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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES ÉTUDE PRÉLIMINAIRE POUR LA CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE PROJET APPLIQUÉ DE FIN D’ÉTUDES DANS LE CADRE DU BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE/MÉCANIQUE Présenté par : Aimé Émard, étudiant en 4 ème année, génie mécanique Francis Marquis, étudiant en 4 ème année, génie électromécanique Superviseur : Walid Ghie, Ph.D, professeur, ing jr. 3 août 2009

MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES - …bibliotheque.uqat.ca/documents/rapportsa/35.pdf · véhicule, toujours en se basant sur des notions d’ingénierie vues dans leurs cours

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  • MODULE DES SCIENCES APPLIQUES

    TUDE PRLIMINAIRE POUR LA CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    PROJET APPLIQU DE FIN DTUDES DANS LE CADRE DU BACCALAURAT EN GNIE LECTROMCANIQUE/MCANIQUE

    Prsent par : Aim mard, tudiant en 4me anne, gnie mcanique Francis Marquis, tudiant en 4me anne, gnie lectromcanique Superviseur : Walid Ghie, Ph.D, professeur, ing jr.

    3 aot 2009

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Pageii

    Remerciements

    Plusieurs personnes cls ont rendus possible la russite de ce projet. Tout dabord, notre

    professeur attitr Walid Ghie, qui nous a soutenu et guid du dbut la fin. Ensuite, nous

    tenons galement remercier monsieur Marin n pour ses rflexions toujours pertinentes lors

    de lanalyse physique de la voiture. Il ne faudrait pas oublier monsieur Yves Ruel, qui nous a

    donn de prcieux conseils pour lanalyse conomique. Finalement, nous aimerions remercier

    lquipe du Cgep qui nous a donn accs leur voiture afin que lon puisse sen inspirer et

    Alain Marquis de Mtal Marquis pour ses soumissions.

    Un dernier remerciement va tous les professeurs et chargs de cours qui, tout au long de notre

    cheminement universitaire, nous ont encadrs et ont rendus possible notre russite.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Pageiii

    Rsum

    Le projet prsent ici a t ralis dans le cadre du projet appliqu de fin dtude du

    baccalaurat en gnie mcanique/lectromcanique de lUQAT. Les tudiants avaient faire la

    conception dune petite voiture de course, afin de lancer le projet de la formule SAE dans leur

    universit. La comptition de la Formule SAE (FSAE) est organise par la Society of

    Automotive Engineers (Association des ingnieurs automobiles) chaque anne, dans trois

    endroits aux tats-Unis. Cet vnement vise permettre aux tudiants dacqurir des

    comptences supplmentaires celles dveloppes dans le cadre traditionnel de leur formation

    universitaire.

    Au cours de ce projet, les tudiants ont dvelopp ltude du chssis et la suspension du

    vhicule, toujours en se basant sur des notions dingnierie vues dans leurs cours antrieurs.

    Une analyse en vibration de la suspension a t ralise afin de dterminer les meilleurs

    rglages en tenant compte des pices disponibles pour fabriquer celle-ci.

    Le livrable est donc des plans de conception de la voiture, lesquels pourront tre utiliss par une

    autre quipe afin doptimiser dautres sous-systmes, et ventuellement passer la fabrication

    et la comptition.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Pageiv

    Abstract

    The present project has been realized by two engineering students from UQAT as their final

    project in electromechanical/mechanical program. Students had to design a small formula-type

    race car, to eventually compete in the Formula SAE competition. The Formula SAE (FSAE)

    competition is organized every year by the Society of Automotive Engineers, into three

    locations over USA. This event is a way for students to get abilities they could not get in

    traditional classrooms.

    Throughout the project, students have developed the frame and the suspension of the race car,

    always in link with the knowledge they acquired over their engineering studies. A vibration

    analysis of the suspension has been realized to determine the best adjustments possible, while

    considering the available pieces to build it.

    At the end of the project, the team delivered blueprints of the car, that another team will be able

    to use to tune other assemblies on the car. Eventually, this project will lead to a built car within

    the two years following the end of the project and to an entrance to competition.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Pagev

    Table des matires Introduction ................................................................................................................................... 1Chapitre 1 : tude des besoins et mandat ..................................................................................... 2

    1.1 Prsentation de lentreprise ............................................................................................ 21.2 Prsentation de la comptition FSAE ............................................................................ 31.3 Machine ltude ........................................................................................................... 3

    1.3.1 Aspect gnral de la voiture ................................................................................... 41.3.2 Ouverture de lhabitacle (article 4.1) ...................................................................... 51.3.3 Profil de la coupe interne de lhabitacle (article 4.2) .............................................. 61.3.4 Siege du conducteur (article 4.3) ............................................................................ 61.3.5 Plancher (article 4.4) ............................................................................................... 61.3.6 Mur coupe feu (article 4.5) ..................................................................................... 61.3.7 Accessibilit aux contrles (article 4.6) .................................................................. 71.3.8 Visibilit du conducteur (article 4.7) ...................................................................... 71.3.9 Sortie du conducteur ............................................................................................... 7

    1.4 tude des besoins et mandat .......................................................................................... 71.4.1 Finalit du projet ..................................................................................................... 71.4.2 Situation actuelle .................................................................................................... 71.4.3 Formulation du mandat ........................................................................................... 81.4.4 Contraintes spcifiques ........................................................................................... 8

    Chapitre 2 : Cadre thorique et laboration des hypothses ......................................................... 92.1 Le chssis ....................................................................................................................... 9

    2.1.1 Utilit du chssis ..................................................................................................... 92.1.2 Type de chssis utiliss ........................................................................................... 9

    2.2 La suspension ............................................................................................................... 102.2.1 Utilit dune suspension ....................................................................................... 102.2.2 Historique de la suspension .................................................................................. 11

    Chapitre 3 : Mise en uvre du mandat ....................................................................................... 143.1 Hypothses de conception ............................................................................................ 143.2 Remue-mninge ........................................................................................................... 143.3 Variante #1 : La facile fabriquer ......................................................................... 153.4 Variante #2 : La performante ................................................................................. 163.5 Avantages et inconvnients .......................................................................................... 18

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Pagevi

    3.6 laboration des attributs ............................................................................................... 183.7 Matrice de dcision ...................................................................................................... 193.8 Choix de la variante finale ........................................................................................... 21

    Chapitre 4 : laboration de la solution choisie ........................................................................... 224.1 Conception du chssis de la voiture ............................................................................. 224.2 Design gomtrique de la suspension avant ................................................................ 26

    4.2.1 Thorie .................................................................................................................. 264.2.2 Conception de la suspension ................................................................................. 28

    4.3 Analyse de la suspension avant .................................................................................... 304.3.1 Finalit de lanalyse .............................................................................................. 304.3.2 Objectifs viss ....................................................................................................... 314.3.3 Analyse structomatique ........................................................................................ 324.3.4 Analyse cintostatique .......................................................................................... 334.3.5 tude de la rponse de lassemblage ressort-amortisseur ..................................... 36

    Chapitre 5 : Analyse conomique ............................................................................................... 415.1 Analyse des cots pour comptition ............................................................................ 41

    5.1.1 Cot des pices et de la fabrication ...................................................................... 415.1.2 Frais associs la comptition ............................................................................. 445.1.3 Cots totaux pour le projet ................................................................................... 45

    5.2 Analyse de rentabilit ................................................................................................... 465.2.1 Estimation du prix de revient et de vente ............................................................. 465.2.2 Analyse de linvestissement initial ....................................................................... 50

    Chapitre 6 : Conclusion et recommandations ............................................................................. 526.1 Conclusion ................................................................................................................... 526.2 Recommandations ........................................................................................................ 54

    Bibliographie .............................................................................................................................. 57Site internet ............................................................................................................................. 57Livre 58

    Annexe 1 : Rglements ............................................................................................................... 59Annexe 2 : Thorie sur la suspension ......................................................................................... 95Annexe 3 : Plans dassemblage gnral et du chssis .............................................................. 100Annexe 4 : Plans dassemblage de la suspension ..................................................................... 106Annexe 5 : Calcul de la force dinertie ..................................................................................... 109

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Pagevii

    Annexe 6 : Estimation des paramtres K et C .......................................................................... 112Annexe 7 : Masse quivalente .................................................................................................. 115Annexe 8 : Programme Matlab ................................................................................................. 118Annexe 9 : Liste des pices ...................................................................................................... 126Annexe 10 : Estimation du temps requis pour lassemblage .................................................... 133Annexe 11 : Tableau des flux montaires ................................................................................. 135 Liste des figures

    Figure : Formule SAE de luniversit de Toronto ........................................................................ 1Figure 1.1 : Modle dautomobile typique (Vhicule du MIT) .................................................... 3Figure 1.2 : Aspect gnral dune voiture FSAE .......................................................................... 4Figure 1.3 : Gabarit pour ouverture de la voiture ......................................................................... 5Figure 1.4 : Gabarit pour le dgagement des jambes .................................................................... 6Figure 2.1: Chssis en chelle [2] ................................................................................................. 9Figure 2.2 : Chssis triangul ..................................................................................................... 10Figure 2.3 : Chssis monocoque [3] ........................................................................................... 10Figure 2.4 : Suspension essieu solide [5] ................................................................................. 11Figure 2.5 : Suspension de type Macpherson [5] ....................................................................... 12Figure 2.6 : Schma dune suspension en Double A .................................................................. 13Figure 2.7 : Suspension en double A .......................................................................................... 13Figure 3.1 : La variante facile fabriquer ............................................................................ 15Figure 3.2 : La variante performante .................................................................................... 16Figure 3.3 : Positionnement de llment triangulaire de liaison [6] ......................................... 17Tableau 3.2: Tableau des attributs .............................................................................................. 19Tableau 3.3 : Matrice de dcision ............................................................................................... 20Figure 4.1 : Missouri 2009 .......................................................................................................... 22Figure 4.2 : Formule RMIT 2009 .............................................................................................. 22Figure 4.3 : FSAE-QUAT-1 ....................................................................................................... 23Figure 4.5 : Premier concept de la UQAT1 ................................................................................ 24Figure 4.6 : Chssis tubulaire FSAE-UQAT .............................................................................. 24Figure 4.7: Position actuelle droite ............................................................................................. 25Figure 4.8 : Position incline ...................................................................................................... 25

