Dir. assistée hydraulique DIRAVI - sujet

1ère année
SLCI - TP diravi – sujet
S2I
L’objectif de ce TP est d’analyser
fonctionnellement et structurellement le
mécanisme de direction assistée afin de
comprendre
le
fonctionnement
de
l’assistance et de mettre en évidence
l’asservissement de position pour en
proposer
un
modèle
partiel
de
l’asservissement.
Première partie : étude du fonctionnement
Afin de pouvoir mettre en évidence les différentes fonctions de la direction assistée Diravi, procéder
rigoureusement aux manipulations suivantes
Manipulation 1 :
Sur la station :
• Mettre sous tension ( bouton vert sur le coté droit) puis patienter 3 secondes
• Allumer la pompe (sur le pupitre)
• Imposer une vitesse véhicule de 0 km/h soit une vitesse de 180 tr/min du régulateur
(potentiomètre sur le pupitre)
• Tourner le volant
Manipulation 2 : renouveler la manipulation précédente pour une vitesse de 70 km/h
correspondant à une vitesse de rotation du régulateur de 1200 tr/min et observer l’évolution des
efforts nécessaires à la rotation du volant.
Question 1 : Concluez sur l’évolution du couple en fonction de l’angle de braquage du volant et de la
vitesse du véhicule simulée grâce au potentiomètre.
Deuxième Partie : Analyse fonctionnelle de la direction assistée
La direction assistée réalise trois fonctions :
Assister le conducteur lors du braquage des roues à faible vitesse
Durcir la direction en fonction de la vitesse et de l’angle de braquage
Assurer le rappel des roues et du volant
Question 2 : Vous devez compléter le diagramme FAST de la fonction Assister (cf document réponse).
Pour le compléter, vous utiliserez les documents techniques ainsi que le mécanisme à
disposition. Les éléments à placer dans ce diagramme sont donnés dans les deux tableaux
« solutions techniques » et « Fonctions ».
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Troisième Partie : Analyse de l’asservissement
Structure globale (figure 1)
A un couple à l’entrée exercé au niveau du volant correspond un pivotement des roues en sortie de
l'ensemble : Direction assistée DIRAVI (ensemble présent sur la station) et éléments de
commande des roues (Biellette et pivots de roue) appelé ici : Système de direction.
Une autre entrée correspond à la valeur de la vitesse du véhicule, le couple de rappel du volant
augmente en effet avec cette vitesse.
Cvolant
Dirαvi
et Système de direction
α
roue
Vvéhicule
Figure 1
Direction assistée et Système de direction (figure 2)
La représentation de la figure 2 permet d'isoler l'ensemble étudié ici : la Direction assistée
DIRAVI.
La grandeur de sortie de cet ensemble correspond au déplacement de la crémaillère de direction.
λ
C voλant
a
crémaiλλère
Diravi
roue
Système de direction
Vvéhicuλe
Figure 2
Direction assistée DIRAVI (figure 3)
La représentation de la figure 3 met en évidence une structure comportant deux blocs .
Le premier est détaillé en figure 1 du document réponse, le second sera à mettre en place plus
loin.
C voλant
Bλoc
1
Vvéhicuλe
a
volant
Bλoc
λ
crémaiλλère
2
Diravi
Figure 3
Le bloc 1 permet de mettre en évidence :
- le système générant le couple de rappel du volant : c’est l’ensemble poussoir hydraulique
+came cœur.
- le système permettant la prise en compte dans le couple de rappel de la vitesse du véhicule :
c’est le régulateur hydraulique.
- le système reliant le couple au volant et son angle de rotation : c’est l’ensemble volant +
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colonne de direction.
Question 3 : Complétez le document réponse en donnant le nom des constituants du bloc1 situés sur les
différentes chaînes du schéma fonctionnel. Donnez également un nom aux variables
d’entrée et de sortie des blocs.
L'objectif de la suite de ce travail sera de préciser la structure du bloc 2 à partir de l'analyse du
fonctionnement d'une partie du bloc de commande (sans le système came poussoir) et de l'ensemble vérin
crémaillère.
Quatrième partie : Structure de la direction assistée
Fonctionnement de l’assistance :
Le schéma de la figure 4 représente les différents constituants, ainsi que les connexions hydrauliques
associées.
En plus du classique système mécanique de direction (volant, colonne de direction, pignon,
crémaillère...), l'ensemble d'assistance est constitué:
- d'une pompe hydraulique, entraînée par le moteur, associée à un réservoir d'huile, un
accumulateur de pression et un bloc de régulation de débit / pression : conjoncteur - disjoncteur.
- d'un bloc de commande qui détecte les actions exercées par le conducteur au niveau du volant
pour commander la rotation des roues et provoque le couple de rappel, celui-ci variant en fonction
de la position du volant;
- d'un régulateur centrifuge, qui permet de faire varier le couple de rappel du volant en fonction de
la vitesse du véhicule;
- d'un vérin hydraulique d'assistance, commandant la crémaillère de direction et donc la rotation
des roues.
λc ,Fc
RESERVOIR
B.P.
