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ESSAIS & MESURESsur voiture TAMIYA TT-01

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ESSAIS & MESURESsur voiture TAMIYA

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Motricité d’un véhicule miniature télécommandé TAMIYA

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Accélération maximale et motricité en 4X4 ou avec une traction ou une propulsion.

Je vous propose aujourd’hui de s’intéresser aux paramètres quiconditionnent l’accélération maximale d’une voiture. A priori c’est le rapportpoids/puissance qui permet d’évaluer le potentiel d’accélération d’unevoiture.Si on a le moteur, encore faut-il pouvoir transmettre tout son couple à laroute.QUESTION : Si pour cela la transmission intégrale domine, doit-onprivilégier une traction ou une propulsion ?Je vous parlerai ici uniquement de transmission de puissance. Tout celan’est valable que si l’on considère le véhicule en accélération et en lignedroite.

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Accélération maximale et motricité en 4X4 ou avec une traction ou une propulsion.

Quels paramètres ont une influence sur la capacité d’une voiture à transmettre de la puissance au sol ? En simplifiant largement, on a :

– l’empattement l (distance entre l’essieu avant et l’essieu arrière)– la hauteur h 2 du centre de gravité G 2– la répartition des masses sur les essieux avant et arrière– l’adhérence du pneu sur la route

Les ETUDES qui vont suivre vont permettre de répond re :

ETUDE 1 : Détermination des forces transmissibles a u sol.ETUDE 2 : Accélérations.ETUDE 3 : Suspension et garde au sol.ETUDE 4 : Ressort de suspension

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ETUDE 1 : Détermination des forces transmissibles a u sol. (Lire pages 21 à 26 du livret 3 )

A) Mesurer l’empattement de la voiture l = 257mm

B) Placer la voiture Tamiya sans carrosserie sur une table. Soulever légèrement l’avant puis l’arrière de la voiture à l’aide d’un dynamomètre tenu à la verticale et mesurer les forces Lav et Laren N puis les distances Eav et Ear en mm.

Lar = 5,7 N Lav = 4,8 N

Eav = 68 mmEar = 50 mm

P = ? N

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C) Lors du soulèvement de l’arrière du véhicule, l’équilibre en rotation autour de B s’écrit : P × (l - d2) = Lar × (l + Ear) où P est le poids total du véhicule qui agit en G2.

Lors du soulèvement de l’avant du véhicule, l’équilibre en rotation autour de A s’écrit : P × d2 = Lav × ( l + Eav ).

Ces deux équations permettent de trouver d2 et P :

d2 = 121 mm (développez la 1ère équation et remplacez P × d2 )P = 12,9 N

P = m ×g (N) avec g = 9,81 m/s².

D) Calculer la masse m de la voiture et la comparer avec la valeur inscrite sur l’emballage : m (calcul) = 1,31kg <> m (constructeur) = 1,174 kgEcart entre ces valeurs : + 0,136 kg soit +11,6 %

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E) Les forces verticales de contact route/roue en A et B soit à l’arrière et à l’avant du véhicule se calculent à l’aide des formules suivantes :

��� ��×�� � �××�

�

�� ��×�� � ��� � �××�

�

Dans lesquelles a est l’accélération du véhicule.Calculer ces forces verticales qu’on appellera forces normales au plan de contact dans le cas où l’accélération est nulle :

Nav = 6,1 NNar = 6,8 N

Que se passe-il pour ces forces lorsque le véhicule accélère : a > 0 m/s² ?…Nar augmente et Nav diminue d’autant, les roues avant se soulèvent si�×�� � �××� .