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Pageviii

    Figure 4.9 : Schmatisation de la vue avant de la suspension .................................................... 26Figure 4.10 : Hausse du vhicule due une force latrale ......................................................... 27Figure 4.11 : Deux des positions possibles des IC ..................................................................... 28Figure 4.12 : Outil de conception de la suspension .................................................................... 29Figure 4.13: Suspension arrire position normale ...................................................................... 30Figure 4.14 : Suspension arrire position haute .......................................................................... 30Figure 4.15 : Schma cinmatique .............................................................................................. 32Figure 4.16 : Schma structomatique ......................................................................................... 33Figure 4.17: DCL sur lautomobile ............................................................................................ 34Figure 4.18: DCL du bloc ressort-amortisseur ........................................................................... 36Figure 4.19 : Systme daxe ....................................................................................................... 37Figure 4.20 : Rponse du ressort de gauche ............................................................................... 39Figure 4.21 : Rponse du ressort de droite ................................................................................. 40Figure 5.1 : TRI en fonction de linvestissement initial ............................................................. 51Figure 6.1 : Voiture du RMIT, avec barre de torsion ................................................................. 52Figure 7.1 : Configuration idale pour le collecteur des gaz dchappement ............................ 55

    Liste des tableaux

    Tableau 3.1 : Avantages et inconvnients .................................................................................. 18Tableau 5.1 : Cot des pices, 2009 ........................................................................................... 42Tableau 5.1 : Cot des pices (suite et fin) ................................................................................. 43Tableau 5.2 : Achat doutils, 2009 ............................................................................................. 44Tableau 5.3 : Cots pour aller la comptition, 2009 ................................................................ 45Tableau 5.4 : Cots totaux pour le projet, 2009 ......................................................................... 45Tableau 5.5 : Gabarits ncessaires .............................................................................................. 47Tableau 5.6 : Cots associs au temps dassemblage ................................................................. 48Tableau 5.7 : Cot de revient de la voiture ................................................................................. 49

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page1

    Introduction

    Lcole est un bon endroit pour le dveloppement du futur ingnieur. En plus des nombreux

    cours que ltudiant doit suivre pour arriver au terme de son parcours, il existe une multitude

    dopportunits pour acqurir des connaissances complmentaires. Dans plusieurs universits,

    ces comptences complmentaires son acquises par le biais de comptitions auxquelles les

    tudiants participent.

    Dans cette optique, le but de ce projet est de livrer les fondements qui permettront le lancement

    dune quipe de comptition de Formule SAE. En bref, la formule SAE est une comptition de

    petites voitures de courses. La figure suivante montre le type de vhicules qui comptitionnent.

    Figure : Formule SAE de luniversit de Toronto

    Le contexte de la comptition est la suivante : les tudiants prennent le rle de dveloppeurs

    industriels qui conoivent une voiture de course afin de vendre le prototype un fabricant.

    Les tudiants travaillant sur ce projet, lt 2009, ont pour objectif de dvelopper le chssis

    dune formule SAE dans loptique de comptitionner aux tats-Unis en mai 2011. De plus, ils

    doivent galement faire la conception de la suspension et lanalyse complte de celle-ci. La

    conception des diffrents lments seront bien sr faits en harmonie avec les diffrents

    principes dingnierie vus tout au long de leur cheminement.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page2

    Chapitre 1 : tude des besoins et mandat

    Cette section permet de mettre en place les diffrents enjeux du projet. Elle permet de

    comprendre quel est son intrt, sa finalit, et le mandat dvelopp par lquipe.

    1.1 Prsentation de lentreprise

    Le projet se fait en lien avec un organisme sans but lucratif (OSBL) cr spcialement cette

    fin, la FSAE-UQAT 1. Lorganisme comprend actuellement deux membres, qui sont les

    instigateurs de ce projet, Francis Marquis et Aim mard. Il a t cr en faisant une demande

    au registraire des entreprises du Qubec. Lintrt de lancer cette organisation est tout dabord

    de faciliter le lien entre les tudiants derrire le projet et les diffrentes instances qui leur

    viendront en aide, principalement les commanditaires et les mdias.

    Par la suite, il faut sintresser ce quest une telle organisation pour en voir son intrt. Un

    OSBL est une manire pour des gens ayant des intrts communs de sassembler. Ce type

    dorganisation est considr comme une personne morale, ce qui veut dire quelle peut possder

    des biens et de largent. Cependant, cet argent doit servir les buts premiers de lorganisme.

    Dans le cas de la FSAE-UQAT, ce but est demmener des tudiants la comptition au mois de

    mai 2011.

    De lautre ct, la SAE, la Society of Automobile Engineers est lentreprise qui parraine la

    comptition FSAE [1]. Cette entreprise, aujourdhui denvergure mondiale, a t lance au

    dbut du 20me sicle. Sa mission principale est de transmettre de linformation relie divers

    domaines, dabord celui de lautomobile et des vhicules routiers, mais galement de laviation.

    Elle a une politique daide au dveloppement des tudiants, dans loptique de former une relve

    dans le domaine de lautomobile. En ce sens, la SAE parraine douze diffrentes comptitions,

    dont celle du mini-baja et de la FSAE.

    1 Formule SAE Universit du Qubec en Abitibi-Tmiscamingue

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page3

    1.2 Prsentation de la comptition FSAE

    La comptition Formula SAE (FSAE), parraine par la Society of Automotive

    Engineers , a t cre en 1978. En rsum, la FSAE est une comptition de petites

    automobiles conues et fabriques par des tudiants. La figure 1.1 montre un modle typique de

    voiture.

    Figure 1.1 : Modle dautomobile typique (Vhicule du MIT)

    Les organisateurs proposent aux groupes dtudiants la mise en contexte suivante : une grande

    entreprise veut faire la mise en march dune mini-voiture de course pour les courses amateures

    de fin de semaine. Les tudiants doivent dvelopper eux-mmes une voiture de course, cest--

    dire proposer un concept gnral et raliser une tude dingnierie des sous-ensembles. Ils

    doivent galement faire la fabrication et lassemblage de la plus grande partie possible de la

    voiture. Pour faire un retour au contexte, les tudiants doivent tenter de dmontrer que leur

    produit est meilleur que ceux de leurs comptiteurs. Les aspects jugs sont les suivants :

    lanalyse des cots, le design, le rapport dingnierie, la prsentation, lacclration, la tenue de

    route, la course sur route, lconomie de carburant et lendurance.

    1.3 Machine ltude

    La machine ltude est la formule SAE elle-mme. Les voitures proposes par les quelques

    120 quipes comptitrices peuvent tre assez diffrentes. Cependant, des normes de

    construction existent, et celles-ci peuvent tre vues lannexe 1. Ces normes visent dabord la

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page4

    scurit des pilotes. La section suivante prsente dabord laspect gnral dune voiture typique

    avec les spcifications importantes, puis les normes de sant-scurit les plus importantes2.

    1.3.1 Aspect gnral de la voiture Pour la comprhension de la suite du rapport, il est important ce niveau de prsenter les

    principaux composants de la voiture, ainsi que les rglements de base grant le design de la

    voiture. La figure 1.2 prsente laspect gnral dune formule SAE.

    Figure 1.2 : Aspect gnral dune voiture FSAE

    Pour commencer, voyons les rgles gnrales de design qui donnent une premire forme la

    voiture. Premirement, une formule SAE est une automobile possdant quatre roues qui ne

    doivent pas tre sur une mme ligne. De plus, le cockpit doit tre ouvert, et les roues doivent

    tre extrieures au vhicule (article 2.1). La voiture doit tre munie dune coque possdant le

    moins douvertures possible (article 2.2). Aussi, la distance entre les centres des roues avant et

    arrire doit tre dau moins 60 pouces (article 2.3). Ensuite, la distance entre les roues avants et

    2 Les numros darticle font rfrence lannexe 1.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page5

    les roues arrires doivent tre similaires ( article 2.4). Finalement, la voiture doit comporter au

    moins deux barres de roulement, sur lesquelles la voiture roulera si elle fait du tonneau.

    Par la suite, il est intressant de connatre dautres rglements que la voiture doit respecter. La

    liste nest pas exhaustive, mais comporte les lments les plus importants : 1) La voiture doit

    comporter une zone avant de dformation pour viter dimportants dgts en cas daccident

    (article 3.20). 2) Lautomobile doit tre munie dune suspension fonctionnelle (article 6.1.1). 3)

    Les roues doivent avoir un diamtre dau moins 203 mm (article 6.3.1). 4) Le volant doit agir

    sur au moins deux roues (article 6.5.1). 5) Un systme de frein fonctionnel agissant sur les

    quatre roues doit tre install (article 7.1). 6) Le moteur est limit par la cylindre (610 cc), et

    doit tre un quatre temps. 7) Il peut tre surcharg ou turbocompress mais ces composants

    doivent tre construites par les quipes (article 8.7).

