moteur et du récepteur, l’axe
Soit
l’axe de rotation des arbres.
,
étant confondu avec
Hypothèses – Données (voir figure 3 et 4)
Arbre moteur (1 : arbre moteur (am) + plateau moteur (pm) + plateau presseur (pp)) :
- Liaison pivot parfaite avec le carter du moteur.
- : moment d’inertie par rapport à l’axe , , (pièces entraînées en rotation comprises).
: vitesse instantanée de rotation par rapport à
0
: moment du couple exercé par le moteur :
0
0
.
0
Arbre de boîte de vitesse (2 : arbre de boîte (ab) + disque d’embrayage (d)) :
- Liaison pivot parfaite avec le carter du récepteur
: moment d’inertie par rapport à l’axe , , (pièces entraînées en rotation comprises)
: vitesse de rotation instantanée par rapport à
.
: moment du couple exercé par le récepteur :
é 0
0
.
0
0
: le moment du couple maximum transmissible par l’embrayage :
.
est fonction de la construction et du réglage de l’embrayage, on le considérera donc comme connu et
constant.
2.QUESTIONS
ÉTUDE DE LA PHASE D’EMBRAYAGE
Le modèle retenu pour cette étude est donné par le schéma de la figure 3.
2.1. Tracer un graphe d’isolement correspondant à l’étude.
2.2. En appliquant le P.F.D. à l’arbre moteur (1) puis à l’arbre de boîte de vitesses (2), déterminer
et
de chaque arbre au moment de l’embrayage
0 , en fonction de
l’accélération angulaire
, , ,
et .
2.3. Déterminer les expressions de
constants, et qu’à la date
0:
et
0
si on admet qu’au cours de cette phase
0
0 et
0 .
et
sont
et
dans le cas où
.
2.4. Tracer sur un même graphe l’allure des fonctions
Mettre en évidence la présence d’une phase de glissement entre
0 et
ainsi qu’une vitesse de
à
.
synchronisme
2.5. Déterminer l’expression de la durée de la phase de glissement.
Donner l’expression de la vitesse de synchronisme
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obtenue.
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ÉTUDE DE LA PHASE DE TRANSMISSION DU COUPLE
Le dispositif de débrayage peut être schématiquement représenté par le graphe :
Le schéma de la figure 4 précise le modèle retenu pour un
embrayage mono disque qui doit permettre la transmission
de la puissance du moteur lié au plateau moteur à l’arbre
d’entrée de la boîte de vitesses. Le plateau moteur (pm), en
liaison pivot d’axe , avec le châssis de la voiture, est en
liaison glissière avec le plateau presseur (pp). Des ressorts
hélicoïdaux comprimés génèrent une pression de contact
entre le disque et les plateaux moteur et presseur. Cette
pression, compte tenu du choix des matériaux pour le disque
et les plateaux, doit être suffisante pour assurer
l’entraînement. La liaison en
entre le disque, de diamètre
extérieur et de diamètre intérieur , et l’arbre d’entrée de la
boîte de vitesses doit permettre la transmission de la
puissance.
Le plateau moteur (pm) crée par l’intermédiaire de l’ensemble des ressorts une action mécanique sur le plateau
presseur (pp) modélisé par le torseur à résultante :
.
0
Soit
, , ,
Soit
d’amplitude
,
avec
3800
un repère lié au châssis de la voiture.
,
,
, d’axe ,
Soit
,
,
,
une rotation d’amplitude
, , ,
un repère lié au plateau moteur déduit du repère
par une rotation
.
, , ,
un repère lié à l’arbre d’entrée de la boîte de vitesses déduit du repère
, d’axe , .
par
La figure 5 représente le disque d’embrayage (d).
Le facteur de frottement entre les plateaux presseur (pp) ou moteur (pm) et
le disque d’embrayage (d) est noté .
On note
la distance du centre
au point courant
On suppose que la pression de contact en
.
est constante :
,
2.6. Exprimer les composantes du torseur modélisant globalement les actions exercées par le plateau
presseur (pp) sur une des surfaces de friction du disque d’embrayage (d) en fonction de , , et :
,
2.7. Isoler le plateau presseur (pp) et déterminer une expression liant , ,
Exprimer puis calculer pour
140
,
200
,
0,35.
2.8. Déduire l’expression du couple transmissible
Calculer .
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, , ,
et .
à la boîte de vitesses par l’embrayage.
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BILAN
2.9. Calculer et
2500 .
avec
.
150 .
,
25 .
,
228 .
,
3. 10
.
,
0,5
.
et
.
2.10. Tracer le graphe de la fonction
En déduire la valeur minimum de
pour que la solidarisation des arbres puisse avoir lieu.
Vérifier que la valeur de trouvée en 2.8. est suffisante pour assurer la transmission de la puissance.
2.11. Décrire qualitativement l’évolution du fonctionnement pour
et tracer l’allure de
rotation de la ligne d’arbre après synchronisation sur le même graphe que celui de
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, vitesse de
et
.
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