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F) Bloquer les 4 roues de la voiture puis la tracter à vitesse constante sur le sol peint de la salle à l’aide du dynamomètre tenu horizontalement.Relever la force Tr qui devrait être à peu près constante. Tr = 4,8 N

Les roues qui patinent au démarrage transmettent des efforts tangentiels T = N ×fg où fg est le facteur de frottement de glissement constant

dépendant des matériaux (Modèle de Coulomb).Tr = -(Tav+Tar ) = -(Nar+Nav ) ×fgEn déduire le facteur fg (frottement de glissement pneu/piste) : fg ≅ 0,372

Nav = 6,1 NNar = 6,8 N

Tr = 4,8 N

Tar = 2,53 N Tav = 2,27 N

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G) Bloquer les 4 roues de la voiture puis la tracter à vitesse nulle (sans qu’elle ne bouge, à la limite du glissement) sur le sol peint de la salle à l’aide du dynamomètre tenu horizontalement.Relever la force Tr’. Tr’ = 5,2 N

A la limite du glissement, on admet que les roues transmettent des efforts tangentiels T = N ×fad où fad est le facteur d’adhérence dépendant des matériaux (fad ≥ fg).Tr’ = -(Tav’+Tar’ ) = -(Nar+Nav ) ×fadEn déduire la valeur de fad (facteur d’adhérence pneu/piste) : fad ≅ 0,4

Nav = 6,1 NNar = 6,8 N

Tr’ = 5,2 N

Tar’ = 2,72 N Tav’ = 2,44 N

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ETUDE 2 : Accélérations. ( Lire pages 21 à 26 du livret 3 )

Données pour l’étude :

� m = 1,174 kg� d2 = 108 mm� l = 257 mm� h2 = 27,5 mm

A) Le graphique page suivante est le relevé de l’accélération de la voiture TAMIYA TT-01 à 4 roues motrices sur le sol de l’atelier (pneus drift) dans un mouvement rectiligne suivi d’un freinage.On remarque une première phase ou elle est presque constante.Utiliser le fichier de tableur pour calculer l’accélération moyenne durant cette phase. amoy = a = 4,39 m/s²

B) Donner la durée de cette phase : T1 = 1 s

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ES

SA

IS &

ME

SU

RE

Ssur voiture TA

MIYA

EC

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Accélération Tam

iyaen 4x4. [m

/s²]

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 60,000,140,280,420,570,710,850,991,141,281,421,571,711,851,992,142,282,422,572,712,852,993,143,283,433,593,733,884,134,354,544,734,875,065,295,495,655,815,966,106,276,416,566,696,846,997,127,26

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C) Le théorème de la dynamique pour un solide en translation rectiligne s’écrit ici pour les forces horizontales : Tav + Tar = m × aEn déduire Tav + Tar la somme des forces qui entraînent la voiture pendant la première phase. Tav + Tar = 5,15 N.

D) Utiliser le modèle SciLab Xcos Actions verticales pour déterminer les efforts normaux Nar et Nav et les inscrire ci-dessous.

E) Durant cette phase les 4 roues patinent et on peut alors modéliser les efforts de contact à l’aide de la relation T = N × fg . Calculez alors le facteur de frottement de glissement : fg = 0,448 . Complétez les valeurs de Tar et Tav ci-dessous.

Nav = 4,3 NNar = 7,2 N

Tar = 3,2 N Tav = 2 N

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F) On suppose le facteur de frottement fg = 0,45 et Tar = 0 N pour le même véhicule avec seulement les roues avant motrices. Les forces verticales de contact route/roue en A et B soit à l’arrière et à l’avant du véhicule se calculent à l’aide des formules suivantes :

��� ��×�� � �××�

�

�� ��×�� � ��� � �××�

�

Dans lesquelles P = m ×g (N) avec g = 9,81 m/s².Le théorème de la résultante dynamique s’écrit Tav = m × a avec Tav ≤ fg × Nav . Calculer l’accélération dans ce cas : aTav = 1,766 m/s².