    Maintenant que les grandes lignes de design ont t vues, il est temps de prsenter les lments

    de scurit, qui sont prsentes aux sections 1.3.2 1.3.9.

    1.3.2 Ouverture de lhabitacle (article 4.1) Dans le but de vrifier que le pilote possde suffisamment despace dans le cockpit, le gabarit

    de la figure 1.3 sera utilis afin de vrifier les dimensions de louverture. Le gabarit sera

    maintenu lhorizontal et insr verticalement dans louverture de lhabitacle.

    Figure 1.3 : Gabarit pour ouverture de la voiture

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page6

    1.3.3 Profil de la coupe interne de lhabitacle (article 4.2) Pour vrifier lespace interne de lhabitacle dans toute sa longueur, le gabarit de la figure 1.4

    sera pass horizontalement travers lhabitacle (de larrire vers lavant). Cela sert sassurer

    du dgagement des jambes pour le pilote.

    Figure 1.4 : Gabarit pour le dgagement des jambes

    1.3.4 Siege du conducteur (article 4.3) Le point le plus bas du sige du conducteur ne peut tre sous la surface infrieure du chssis.

    De plus, aucun tube de protection latrale ne peut passer sous le point le plus bas du sige.

    1.3.5 Plancher (article 4.4) Tout vhicule doit avoir un plancher, compos dun ou plusieurs panneau, sparant le

    conducteur de la chauss. Le ou les panneaux doivent couvrir la zone de lhabitacle, des pieds

    au mur coupe feu. Le plancher doit protger contre tous dbris provenant de la piste. Le

    plancher peut tre compos de tout matriel solide non fragile.

    1.3.6 Mur coupe feu (article 4.5) Le vhicule doit tre muni dun mur coupe feu sparant lhabitacle de tous composants servant

    lalimentation de lessence, lhuile du moteur ou les systmes de refroidissement. Le mur

    coupe feu doit tre compos dun matriel lpreuve du feu et impermable. Des bagues

    isolantes doivent tre utilises afin de laisser passer des cbles, conduits etc. au travers de la

    paroi.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page7

    1.3.7 Accessibilit aux contrles (article 4.6) Tous les contrles du vhicule, y compris le bras de changement de vitesse, doivent tre oprs

    de lintrieur de lhabitacle, sans quaucun membre du conducteur ne soit lextrieur de la

    zone de protection.

    1.3.8 Visibilit du conducteur (article 4.7) Le conducteur doit avoir une visibilit de lavant et des cots de la voiture. En position

    normalement assis, le pilote doit disposer dun champ de vision dau moins 200.

    1.3.9 Sortie du conducteur Tous les conducteurs doivent tre en mesure de sortir aux cots du vhicule en moins de cinq

    (5) secondes. Le temps de sortie dbute avec le conducteur, revtu de son quipement, en

    position normalement assis, les mains sur le volant.

    1.4 tude des besoins et mandat

    1.4.1 Finalit du projet

    Le but de lorganisme FSAE-UQAT est demmener une quipe dtudiants dingnierie de

    lUQAT la comptition FSAE au Michigan la mi-mai 2011. Ceci est lobjectif ultime. Pour

    ce qui est du prsent projet, les objectifs seront prsents plus en dtail dans la formulation du

    mandat.

    1.4.2 Situation actuelle

    Bien que peu nombreux, certains lments taient disponibles au dbut du projet la fin avril

    2009. Tout dabord, le moteur, un Honda CBR 600 RR, tait disponible afin de pouvoir le

    modliser. Avec lui venait le manuel de lutilisateur du moteur. Aussi, lorganisme sans but

    lucratif nomm FSAE-UQAT avait dj t mis sur pied. Ensuite, la formule SAE du cgep

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page8

    tait disponible afin dtudier les diffrents mcanismes et les diffrentes pices prsentes sur

    une telle voiture. Finalement, certaines pices ont t trouves sur Internet dj modlises, et

    ont t quelque peu adaptes pour satisfaire nos besoins.

    1.4.3 Formulation du mandat

    Dans le cadre du projet appliqu de fin dtudes en ingnierie, le mandat tait, dans un premier

    temps, de raliser la conception prliminaire de la voiture dans son entier. Pour ce faire, il faut

    choisir les diffrentes composantes de la voiture et de les modliser. Une fois les pices

    choisies, une modlisation prliminaire du chssis peut tre ralise; le chssis devient alors

    llment de base pour le reste du projet.

    Lanalyse approfondie de la suspension est la deuxime partie du mandat. Il sagit ds lors

    dentrer dans la phase danalyse physique afin de trouver une configuration optimale de la

    suspension partir de la modlisation de la voiture dtenue cette tape.

    1.4.4 Contraintes spcifiques

    Les contraintes sappliquant lensemble du projet sont celles prsentes dans tout projet

    dingnierie. chaque instant de la conception, il faudra tenir en compte les contraintes

    suivantes : le temps de fabrication, le cot de fabrication, la difficult de fabrication.

    Premirement, le temps de fabrication, car la date de la comptition viendra rapidement.

    Deuximement, le cot de fabrication, car largent viendra de commanditaires, et sera donc

    limite. Finalement, la difficult de fabrication, car lautomobile doit tre construite par des

    tudiants de luniversit, et ceux-ci ne sont pas des machinistes ou des soudeurs dexprience.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page9

    Chapitre 2 : Cadre thorique et laboration des hypothses

    Ce chapitre permet de mettre en place les lments essentiels la comprhension du projet.

    Tout dabord le chssis, puisque cest la base du projet; Dans un deuxime temps la suspension,

    puisquelle constitue le cur du projet. Plus de dtails thoriques seront traits au chapitre 4,

    mais le lecteur doit tre inform de certains aspects avant de continuer sa lecture.

    2.1 Le chssis

    2.1.1 Utilit du chssis Le chssis est llment qui relie tous les composants de lautomobile entre eux, tout en

    assurant une rigidit suffisante pour assurer lintgrit de tous ces composants. Il faut voir le

    chssis comme un corps soumis diffrents efforts, provenant des roues et des forces dinertie

    dans le vhicule. Cependant, le chssis doit galement tre le plus lger possible, afin de limiter

    le poids de lensemble. Lors du design du chssis, il est donc ncessaire de faire un compromis

    entre la masse et la rigidit.

    2.1.2 Type de chssis utiliss Dans lindustrie automobile actuelle, il existe diffrents types de chssis associs des

    applications spcifiques. Cette section prsente les types les plus souvent rencontrs.

    Chssis en chelle Le chssis en chelle est couramment utilis sur des vhicules routiers destins des travaux

    lourds, comme les camionnettes. Il a lavantage dtre rsistant leffort, mais est gnralement

    beaucoup plus lourd que dautres types de construction. La figure 2.1 montre un exemple.

    Figure 2.1: Chssis en chelle [2]

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page10

    Chssis triangul Le chssis triangul est le modle le plus utilis dans le cadre de la formule SAE. Il se compose

    de plusieurs tiges installes de faon rpartir le mieux possible les efforts provenant de la

    course. De plus, les diffrents lments de la voiture viennent se fixer facilement la structure,

    du aux nombreux points dattache possibles. La figure 2.2 montre le modle du MIT.

    Figure 2.2 : Chssis triangul

    Chssis monocoque Un chssis monocoque est une structure qui sert la fois de carrosserie et de chssis. Autrement

    dit, la carrosserie du vhicule est un lment structurel en soi. Gnralement, les automobiles de

    srie possdent une structure monocoque [3]. La figure 2.3 permet de voir une telle voiture.

    Figure 2.3 : Chssis monocoque [3]

    Bien que certaines quipes conoivent des voitures de formule SAE avec un chssis

    monocoque, le chssis triangul est le choix le plus courant. Cest celui qui offre le plus

    davantage pour un cot de fabrication raisonnable. Ce sera galement notre choix.

    2.2 La suspension

    2.2.1 Utilit dune suspension De faon gnrale, on peut dcrire la suspension comme un mcanisme disolation des

    mouvements entre la masse suspendue (lautomobile) et la masse non-suspendue (les roues et

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page11

    les freins) [4]. Ce mcanisme est essentiel, tant donn les asprits de la route. Sans

    suspension, les lments composants la voiture recevraient des chocs rpts, ce qui entranerait

    la rupture prmature des matriaux. Il en va de mme du conducteur qui ressentirait des

    malaises relis aux chocs rpts. La suspension a galement le rle de limiter le plus possible

    les pertes de contact entre les pneus et la route. Ceci a pour effet de diminuer les pertes de

    contrle du vhicule.

    Une suspension se compose principalement de trois lments : les bras, qui relient la roue au

    reste du vhicule; un amortisseur, qui a pour rle de dissiper de lnergie; un ressort, qui a pour

    rle de ramener lautomobile une position dquilibre.

    2.2.2 Historique de la suspension Pour mieux comprendre les suspensions actuelles, il est intressant de voir le cheminement

    quont suivi les ingnieurs avant den venir aux suspensions modernes. [5].

    La suspension essieu rigide La suspension essieu rigide fut la premire tre produite grande chelle. La figure 2.4

    montre une schmatisation de celle-ci.

