Lycée Lakanal Statique

Lycée
Lakanal
TP
Statique
MPSI/PCSI
Assistance au freinage
I. Présentation
1- Mise en situation
Constitution :
Le système de freinage de la TWINGO est décrit par la figure ci-dessous. Elle représente
l’implantation sur le véhicule des différents constituants.
Roue
MOTEUR
FREIN
Collecteur admission
REPARTITEUR
DE FREINAGE
MAITRE
CYLINDRE
PEDALIER
F
Freins à DISQUE (Avant)
AMPLIFICATEUR
DE FREINAGE
OU SERVOFREIN
Freins à TAMBOUR (Arrière)
L’action du conducteur sur la pédale de frein est amplifiée par le servofrein.
Le servofrein fournit au maître-cylindre l’effort permettant de mettre sous pression le liquide
de freinage.
Cette énergie hydraulique est véhiculée par des canalisations jusqu’aux freins situés à
l’intérieur des roues.
Un répartiteur permet de réguler au mieux le freinage sur les roues avant et sur les roues
arrières.
Sur certains véhicules (à injection) une pompe à vide, entraînée par le moteur, fournit à
l’amplificateur l’énergie nécessaire à son fonctionnement.
Sur les véhicules traditionnels à essence (cas de la TWINGO) on vient prélever la "dépression"
sur le collecteur d’admission du moteur.
Fonction globale
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Schéma bloc
2- Mise en marche
Instrumentation de la station
L'ensemble est instrumenté pour permettre de mesurer et analyser les grandeurs physiques
qui régissent son fonctionnement et en particulier celui de sa commande, dans des conditions
voisines du réel.
Un système de chargement solidaire de la pédale permet de simuler l’action du conducteur sur
celle-ci. Une pompe à vide entraînée par un moteur électrique joue le rôle du collecteur
d’admission. Comme sur le véhicule la pression absolue peut varier entre 0,4bar et 1bar.
II. Etude technologique
1- Identification des éléments
D’après le diagramme FAST donné en annexe, Retrouver sur le système les différents sous
systèmes listés en document réponse, puis indiquer leur position ainsi que leur fonction.
2- Identification de l’instrumentation de la station
L’instrumentation de la station est décrite par la figure ci-dessous.
STATION DE MESURE
Dresser
dans
un
tableau la liste des
capteurs
mentionné
sur la figure:
Frein à
tambour
• associer à chaque
capteur
le
constituant réel, en
l'identifiant sur la
station
• puis préciser pour
chacun la grandeur
physique
qu'il
mesure.
Pompe à vide
p
p
F
Capteur d'effort
p
Capteur de pression
p
Répartiteur
Pédalier
F
p
F
Maitre cylindre
Amplificateur
"Servofrein"
Frein à
disque
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III. Comparaisons
1- Performances de l'amplification pneumatique
Mise en évidence de la nécessité du servofrein
Mesure n°1:
Mesure n°2:
Le servofrein n’est pas actif (station sous
tension mais pompe à vide inactive).
Régler le dispositif de charge de façon à ce
que la masse soit située à environ 200mm
de la pédale.
A l’aide d’une clé dynamométrique mesurer
le couple de freinage sur le frein à disque.
Relever sa valeur.
Le servofrein est actif (station sous tension
et pompe à vide active).
Laisser le dispositif de charge dans la
position précédente.
Régler la "dépression" à 0,2bars.
A l’aide d’une clé dynamométrique, mesurer
le couple de freinage sur le frein à disque.
Relever sa valeur.
Comparer ces valeurs. Conclure.
Etude de l’amplification pneumatique seule :
Mesure n°3:
Mesure n°4:
Le servofrein est actif (station sous tension
et pompe à vide active).
Régler le dispositif de charge de façon à ce
que l’effort sur la pédale et la dépression
soient maxi.
A effectuer dans les mêmes conditions que
la mesure n°3, mais sans assistance.
Lancer le logiciel associé à la station, il
permettra ultérieurement de visualiser les
résultats de la mesure.
Etablir la communication micro - station en
validant successivement [Mesures] et
[Initialiser].
Un message à l’écran indique que la mesure
est prête à démarrer.
Appuyer sur le bouton "Départ mesure" du
tableau de bord. Ceci a pour effet de lancer
le chronomètre contrôlant la durée de
mesure (10s) et d’importer les résultats de
la station DAE vers le micro.
Attendre que la mesure soit enregistrée.
Attention, pour ne pas avoir
d’assistance il faut que les deux
chambres du servofrein soient à
la pression atmosphérique (agir
plusieurs fois sur la pédale).
Au moyen du logiciel, afficher la courbe
représentant
l’effort
à
l’entrée
de
l’amplificateur et la pression de freinage (en
sortie du maître cylindre) en fonction du
temps. Pour cela :
• revenir à la page d’accueil du logiciel ;
• sélectionner le bouton [Courbes] ;
• choisir le bouton [Abscisse], puis
désigner l’icône représentant le temps
(par défaut) ;
• choisir le bouton [Ordonnée], puis
désigner successivement les icônes
représentant l’effort à l’entrée de
l’amplificateur, puis la pression de
freinage;
• cocher les cases qui correspondent aux
deux mesures précédentes.