Nav = 4,6 NNar = 6,9 N

Tav = 2 N

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G) Le graphique ci-dessous donne, lorsque les roues patinent, la force motrice du véhicule (propulsion en rouge ou traction en bleu) en fonction de l’accélération. Laquelle des versions a la meilleure motricité (accélération) ? La propulsion

H) Calculer les écarts en pourcentages entre les versions de véhicules traction et propulsion par rapport à la version 4x4 (sur sol de l’atelier).a(4x4) = 4,39 m/s² ↔ 100% a(Tav)max = 1,7 m/s² ↔ - 61 %

a(Tar)max = 2,7 m/s² ↔ - 39 %

0

1

2

3

4

5

6

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4

Tav [N]

m x a [N]

Tar [N]

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ETUDE 3 : Suspension et garde au sol ( Lire livret 5 )

A) A l’aide des fichiers donnés, réaliser un assemblage .N’utilisez que des de surfaces de contact dans les contraintes. Le ressort ne sera attaché qu’à la pièce B7.

B) Insérer cet assemblage dans l’assemblageen y lançant la commande insertion /composant/Décomposer le sous assemblage (clic droit) et libérer la pièce fixée(f) de l’amortisseur (clic droit). Terminer l’assemblage et vérifier sa mobilité.

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C) Mesurer le diamètre extérieur du pneu et le comparer à celui du pneu réel. Calculer l’écart en % par rapport au diamètre réel. E% = …

D) Ouvrir la pièce SB6. Esquisser le centre de l’extrémité filetée puis refermer l’esquisse puis la pièce. Créer une contrainte de distance si on veut régler la garde au sol à 7,5 mm.Distance centre/dessous du chassis : 24,5 mm

E) Mesurer dans l’assemblage, le débattement possible en compression depuis cette position. Dc = 4,99 mm

F) Mesurer le débattement en traction depuis cette position Dt = 5,26 mm (utiliser la transparence sur la pièce B11 et sélectionner autre )

G) Mesurer la distance effective entre les appuis duressort : L = 22,49 mm

H) Donner la garde au sol si on utilise un ressort de longueur L = 30 mm.G30 = 16 mm Il faut limiter la longueur du ressort à 22,49+5,26 mais il reste une interférence cadre inférieur/châssis qui limite G à 14,8 !

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ETUDE 4 : Ressort de suspension ( Lire livret 5 )

A) Ouvrir l’assemblage ; et terminer les groupes cinématiques en sélectionnant les pièces encastrées avec la touche [Ctrl] puis clic droit puis et . On ne classe pas les pièces transparentes. Vérifier les mobilités.

B) Compléter le schéma cinématique (cf. EC1)ci-contre après avoir analysé l’assemblage. (On fera un graphe des liaisons sur feuille et on ne représentera pas l’arbre de transmission).

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C) Dans Solidworks, Outils/compléments cocher puis dans l’onglet inférieur Etude de mouvement 1, configurer .Appliquer une force de 4 N vers le haut sur la roue. Elle représente une réaction du sol sur la roue due au poids de la voiture.

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D) Mesurer la distance entre les faces d’appui du ressort hélicoïdal.L = 22,78 mm (Evaluer/mesurer)

E) La réaction d’un ressort suit la loi F [N] = k ×x [m] avec x le déplacement relatif des extrémités : x = ±(L-L0) La raideur du ressort est donnée : k = 131 g/mm.On donne : Une masse m de 1 kg a un poids de 9,81 N. Calculer la raideur k = 1,285 N/mm.

F) Supprimer de l’assemblage et Activer la contrainte distance 6, ( ) puis l’éditer pour la régler à 22,5 mm et y ajouter .

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G) Renseigner les paramètres de simulation :

puis lancer les calculs :19

H) Rechercher la valeur de la force dans l’amortisseur :

F = 6,4 N puis calculer la longueur libre L0 du ressort :L0 = 27,5 mm

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I) Donner les forces dans les liaisons pivots correspondant aux contraintes coaxiales 29 et 30. F29 = 2,74 N (en haut) , F30 = 4,9 N (en bas)

J) Utiliser ces résultats pour compléter l’isolement roue-moyeu soumis à 3 forces :

4N