    Figure 2.4 : Suspension essieu solide [5]

    Les roues sont ici attaches aux deux extrmits dun essieu rigide. Ce type de suspension avait

    certains avantages : principalement, il tait trs simple et robuste. Cependant, la grande masse

    et les dimensions de celui-ci causaient problmes. Aussi, les mouvements dune roue

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page12

    entrainaient automatiquement des mouvements lautre roue, ce qui nest pas toujours

    souhaitable. Ce modle prsentait trop de dsavantages et a donc t remplac depuis.

    La suspension McPherson Aprs le dveloppement de la suspension essieu rigide, les ingnieurs ont tent de concevoir

    une suspension qui serait indpendante, cest--dire que les mouvements dune roue

    nentranent pas des mouvements non voulus au niveau de lautre roue. Aprs quelques essais,

    ils conurent la suspension McPherson, qui fut mise sur une automobile de srie pour la

    premire fois en 1950. La figure 2.5 montre une schmatisation de cet assemblage.

    Figure 2.5 : Suspension de type MacPherson [5]

    De nos jours, la plupart des automobiles de srie sont dots de ce type de suspension.

    Cependant, cette configuration est incompatible certains aspects de la haute performance

    automobile, ce qui la rend peu utilise sur les automobiles de course.

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page13

    La suspension en Double-A bras ingaux Le dernier type de suspension vu ici est celui qui est le plus utilis sur les voitures de course

    modernes. Cest la suspension en Double-A bras ingaux. La figure 2.6 montre les diffrents

    lments composants ce type de suspension.

    Figure 2.6 : Schma dune suspension en Double A

    Ce type de suspension est tout dabord compos de deux bras en forme de A, do lappellation.

    Sur la figure 2.6 leffort des roues est transmis au systme ressort-amortisseur grce des bras

    de transmission de leffort et redirig grce des lments triangulaires de liaison. Leffort sur

    les roues peut galement tre transmis directement un systme ressort-amortisseur plac entre

    la roue et le chssis, comme sur la figure 2.7. Cest le type de suspension qui permet le plus

    dajustement au niveau de la configuration, laissant aux designers des possibilits infinies au

    niveau de la recherche de performance. Pour plus de comprhension, la figure suivante montre

    une image

    Figure 2.7 : Suspension en double A

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page14

    Chapitre 3 : Mise en uvre du mandat

    3.1 Hypothses de conception

    Avant de passer la premire tape de la mise en uvre du mandat, cest--dire le remue-

    mninge sur la suspension, beaucoup de travail avait t ralis au niveau du chssis. Voici les

    grandes hypothses de conception qui ont t utilises pour la conception de celui-ci.

    Le chssis est triangul;

    Modlisation de lhabitacle (cockpit) en fonction dun individu moyen (95 percentile

    mle );

    Modlisation de lhabitacle pour tre scuritaire: tiges dacier dpassant le niveau des

    paules et beaucoup despace pour les pieds;

    La voie a t fixe 1220 mm (48 po);

    Moteur choisi pour sa disponibilit (Honda CBR 600 RR).

    3.2 Remue-mninge

    Ltape suivante a t le remue-mninge. Celui-ci a t ralis lorsque les grandes lignes de la

    carrosserie avaient t dcides et modlises. Les trois grands blocs sur lesquels le remue-

    mninge a port sont les suivants : 1) lassemblage de la roue; 2) le design des bras de

    suspension ; 3) la position de lassemblage ressort-amortisseur.

    De ce remue-mninge, deux solutions diffrentes ont t labores. Le terme de variante

    serait plus appropri, puisque cest surtout la gomtrie qui varie entre les deux solutions. Ces

    deux variantes seront par la suite analyses afin de choisir la meilleure. Cela permettra aussi de

    mettre en vidence les forces et les faiblesses de chacune des solutions.

    Seulement deux variantes ont t labores dans le cadre du projet. Cela sexplique tout dabord

    par le fait quil existe peu de possibilits diffrentes pour la configuration de la suspension. La

    deuxime variante a t labore afin de comparer une variante thorique avec une autre moins

    optimale.

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page15

    3.3 Variante #1 : La facile fabriquer

    La premire variante a t ralise en jumelant les lments du remue-mninge qui vont

    faciliter la fabrication de la suspension. En se rfrant aux blocs vus dans lintroduction du

    chapitre, la variante #1 se compose des lments suivants : 1) frein disque situ entre la

    voiture et le pivot ouvrier (knuckle) 2) bras de suspension installs sur des points dattache

    permettant une fabrication facile mais peu optimale; 3) assemblage ressort-amortisseur (et

    llment de liaison triangulaire) positionn la verticale dans le vhicule.

    La figure 3.1 vient en appui afin dillustrer les diffrents lments choisis pour cette solution.

    Figure 3.1 : La variante facile fabriquer

    Cette variante est facile fabriquer pour plusieurs raisons. Tout dabord, llment

    triangulaire de liaison travaille dans le mme plan que llment de transmission des efforts.

    Ensuite, les bras de suspension sont positionns sur le chssis des endroits qui ne require de

    celui-ci que davoir des lignes droites. Autrement dit, les bras ne sont pas conus pour tre

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page16

    performants, mais pour tre faciles installer. Finalement, en mettant le frein disque entre la

    voiture et le pivot ouvrier il y a plus de place lintrieur de la roue.

    3.4 Variante #2 : La performante

    La deuxime variante est celle o la facilit de fabrication est un peu sacrifie pour se

    concentrer sur la performance de la voiture. Ainsi, en se rfrenant aux trois lments de base

    du remue-mninge, la solution #2 se compose des lments suivants : 1) frein lintrieur de la

    roue; 2) bras de suspension conus afin dobtenir un comportement de suspension optimal; 3)

    assemblage ressort-amortisseur positionn lhorizontal sur laxe longitudinal de la voiture.

    La figure 3.2 prsente cette variante afin de bien comprendre en quoi elle consiste.

    Figure 3.2 : La variante performante

    Cette variable est dite performante car cest la performance qui lemporte par-dessus la facilit

    de fabrication. Ainsi, les bras de suspension sont conus de faon permettre un meilleur

    comportement possible de la voiture, quitte devoir ajuster les lignes de la carrosserie et de

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page17

    complexifier celle-ci. De plus, les freins sont lintrieur de la roue afin de permettre plus de

    souplesse dans la conception des bras de suspension. Finalement, llment triangulaire de

    liaison est positionn dans un plan qui lui donnera une plus grande versatilit, mme si cela

    implique la ncessit de plusieurs plans de travail. Dailleurs, la figure 3.3 prsente le

    positionnement de llment triangulaire de liaison, cette voiture ayant adopte une

    configuration semblable la ntre.

    Figure 3.3 : Positionnement de llment triangulaire de liaison [6]

    La diffrence entre les deux variantes se situe donc au niveau de la philosophie de conception.

    La premire variante est conue de telle sorte quelle soit facile fabriquer. Dans lautre cas,

    cette facilit de fabrication est un peu mise de ct afin dobtenir un vhicule performant.

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page18

    3.5 Avantages et inconvnients

    Afin de faire une premire analyse des deux variantes de solution, un tableau comparatif des

    avantages et des inconvnients est dress ci-dessous. Tableau 3.1 : Avantages et inconvnients

    Solution Avantage Inconvnient La facile fabriquer Pices plus simples

    Demande moins de connaissances et de technique pour la fabriquer

    Moins de temps requis pour la fabrication

    Moins de matriel dans la roue

    Moins performante donc , Moins scuritaire Moins bons rsultats la

    comptition Moins despace pour le frein

    disque donc , Freinage moins puissant Pivot fus (knuckle) plus

    complexe La performante Pices plus compliques

    Meilleur comportement sur route donc :

    Plus scuritaire et : Meilleurs rsultats la

    comptition

    Plus difficile fabriquer, donc perte de temps et dargent possibles

    Demande plus de temps pour faire un design optimal

    Ltrier a un plus grand impact sur la gomtrie de lassemblage de la roue

    3.6 laboration des attributs

    Afin de faire une meilleure comparaison des deux variantes labores, il faudra les passer dans

    une matrice de dcision. Mais avant, il faut trouver les attributs qui seront valus dans cette

    matrice. Le tableau 3.2 prsente la liste des diffrents attributs, avec leurs objectifs respectifs.

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page19

    Tableau 3.2: Tableau des attributs

    Attribut Objectif 0 1 2 3 Variation de la position en y du IC [Milliken (7)]

    10 % Le Instant Center doit tre le plus stable possible

    Varie beaucoup

    Varie peu ----------

    Changement de carrossage [Annexe suspension (2)]

    15 % Il doit y avoir un gain en carrossage ngatif lorsque la roue monte

    Gain en carrossage positif

    Aucun gain en carrossage

    Gain en carrossage ngatif

    ---------

    Angle du pivot fus (Kinpin angle)

    5 % Doit tre rduit >8 degrs [4;8 ] degrs

    [0 ; 4] degrs

    ----------

    Dport de laxe du pivot fuse (Kinpin offset) [Annexe susp (2)]

    5 % Doit tre faible > 20 mm [10 ; 20] mm

    > 10 mm ----------

    Facilit de fabrication

    15 % Doit tre facile Complexe Facile

    Temps de fabrication

    10 % Doit tre court Long Court

    Cot de fabrication

    15 % Doit tre minimal lev Faible

    Puissance du freinage

    15 % Doit tre maximale Petit disque Grand disque

    Possibilit dajout dun lment de liaison entre lamortisseur de droite et de gauche

    10 % Il devrait y avoir la possibilit dun tel ajout

    Impossible Possible mais difficile

    Possible et facile

    ----------

    Note : Lutilisation du symbole signifie une gradation entre deux extremums. Par exemple,

    au niveau de la facilit de fabrication Complexe vaut 0 point, Facile vaut 3 points, et on

    fait une interpolation entre ces deux extremums.