• sélectionner l’option [Tracer].
• procéder à une sortie imprimante en
validant [Imprimer].
Analyser ces courbes et préciser les valeurs des rapports
P3
P4
et
pour les deux mesures
F3
F4
précédentes.
Comparer ces valeurs. Conclure.
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2- Mesure de l'amplification
"Pour un confort de conduite correct, l'effort appliqué par le conducteur, lors d'un freinage
d'urgence, ne doit pas excéder 200N pour une course utile maximale de 40mm".
Or arrêter ce véhicule dans des conditions d'urgence nécessiterait un effort plus important s'il
n'était pas amplifié mécaniquement par le pédalier et assisté pneumatiquement par le
servofrein "Mastervac". C'est sur cette partie du système de freinage que porte cette partie.
Position de la modélisation
La fonction globale du servofrein d'"amplifier l'effort
donné au pédalier" montré sur le schéma ci contre,
peut être décomposé à l'aide du schéma bloc cidessous.
Fe
Fp
AMPLIFIER
Fp
AMPLIFIER
PNEUMATIQUEMENT
MECANIQUEMENT
PEDALIER
"FP":
"FE":
"FS":
Fs
Amplifier
l'effort
Fs
SERVOFREIN
effort appliqué par le conducteur sur la pédale de frein.
effort appliqué par la pédale à la tige de commande du servofrein;
effort appliqué par la tige de sortie du servofrein sur le piston du maître cylindre.
Le facteur de multiplication de l'effort de
cette partie du système de freinage sera
donné par la relation:
K=
FE
(multiplication mécanique)
FP
F
K 2 = S (multiplication pneumatique).
FE
K1 =
où
FS
= K 1 .K 2
FP
et
Calculs préliminaires: recherche de l'expression liant "Fp" à "Fm"
Sur la maquette il est délicat de mesurer directement l'action sur la pédale "Fp".
Un dispositif de simulation d'effort constitué d'une masse pouvant coulisser sur une réglette
rend la manipulation plus simple.
Système réel
Système de simulation
Châssis du véhicule
Châssis du véhicule
H
H
h
h
Masse
I
Support de Fe
d
I
Support de Fe
Fp
G
J
l
Fm
A partir d'une étude statique analytique, conduite en isolant la pédale, exprimer "Fp" en
fonction de "Fm", "d", et "l".
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Recherche du coefficient k1
La pédale est modélisée par un levier articulé sur
le châssis.
Le poids est négligeable devant les autres actions
qui lui sont appliquées.
Etude théorique:
Châssis du véhicule
L'action
glisseur
pédale)
tangent
H
h
Support de Fe
I
d
Trace plan
tangent
Pédale de frein
Support de Fp
J
du conducteur "Fp" est supposée être un
passant par "J" (centre géométrique de la
et porté par la perpendiculaire au plan
en "J".
La faible amplitude du mouvement de la pédale
permet de supposer que:
• l'action "Fe" de la tige de commande du
servofrein peut-être un glisseur dont la
direction reste identique durant toute la course
de la pédale.
• la distance "h" reste constante pendant le
mouvement de la pédale.
Isoler la pédale de frein et trouver la relation
entre "Fe", "Fp", "d" et "h". En déduire K1.
Manipulations:
Considérons les trois configuration de chargement de la pédale suivantes (sans assistance mais
avec la station sous tension):
• aucun effort extérieur (position A)
• charge minimale, la masse se trouve contre la pédale (position B)
• charge maximale, la masse se trouve à l’extrémité du bras (position C)
Pour les différentes configurations, relever les valeurs de "Fe".
En fonction des configuration, évaluer analytiquement "Fp".
Calculer pour chaque configuration les valeurs de k 1 =
Fe
.
Fp
Comparer avec les résultats obtenus précédemment. Conclure.
Recherche expérimentale de k2
Station sous tension, régler la pression d'alimentation du servofrein à 0,6bar.
Effectuer 6 mesures, en déplaçant la masse de 80mm en 80mm environ.
La première sera faite pour la position correspondant à un effort d'entrée minimal.
Pour chacune des positions.
• Lancer le logiciel associé à la station (pour visualiser ultérieurement les résultats).
• Etablir la communication micro-station en validant successivement [Mesures] et
[Initialiser] . Un message à l’écran indique que la mesure est prête à démarrer.
• Appuyer sur le bouton "Départ mesure" du tableau de bord. Le chronomètre se lance
(durée de mesure 10s) puis importer les résultats de la station DAE vers le micro.
• Attendre que la mesure soit enregistrée.
Afficher la courbe représentant l’effort à l’entrée de l’amplificateur en fonction du temps et celle
fournissant la pression de freinage P3 (en sortie du maître cylindre).
Pour les six positions de chargement, compléter un tableau donnant "Fe", "Ps" et en déduire les
valeurs de "K2" (remarque: le diamètre du maître cylindre est égal à d=20mm).
Synthèse
Analyser et commenter les résultats obtenus pour le coefficient "K", rechercher les sources
d'incertitudes sur les valeurs calculées ou mesurées.
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