Figure 4 : schéma
d'implantation des
composants de la
direction
VERIN - CREMAILLERE
ωr
POMPE
pv
REGULATEUR
centrifuge
ph
ACCUMULATEUR
H.P
Disjoncteur
Conjoncteur
BLOC de
COMMANDE
pr
VOLANT
θv
Cv
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Figure 5 : structure du
bloc de commande
La rotation du volant doit commander le déplacement du tiroir du distributeur du vérin de crémaillère.
Un couple exercé sur le volant fait tourner le plateau (P1) par l'intermédiaire du pignon arbré (1). Le
couple de résistance au pivotement du sol sur les roues empêche la rotation de l'arbre (2) donc du plateau
(P2) (dans la limite du jeu autorisé par le doigt lié à (1) dans la rainure de (2). Les biellettes (B) en
s'inclinant commandent la translation du tiroir (T). Selon le sens de son déplacement.
Question 4 : Pour chacune des phases proposées, dessinez sur le document réponse le distributeur
actionnant les biellettes, ainsi que son sens de déplacement et décrire succinctement le
fonctionnement.
• Phase de braquage: le conducteur fait tourner le volant.
• Phase de retour en position d'équilibre: le conducteur maintient le volant dans une
position.
Modélisation de l’asservissement : Étude du bloc 2
Le bloc 2 issue de l’analyse de l’asservissement permet d’asservir le déplacement de la crémaillère à
l’angle de rotation du volant. la boucle de retour de l'asservissement est réalisée par l'intermédiaire de la
roue dentée qui commande le plateau P2. L'information angulaire obtenue est alors comparée à l'angle de
rotation du volant (donnée par le plateau P1) à l'aide du mécanisme de biellettes (B). C'est le
comparateur.
Le schéma fonctionnel du bloc est de la forme suivante :
Compαrαteur
α vol
Engrenαge E1
α
Plαteαux
α−α' Biellettes
(B)
l
dist
Distributeur (T)
α'
Engrenαge E2
α pignon
Q
vérin
Vérin
l crémαillère
Pignon crémαillère
Figure 6 : schéma fonctionnel du bloc 2
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Question 5 : Sur le document réponse, définissez chacune des fonctions de transfert du diagramme
fonctionnel du bloc 2 en s’aidant des données constructeur fournies en annexe en
caractère gras. On supposera que dans une phase de braquage, le débit d’huile sous
pression alimentant le vérin est proportionnel au déplacement du tiroir du distributeur
(gain K).
Question 6 : Calculez la fonction de transfert en boucle fermée du bloc 2 en utilisant les données
numériques constructeur. Vous veillerez à respecter l’homogénéité des résultats et
exprimerez cette FTBF en fonction de K.
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ANNEXES
DIRAVI - CARACTERISTIQUES TECHNIQUES
Pompe hydraulique
Volumétrique à 5 pistons
Disjoncteur Conjoncteur
P disjonction : 17 ± 0.5 Mpa
P conjonction: 14.5 ± 0.5 Mpa
Bloc de commande
Engrenage comparateur :
ZP1 = ZP2 = 60 dents; Zpignon1 = Zpignon2 = 36
dents
m = 1.25
Engrenage came :
Z28 = 59 dents ; Z9’ = 15 dents ; m = 1.25
Pignon crémaillère
Z = 10 dents ; m réel = 1.6 mm
Came : caractéristiques en annexe
Crémaillère
Course = ± 82 mm
Résistance passive < 1500 N
Régulateur centrifuge
Pression en fonction de la vitesse du véhicule :
voir en annexe
Relation vitesse du véhicule (Km/h) et vitesse
du régulateur (t/mn) :Nrégul = 16.66 Vvéhic
Système résistant
Caractéristiques du ressort :
•13 spires utiles
• d=11mm (diamètre du fil)
• D=80mm (diamètre moyen d’enroulement)
• Lo=376,6 mm long. libre ressort
Débit théorique 6 l/mn à 1450 t/mn sur le véhicule et 1.9
l/mn à 400 t/mn sur la station
Réservoir (sphère)
Volume : 400 cm3
P gonflage : 6.2 Mpa (azote)
P maxi utilisation : 22.7 MPa
Couple au volant en fonction de l’angle voir les tableaux et
courbes en annexe.
Tiroir : déplacement environ 6 mm
Volant : rotation ± 620° rayon 190 mm
débattement libre sans assistance ± 15°
Frottement dans le boitier sans assistance < 0.65 Nm au
volant
Section chambre 2 : 6 cm²
Section chambre 1 : 12 cm²
Couple au volant en fonction de sa rotation : voir les
tableaux et courbes en annexe.
• L2=241,5 mm correspond à la précharge maximale , l’écrou étant
vissé pour un réglage maximun (volant en position
neutre)
• L3=159,5 correspond à la précharge maximale, l’écrou étant vissé
pour un réglage maximun (crémaillère sortie
totalement vers la droite)
Instrumentation
Capteurs :
voir la documentation en annexe
Moteurs :
- entrainement du régulateur
- entrainement de la pompe
Loi entrée / sortie des « biellettes »
Déplacement du tiroir (mm)
3
0
rotation relative
des plateaux (degré)
-2
-8.4
0
4.2
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