    3.7 Matrice de dcision

    Maintenant que les attributs ont t dtermins, il ne reste qu les appliquer dans la matrice de

    dcision (tableau 3.3) afin de dterminer la variante qui est la meilleure.

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page20

    Tableau 3.3 : Matrice de dcision

    Attribut % Variante # 1 Variante #2 Variation de la position en y du IC [Milliken (7)]

    15 % 0/2 2/2

    Changement de carrossage [Annexe suspension (2)]

    15 % 0 2/2

    Angle du pivot fuse (Kinpin angle)

    5 % 2/2 1/2

    Dport de laxe du pivot fus (Kinpin offset) [Annexe susp (2)]

    5 % 2/2 1/2

    Facilit de fabrication 10 % 3/3 2/3 Temps de fabrication 10 % 3/3 2/3 Cot de fabrication 10 % 3/3 2/3 Puissance du freinage 15 % 2/3 3/3 Possibilit dajout dun lment de liaison entre lamortisseur de droite et de gauche

    15 % 0 2/2

    TOTAL 50 % 85 %

    Il faut galement prendre le temps danalyser les rsultats de cette matrice. Cette analyse sera

    faite sous forme de liste.

    Avec une solution facile fabriquer, le premier rsultat sera le comportement non

    prvisible des centres instantans de rotation (IC). Ce comportement erratique aura une

    influence directe sur le comportement de la voiture, qui sera plus difficile conduire.

    Avec la variante performante , le dplacement des centres instantans [annexe 2]

    sera tudi et amlior jusqu ce que ceux-ci se dplacent peu.

    Avec une solution facile fabriquer , le changement de carrossage de la roue se fera

    de faon incontrle. Avec certaines configurations, le gain en carrossage sera oppos

    celui voulu (gain en carrossage positif o il devrait y avoir un gain en carrossage ngatif

    ou le contraire [annexe 2] ). Dans la variante performante , ce changement sera

    analys et amlior jusqu ce que la roue ait le comportement souhait.

    Si le frein est situ entre la voiture et le pivot ouvrier (knuckle), ce dernier peut tre

    situ plus prs de laxe central de la roue. Cest le cas dans la version facile

    fabriquer . Ainsi, langle dans le pivot fus (kinpin angle) peut tre plus faible pour

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page21

    obtenir le mme dport de laxe du pivot fus (kinpin offset). Cest un avantage par

    rapport au cas o le frein est situ entre le pivot ouvrier (knuckle) et la roue, car langle

    dans le pivot ouvrier (knuckle) doit tre rduit au maximum.

    Dans le mme ordre dide que prcdemment, si le frein est entre la roue et la voiture,

    le contrle du dport de pivot fus (kinpin offset) se fait plus facilement. Cest un

    avantage de la variante facile fabriquer .

    La variante facile fabriquer gagne videmment plus de points au niveau de laspect

    fabrication (facilit, temps et cots de fabrication). Cest le cas puisquelle est pense de

    telle sorte ce quil en soit ainsi.

    La variante facile fabriquer perd des points au niveau de la puissance de freinage.

    En effet, cause de la localisation de son disque de frein, celui-ci doit tre plus petit

    pour laisser assez despace aux bras de suspension de monter et descendre sans

    interfrence.

    Finalement, si les freins sont positionns lhorizontal dans laxe du vhicule, il est

    facile dajouter un lment de liaison entre les deux cts de la suspension. Cet ajout est

    prsent sur plusieurs voitures FSAE en comptition. Cependant, aprs longue rflexion,

    aucune solution na t trouve pour faire lquivalent sur des amortisseurs positionns

    la verticale.

    3.8 Choix de la variante finale

    Le choix de la variante utiliser pour la suspension de la voiture sest fait en concordance avec

    le rsultat renvoy par la matrice de dcision. Ainsi, cest la variante #2, la performante , qui

    a t choisie. Cest celle-ci qui offrait le plus davantages sur plusieurs niveaux. En effet, dans

    la matrice de dcision, la variante performante est presque toujours en avance sur la facile

    fabriquer , sauf au niveau des critres en lien avec la fabrication. La grande diffrence du

    pointage entre les deux variantes dmontre quil y a tout intrt aller vers une suspension qui

    est conue partir de critres dingnierie.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page22

    Chapitre 4 : laboration de la solution choisie

    4.1 Conception du chssis de la voiture

    4.1.1 Gnralits de conception tant donn la complexit et le volume impressionnant de travail que ncessite la conception

    d'une voiture de course, plusieurs choix se sont imposs d'eux mmes. En autre, l'utilisation de

    nombreuses ressources internet concernant la conception et la fabrication d'une FSAE. Il a

    galement t convenu d'utiliser comme base de travail certains modles de FSAE fabriqus

    par d'autres universits. Notamment, la voiture 2009 de l'universit du Missouri (gagnante de

    nombreux prix) et celle du RMIT en Australie (spectaculaire monocoque), prsentes ici-bas.

    Figure 4.1 : Missouri 2009

    Figure 4.2 : Formule RMIT 2009

    Ces modles performants permettaient de faire des choix judicieux et de gagner du temps sur la

    conception de mcanismes ne faisant pas parti du mandat principal (la suspension). De plus, ils

    furent utiliss comme source dinspiration lors des nombreuses sances de mise l'essai de la

    thorie. La voiture FSAE 1995 de l'ETS, appartenant au CEGEP, a, quant--elle, servi

    visualiser l'ensemble des pices et de mettre en vidence certains aspects important d'un bon

    design. Par exemple: la scurit du pilote au niveau du dgagement des pieds l'intrieur du

    chssis.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page23

    Enfin, dans l'objectif de rduire le volume de ce rapport, les dtails de conception concernant la

    suspension arrire ont t omis. Cependant, la totalit de la thorie concernant la suspension

    avant est applicable. Les diffrences rsident au niveau des moyeux (voir dessins en annexe 3),

    de la gomtrie des bras de suspension et du type d'attaches.

    4.1.2 Prsentation du modle solide UQAT-1

    Figure 4.3 : FSAE-QUAT-1

    La figure ci-haut prsente le rsultat final du projet. Cette solution, labore partir de la

    variante performante, est constitu d'un chssis tubulaire triangul, d'un assemblage diffrentiel

    attach au moteur, d'un diffrentiel couple ajustable, d'une suspension avant et arrire de type

    double A indpendante aux 4 roues, d'amortisseurs actionns par tige et tringlerie, d'une tige de

    torsion sur la suspension arrire, de deux freins disque l'avant et un l'arrire fix sur

    l'assemblage diffrentiel. Les plans dtaills du vhicule peuvent tre consults l'annexe 3. Un

    rsum technique est aussi disponible au dbut de cette annexe.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page24

    4.1.3 Conception du chssis de la voiture

    Le chssis est l'lment ayant le plus d'impact sur la modlisation d'une voiture puisqu'il relie et

    englobe toutes les autres parties: le moteur, l'habitacle, la suspension, la direction, etc.). Il est

    donc une des toutes premires parties tre modlise. La modlisation du chssis permettra le

    dveloppement des autres sections de la voiture, dont la suspension. Voici quoi ressemblait

    notre FSAE lors de la premire semaine du projet.

    Figure 4.5 : Premier concept de la UQAT1

    Ce premier modle a permis d'approximer certaines valeurs indispensables au dveloppement

    du design de la suspension. Notamment, l'espace utile pour l'habitacle, le volume occup par le

    groupe moteur, l'empattement, la voie avant et arrire et le dgagement entre le sol et la voiture.

    Il est noter que le mannequin utilis se conforme aux rglements de la FSAE (annexe 1). La

    figure suivante montre le chssis dans sa version finale.

    Figure 4.6 : Chssis tubulaire FSAE-UQAT

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    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page25

    Quelques points sont souligns. Premirement, l'habitacle a t conu de faon permettre

    une sortie rapide du pilote, sans toutefois diminuer la scurit de celui-ci. En effet, les tiges de

    protection suprieures sont au niveau des paules. Deuximement, la rigidit des parois

    latrales est renforce par le dcalage extrieur des tubes de protection cet endroit. La section

    avant offre suffisamment d'espace pour ne pas gner les mouvements du pilote durant la

    conduite (problme majeur sur certains modles de voiture tudis). Troisimement, un cadre

    en profil carr "HSS" (hollow structural steel) est prsent l'avant du chssis. Cet assemblage

    ajoute de la rigidit en torsion et crer un plan d'ancrage idal pour la section de scurit avant

    (crash zone). Les points d'attache du moteur et les tubes qui les soutiennent ont t conus afin

    de permettre linsertion du moteur par le dessous de la structure. Ainsi, des tubes amovibles et

    des connections machines ne sont pas ncessaires. Enfin, les nacelles latrales (side pods)

    servent de support pour le rservoir essence et au radiateur. De plus, ils diminuent augmentent

    la rigidit du chssis sur l'axe longitudinal.

    Une dernire note doit tre apporte concernant la gomtrie de la structure (cette note sera

    rsume dans les recommandations): la position du conducteur a t dtermine au dbut du

    projet. Elle devait permettre un conducteur d'tre dans une position proche de celle retrouve

    dans les voitures commerciales. Cependant, aprs de nombreuses manipulations du modle

    informatique, il est devenu vident qu'une position plus incline, presque couche, est

    nettement avantageuse. En effet, les barres de roulements seront moins hautes, ce qui abaissera

    l'ensemble de la structure de la cabine de pilotage et par le fait mme le centre de gravit. La

    longueur de la voiture ne variera que trs peu. Ce phnomne est illustr sur les figures 4.7 et

    4.8.

    Figure 4.7: Position actuelle droite

    Figure 4.8 : Position incline

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page26

    4.2 Design gomtrique de la suspension avant

    4.2.1 Thorie Avant dentrer dans le vif du sujet, il est requis cette tape de faire llaboration des diffrents

    concepts ayant trait la gomtrie de la suspension. Le figure 4.9 montre une vue avant du

    vhicule telle qulabor dans le livre Race car vehicle dynamics [7].

    Figure 4.9 : Schmatisation de la vue avant de la suspension

    Voyons maintenant les diffrentes informations que contient cette figure. Tout dabord, les

    centres instantans de rotation des roues sont identifis avec IC . Ces points sont dtermins

    en prolongeant les deux bras de suspension et en identifiant le point de rencontre des deux

    droites. Cest autour de ce point (imaginaire) que la roue tourne autour du chssis. On

    comprend que le point IC bouge en fonction du dplacement des bras de suspension.

    Deuximement, le point RC est le centre de roulis de la voiture au complet ( rolling center )

    par rapport au sol. Il est dtermin par la construction gomtrique suivante : On fait passer une

    droite entre IC et le point de contact de la roue. Cette opration est ralise pour les deux cts

    de la voiture, et le point dintersection des deux droites est le point RC.

    Lorsque la voiture est dans un virage, une force dinertie est applique au centre de masse.

    Cette force dinertie gnre un moment de roulis tentant de renverser la voiture. Le bras de

    levier de ce moment est la distance h_rc prsente sur la figure prcdente. On comprend que

    plus cette distance est grande, plus le moment de renversement est grand. Ce critre suggrerait

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page27

    donc que le centre de roulis devrait tre au mme endroit que le centre de masse. Cependant, un

    moment de renversement du vhicule est engendr par un autre phnomne : le dplacement de

    la force dinertie au niveau du centre de rotation multipli par la distance entre celui-ci et le sol

    donne le moment de renversement de non-roulis ( non-rolling overturning moment ). Ce

    deuxime critre suggre donc que le centre de rotation devrait tre au niveau du sol. Il sagit

    donc de tenter de trouver le meilleur compromis.

    Pour garder la voiture sur une trajectoire dsire, la force dinertie doit tre compense par des

    forces de frottement au niveau des roues. Ces forces de frottement gnrent un moment autour

    des centres instantans de rotation. La figure 4.10 prsente ce phnomne.

    Figure 4.10 : Hausse du vhicule due une force latrale

    Tout dpendant de plusieurs facteurs, ces moments gnrs feront lever ou descendre la voiture.

    Lemplacement des IC est donc important ( lintrieur ou lextrieur de la voiture, au-dessus

    ou au-dessous du niveau du sol).

    En rsum, les deux critres importants au niveau de la conception de la vue avant de la

    suspension sont la position des points instantans de rotation des roues et du point de roulis du

    vhicule. Mais quelle configuration choisir? Pour ce qui est du RC, la littrature suggre [7] de

    le placer au niveau du sol (lgrement en haut ou en bas), afin de limiter le bras de levier entre

    celui-ci et le centre de gravit tout en limitant le moment de renversement de non-roulis. Pour

    les IC, les quatre configurations suivantes sont possibles : intrieur ou extrieur du vhicule, au-

    dessus ou au-dessous du niveau du sol. Si le IC est positionn du ct extrieur du vhicule,

    cela entranera un gain en carrossage positif lorsque la suspension sera crase, ce qui nest pas

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page28

    souhaitable. Les deux autres possibilits, cest--dire les deux configurations o les IC sont

    situs lintrieur du vhicule, sont prsentes sur la figure 4.11.

    Figure 4.11 : Deux des positions possibles des IC

    Cette image a t prise lors dun virage la gauche de la feuille. Pour contrer le roulis d la

    force dinertie durant ce virage, il est alors prfrable de mettre les IC au-dessus du sol. De

    plus, pour limiter limportance de la hausse et de la baisse du vhicule, le dplacement des IC

    devra tre le plus faible possible, limitant ainsi la course du bras de levier.

    4.2.2 Conception de la suspension

    Pour en arriver une gomtrie adquate, cest--dire respectant les critres prcdemment

    mentionns, il a t ncessaire de crer un outil3 de conception. Rappelons qu cette tape, les

    grandes lignes du chssis avaient t conues. En utilisant un plan de travail, dans Solidworks,

    il a t possible de crer un outil dynamique permettant de faire des modifications aux

    grandeurs des bras de suspension, de mme qu leurs points dattaches. En imposant un angle

    au plan de travail, nous obtenons un contrle sur la chasse (caster) applique la roue. La

    figure 4.12 montre loutil en question.

    3 Cet outil utilise les fonctionnalits de SolidWorks

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page29

    Figure 4.12 : Outil de conception de la suspension

    Cet outil de conception permet aussi de dterminer les diffrents points dintrt de la

    suspension, qui sont les suivants: 1) Les points dattache des bras de suspension sur le chssis;

    2) Les points dattache de ceux-ci sur le pivot ouvrier (knuckle); 3) La longueur de ces bras; 4)

    La position dattache de llment triangulaire de liaison et les dimensions approximatives de

    celui-ci; 5) Le point dattache de lassemblage ressort-amortisseur. Le rsultat peut tre vu

    lannexe 4.

    De plus, grce cette gestion d'esquisse/contraintes on peut grer le positionnement des roues

    et de la suspension. Ainsi, il est possible de simuler, pour toutes les pices de la suspension,

    l'amplitude de mouvement produit par une bosse ou un trou. Pour illustrer ce propos, les figures

    4.13 et 4.14 montrent la suspension arrire au repos et lorsque comprime au maximum. Ceci

    reprsente un dplacement de la roue denviron 5 centimtres. Lorsque comprime au

    maximum, le dgagement sous la voiture est denviron 3 cm. Un bon indice du changement de

    position de la roue: observez l'inclinaison de la roue, le "camber", qui augmente d'environ 3

    degrs la course maximale.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page30

    Figure 4.13: Suspension arrire position normale

    Figure 4.14 : Suspension arrire position haute

    4.3 Analyse de la suspension avant

    4.3.1 Finalit de lanalyse ce moment du design, la position approximative de tous les points de la suspension avant 4est

    connue. Cependant, pour avoir une suspension performante, il est requis cette tape de

    concevoir un outil danalyse de la suspension avant, qui servira galement pour la suspension

    arrire. La finalit de cette analyse est de dterminer les caractristiques de lamortisseur et le

    type de ressort utiliser. Celle-ci se fera par lanalyse temporelle de la rponse du systme

    ressort-amortisseur une entre donne. Les concepts danalyse des vibrations et de dynamique

    des mcanismes complexes seront mis dans larne de la simulation.

    4 La suspension avant du vhicule est celle sattachant aux roues lavant du vhicule

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page31

    4.3.2 Objectifs viss Maintenant que la mthode danalyse a t discute, il est temps de passer aux comportements

    de la voiture qui sont viss. Premirement, la frquence non-amortie de lautomobile devrait

    tre autour de 1,5 2 Hz [8]. Cela reprsente la frquence du ressort si on enlevait

    lamortisseur. Cette frquence sexprime par la relation 4.1 .

    . 4.1

    O est la masse quivalente (kg)

    est la frquence angulaire ( rad/s)

    est la constante du ressort (N/m)

    Aussi, les ressorts devront galement possder un gradient de roulis autour de 1,5 deg/g [7].

    Cela signifie que pour une acclration de 9,81 m/s latrale, le chssis devra sincliner

    denviron 1,5 degrs.

    Ensuite, le coefficient damortissement, not devra se situer autour de 0,7. [9]. Celui-ci se

    calcule avec lquation 4.2.

    2 . 4.2

    O est la constante de lamortisseur ( N/m/s)

    est la masse quivalente (kg)

    est la constante du ressort (N/m)

    est le coefficient damortissement (sans units)

    Finalement, lorsque la voiture sera soumise la force dinertie maximale estime, la suspension

    ne devra pas scraser totalement. Cest--dire que les forces sur lassemblage ressort-

    amortisseur ne doivent pas emmener le piston excder sa course permise.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page32

    4.3.3 Analyse structomatique Lanalyse de la suspension grce aux notions vues en dynamique des mcanismes complexes

    (DMC) [10] a pour but de comprendre la composition lmentaire du mcanisme. De plus, ces

    notions permettront de faire une analyse de position, vitesse et acclration des bras de la

    suspension. Finalement, cette analyse permettra danalyser la transmission des efforts entre les

    roues et le reste du mcanisme.

    Pour commencer lanalyse, il faut dabord commencer avec le mcanisme lui-mme, prsent

    la figure 4.15. Cette figure sappelle le schma cinmatique du vhicule. Sur celui-ci, chacune

    des membrures est identifie laide dun chiffre, et les liaisons sont identifies laide dune

    lettre.

    Figure 4.15 : Schma cinmatique

    Ici, llment considr comme fixe est le chssis. Bien que dans la ralit la roue est llment

    faisant contact avec le sol, la nature complexe du lien entre le pneu et la route compliquerait

    beaucoup lanalyse. Au lieu danalyser le mouvement du chssis par rapport au sol, lanalyse se

    faite en regardant le mouvement des roues par rapport au chssis. partir du schma

    cinmatique, il est possible dappliquer lanalyse structomatique, do dcoule le schma du

    mme nom, prsent la figure 4.16. Ce modle est une version idalise du mcanisme, qui

    permet de le dcomposer en lments plus simples.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page33

    Figure 4.16 : Schma structomatique

    Ce schma permet de trouver de quels structomats est compos le mcanisme. Un structomat

    est un mcanisme de base permettant de construire des mcanismes plus complexes, lorsque

    plusieurs sont assembls ensemble. Dans le cas de notre suspension, les lments 5,6 et 7

    forment une mododyade, et les lments 1,2, 3 et 4 forment deux dyades. Le code gntique du

    mcanisme est donc le suivant :

    0 5,6,7 3,4 1,2 . 4.3

    Maintenant que le mcanisme a t divis en lments plus simples, il est possible, grce un

    script matlab, danalyser la position, vitesse acclration du mcanisme. Dans le cas de cette

    analyse, cest surtout la position qui sera intressante, comme nous le verrons la section

    suivante.

    4.3.4 Analyse cintostatique ltape prcdente, le programme matlab nous a renvoy la position des diffrents points

    dintrt du mcanisme. Il est maintenant temps danalyser les forces en jeu. La finalit est de

    savoir quel sera le mouvement du chssis en fonction dune entre particulire, comme par

    exemple lentre dans un virage. Voici les diffrentes tapes pour y arriver :

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page34

    1) Calculer, laide dquations de dynamique, les forces aux roues ( force normale et

    force de friction ).

    2) Dterminer, laide des scripts de DMC, la force transfre dans chacune des

    membrures de la triade. La force qui nous intresse est celle qui est transfre

    lassemblage ressort-amortisseur.

    3) Dterminer la rponse temporelle de lassemblage ressort-amortisseur en fonction de

    cette force transmise.

    4) De cette rponse temporelle, dterminer le dplacement de la roue.

    5) Recommencer pour lautre ct du vhicule.

    Premirement, le calcul de la force aux roues se fait grce des quations de dynamique. La

    figure 4.17 permet de voir les forces en jeu lors dun virage.

    Figure 4.17: DCL sur lautomobile

    Les cinq quations suivantes permettent de dterminer les forces en jeu.

    4.4

    o : m est la masse (kg)

    V est la vitesse de la voiture (m/s)

    R est le rayon de courbure de la trajectoire (m)

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page35

    / 0 4.5

    0 _ _ 4.6

    0 _ _ 4.7

    O m est la masse (kg)

    g est la constante de gravit (m/s)

    Puisque les informations sur les caractristiques dadhsion des pneus sont des donnes quil

    faut payer pour obtenir, il est ncessaire dutiliser dautres avenues pour trouver la cinquime

    quation que la trop clbre . Au lieu de celle-ci, cest plutt lquation

    4.8 qui sera utilise.

    __ _

    _ 0 4.8

    Cette quation est plus pratique, puisquelle ncessite de connatre la force dinertie maximale

    applique au vhicule, au lieu de connatre les caractristiques des pneus. Linformation sur la

    force dinertie maximale peut tre approxime en regardant les vitesses maximales des autres

    FSAE sur un parcours en forme de 8 (skidpad) [Annexe 5].

    partir de ces cinq quations, il est possible de rsoudre ce systme matriciel de cinq

    quations, cinq inconnues du type A*X = B. On extrait cependant la premire quation du

    systme, celle dcrivant la force dinertie, sans quoi le systme devient non-linaire. Le

    systme matriciel 4.9 prsente le systme dquation discut, o la notation utilise est celle

    vue en DMC. Par exemple, RC(1) signifie la position en x du point RC par rapport au

    rfrentiel, alors que RC(2) signifie la position en y.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page36

    1 1 1 10 0

    2 2 2 21 1

    1100

    0 01

    1 1 2 2

    0

    4.9

    Connaissant maintenant les forces en jeu au niveau des roues, il est ncessaire dutiliser les

    routines Matlab dveloppes dans le cours de DMC afin de ramener ces forces au niveau de

    lassemblage ressort-amortisseur.

    4.3.5 tude de la rponse de lassemblage ressort-amortisseur

    Pour faire lanalyse en vibration du bloc ressort-amortisseur , il faut dabord commencer par

    faire le DCL de cette section. Celui-ci est prsent la figure 4.18.

    Figure 4.18: DCL du bloc ressort-amortisseur

    ce moment, la force provenant des roues est connue, de ltape prcdente. Cependant, la

    valeur des paramtres k , la constante du ressort, et b , la constante de lamortisseur, ne

    sont pas encore dfinitives. En effet, ces pices doivent tre slectionnes parmi celles existant

    sur le march, et cest lobjectif de cette simulation. Les valeurs utilises sont donc les valeurs

    idales, telles que calcules lannexe [Annexe 6].

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page37

    Lautre valeur qui nous manque est celle de la masse quivalente de la voiture. Bien que la

    masse relle de la voiture ne soit pas connue de manire trs prcise, elle peut tre approxime

    en utilisant les plans de la voiture dj dvelopps cette tape. Cependant, ce nest pas

    seulement la masse qui nous intresse, mais bien la masse quivalente, note meq, qui est

    reprsente linertie de la voiture du point de vue de lamortisseur. Lannexe [Annexe 7]

    dmontre que pour de petits angles, la relation 4.10 peut tre utilise.

    4.10

    O m est la masse de la voiture,

    meq est la masse quivalente

    y est la distance parcourue par la voiture

    x est la distance parcourue par le plongeur du vrin

    La figure 4.19 prsente dailleurs les diffrentes grandeurs dont fait mention lquation 4.10.

    Figure 4.19 : Systme daxe

    Le ratio y/x est valu numriquement grce Matlab. Le script value dabord une position

    initiale, puis raccourcit le ressort dune petite quantit, et rvalue certains points, avant de

    calculer le rapport lvation de la roue / racourcissement du ressort , gal y/x.

    Pour ce qui est des pices utiliser, les amortisseurs FOX DHX RC4 sont trs populaires

    auprs des constructeurs des autres universits, en raison de leur faible cot et de leurs

    performances acceptables. Un critre de design tait davoir une suspension ayant une course

    de 100 mm. Cependant, les DHX RC4 ne sont pas offerts en version avec 100 mm de course.

    Cest le modle avec 89 mm de course qui sera donc choisi, ce qui nous obligera davoir un

    rapport (y/x) = 100/89 = 1,12. Cest ce rapport qui sera utilis dans la conception.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page38

    Maintenant que tous les paramtres du systme ont t discuts, voici, lquation 4.11, le

    bilan des forces agissant sur le ressort.

    1 1 4.11

    o 1 est la longueur en extension complte de lassemblage

    1 est la longueur de lassemblage au temps t=0

    est la force de pr-compression sur le ressort, qui est un ajustement

    Les quations 4.12 prsentent la transformation dans le domaine de Laplace du dernier systme.

    1 1 0 4.12

    1 1 4.12

    1 1

    4.12

    Les quations 4.12 dcrivent un systme de second degr [11]. Il est possible de la rcrire sous

    la forme standard, ce qui est fait lquation 4.12 d.

    1 1

    4.12

    Lquation 4.12 d nest pas strictement parl une fonction de transfert, puisque le gain a dj

    t multipli par la force, qui devrait normalement tre lentre du systme. Pour connatre la

    rponse de ce systme, il faut entrer cette quation dans Matlab laide de la fonction tf ,

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page39

    mise pour transfer function . Pour connatre la rponse temporelle, il faut ensuite simuler le

    tout laide de la fonction lsim , mise pour linear simulation .

    Finalement, tout est connu afin de faire la simulation matlab [Annexe 8]. La figure 4.20 montre

    la rponse du ressort de gauche, initialement en position dquilibre, soumis une entre en

    virage, correspondant une force dinertie de 2800 N [Annexe 5].

    Figure 4.20 : Rponse du ressort de gauche

    La figure 4.21 (page suivante) montre quant--elle la rponse du ressort de droite, qui, lors

    dune entre dans un virage, a un comportement oppos celui de gauche. Ce phnomne est

    caus par la force dinertie du vhicule, tel que discut prcdemment.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page40

    Figure 4.21 : Rponse du ressort de droite

    Cest partir de ces graphiques que sont ajusts les paramtres idaux de lassemblage ressort-

    amortisseur afin que la voiture ait un comportement adquat en virage principalement.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page41

    Chapitre 5 : Analyse conomique

    Lanalyse conomique du prsent projet aura deux volets. La premire tape est dtablir les

    cots pour se rendre la comptition. Cest--dire lestimation des cots des pices acheter,

    des outils acheter et des cots pour se rendre destination. La deuxime tape est lanalyse de

    la mise en march de la voiture qui sera faite, telle que propose dans la mise en situation de la

    comptition FSAE.

    5.1 Analyse des cots pour comptition Rappelons dabord que lobjectif ultime avec ce projet est dlaborer une base permettant aux

    tudiants en gnie mcanique et lectromcanique daller la comptition FSAE en mai 2011.

    Dans cette optique, la premire partie de lanalyse conomique visera dterminer la somme

    montaire requise pour participer la comptition. Cette tude sintressera aux cots des

    pices et des matriaux requis pour construire la voiture, aux cots de loutillage se procurer,

    ainsi quau cot pour la comptition elle-mme, cest--dire le dplacement et les frais de

    survivance de lquipe.

    5.1.1 Cot des pices et de la fabrication Tout au long de la conception de la voiture, le besoin de pices a rendu ncessaire llaboration

    dune liste de celles-ci. La liste exhaustive des pices considres dans la conception de la

    voiture se trouve lannexe [Annexe 9]. Dans cette liste, plusieurs possibilits ont t

    proposes pour une mme composante. Par exemple, la crmaillre est prsente en trois

    versions, quivalentes mais non-identiques, qui pourraient toutes tre choisies pour la voiture.

    Ainsi, le prix visible dans le tableau 5.1, prsent la page suivante, a t calcul laide dune

    moyenne du cot de chacune des pices.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page42

    Tableau 5.1 : Cot des pices, 2009

    lment Prix pices Qt Total Chssis Tubulure d'acier (article 24) 2 170,00 $ 1 2 170,00 $ Carrosserie 300,00 $ 1 300,00 $ Amortisseurs (article 17) 627,00 $ 4 2 508,00 $ Imprvus de la section 20% Total 5 973,60 $ Direction Crmaillre (article 1) 561,11 $ 1 561,11 $ Volant (article 7) 142,22 $ 1 142,22 $ Connecteur de volant (article 8) 197,78 $ 1 197,78 $

    Joint universel (article 18) 81,67 $ 2 163,33 $ Imprvus de la section 20% Total 1 277,33 $ Roues Pneus secs (article 2) 168,89 $ 8 1 351,11 $ Pneus pluie (article 3) 188,89 $ 4 755,56 $ Jantes de roue (article 4) 261,11 $ 8 2 088,89 $ Pivot ouvrier (article 20) 320,00 $ 4 1 280,00 $ Moyeu (article 21) 215,00 $ 4 860,00 $ Imprvus de la section 20% Total 7 602,67 $ Freins triers (article 11) 147,78 $ 3 443,33 $ Disque (article 22) 123,33 $ 3 370,00 $ Quinciallerie (article 16) 310,00 $ 1 310,00 $ Cylindre matres (article 10) 277,78 $ 2 555,56 $ Imprvus de la section 10% Total 1 846,78 $ Moteur Moteur (article 19) 2 000,00 $ 1 2 000,00 $ Batterie (article 6) 135,56 $ 1 135,56 $ Pompe gaz (article 9) 406,67 $ 1 406,67 $ Silencieux (article 12) 422,22 $ 1 422,22 $ Bras de vitesse automatique

    (article 13) 1 622,22 $ 1 1 622,22 $

    Imprvus de la section 15% Total 5 274,67 $

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page43

    Tableau 5.1 : Cot des pices (suite et fin)

    lment Prix pices Qt Total Cabine Sige (article 23) 378,00 $ 1 378,00 $ Harnais (article 5) 225,00 $ 1 225,00 $ Imprvus de la section 20% Total 723,60 $ Assemblage propulsion

    Diffrentiel (article 15) 3 111,11 $ 1 3 111,11 $

    Du diffrentiel aux roues (article 14)

    2 052,22 $ 1 2 052,22 $

    Imprvus de la section 10% Total 5 679,67 $ Total des sous-sections 28 378,31 $

    Les taux dimprvus de cette section varient entre 10% et 20%. Ceux-ci sont relativement bas

    car certaines sections ont t trs dtailles au niveau de lannexe 9, qui est la liste exhaustive

    des pices requises. Ainsi, pour certaines sections, comme lassemblage de propulsion ou les

    freins, la future quipe dtudiants sur le projet pourra commander exactement la liste des

    pices mise en annexe. Cela correspond une phase dfinitive du projet5.

    noter que les montants vus dans le tableau sont en dollars canadiens, et les frais de postes et

    manutentions sont tenus en compte dans les prix.

    Il y aura galement des cots associs la fabrication de la voiture. Pour ce qui est du temps de

    travail, il est considr comme gratuit cette tape, puisquil est ralis par les tudiants. De

    plus, une hypothse utilise est lutilisation gratuite des installations de luniversit, cest--dire

    le garage sur la Larivire et les diffrents outils dj en place. Les cots de fabrication se

    situeront donc au niveau de lachat doutils. Le tableau 5.2 prsente la liste des outils se

    5 GEN 0002

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page44

    procurer et des cots associs ces achats. Le taux dimprvu est ajust la hauteur de 50 %,

    puisque cette analyse reprsente une phase didentification des besoins6. Tableau 5.2 : Achat doutils, 2009

    Outil Cot Table de montage 1800,00 $Soudeuse - TIG 2000,00$Matriel pour souder 500,00 $Coffre doutil avec petits outils 3000,00 $quipement pour plier 500,00$

    Sous-total outils 7800,00$Imprvus 50 %

    Grand total outils 11 700,00$

    5.1.2 Frais associs la comptition

    Une fois la voiture termine, en mai 2011, lquipe de la FSAE-UQAT sera prte participer

    la comptition au Michigan, aux tats-Unis. Dimportants cots seront associs cette longue

    fin de semaine de comptition. Grce un contact travaillant sur la FSAE de lUniversit Laval,

    il a t possible destimer la somme requise pour cet aspect du projet. Le tableau 5.3 prsente

    ces diffrents cots. Le taux dimprvu est relativement bas, 20 %, car ces montants ne sont

    pas relis des lments de conception, et sont donc moins sujets des fluctuations.

    66 GEN 0002

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page45

    Tableau 5.3 : Cots pour aller la comptition, 2009

    lment Cot

    Inscription 2000,00 $

    Location camionnette, style Ford Ranger 750,00 $

    Essence pour camionnette (2000 km, 1,10$/litre) 350,00 $

    Location remorque 350,00 $

    Hbergement, transport, nourriture ( 5 personnes, 3 jours, 2

    chambres dhtel)

    2000,00 $

    Sous-total comptition 5450,00$

    Imprvus 20%

    Grand total comptition 6500,00 $

    5.1.3 Cots totaux pour le projet

    Maintenant que les diffrents aspects des cots ont t labors, le tableau 5.4 prsente le bilan

    des cots pour la comptition. Aucune marge dimprvu nest rajoute, puisquils ont dj t

    additionns aux sous-totaux. Tableau 5.4 : Cots totaux pour le projet, 2009

    Sous-total Valeur

    Pices 28 400,00 $

    Outils 11 700,00$

    Frais comptition 6 500,00$

    Total 46 300$

    Ce total reprsente la somme que devra amasser lquipe pour se rendre la comptition au

    Michigan en mai 2011. Les sources pourront avoir des provenances diverses, mais seront

    surtout issues de la gnrosit des commanditaires et de luniversit.

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page46

    5.2 Analyse de rentabilit La section prcdente visait tablir le montant ncessaire la russite du projet. Cette section

    sera quant elle une analyse financire de la voiture comme produit commercial.

    Il est important, avant de continuer, de rappeler le contexte de la comptition FSAE. Chaque

    universit doit prsenter sa voiture comme un produit commercialisable pour un circuit de

    course amateur. Lobjectif tant de vendre le prototype un fabricant dsirant produire 1000

    autos par annes. Puisquil nest pas spcifi, la premire hypothse faite est que le projet a une

    dure de 5 ans. Et horizon de 5 ans est d au fait que la technologie dune voiture de course sera

    dsute passe cette dure. Dans ce contexte, chaque universit doit faire lanalyse conomique

    de sa voiture en tant que produit commercial afin de la vendre au fabricant. Ainsi, lobjectif est

    de dterminer le prix auquel le fabricant devra vendre la voiture pour obtenir un profit

    dtermin.

    5.2.1 Estimation du prix de revient et de vente

    Le premier lment qui entre en jeu dans lestimation du cot de revient est le cot de pices.

    Les prix de celles-ci peuvent tre vus au tableau 5.1. Le montant vu dans ce tableau slve au

    montant de 28 400, 00 $. Il est raisonnable de penser quune production en srie de lordre de

    1000 vhicules par anne emmnera une rduction du cot des pices, puisquil serait possible

    de faire affaire directement avec les fabricants de ces pices. Daprs la rfrence [12], la marge

    de profit sur la vente de pices automobiles au dtail est devrait tre de lordre de 40 %. Selon

    la rfrence [13], la marge de profit se dfinit comme suit, o la variable vendant est le prix

    auquel les dtaillants vendent leurs pices.

    . 5.1

    partir de cette quation, il est possible de dterminer quel prix seront disponibles les pices

    auprs dun grossiste.

    40%28400$

    28400$

    17000$

  • PAFE : CONCEPTION DUNE FORMULE SAE

    Aimmard FrancisMarquis t2009 Page47

    Lorsquil est question de travail en srie, il est ncessaire de considrer le prix des gabarits qui

    faciliteront la fabrication. En plus de faciliter la fabrication, ceux-ci amliorera le temps le

    temps requis pour la construction dune automobile. Le tableau 5.5 prsente les trois gabarits

    principaux qui seront ncessaires pour rendre efficace la production en srie. Comme il est

    difficile destimer lusure des gabarits, lhypothse a t faite quun nouveau gabarit de chaque

    sorte est ncessaire par anne, sur une dure de projet de 5 ans. Les gabarits seront cependant

    tous fabriqus au dbut du projet, vu les petites sommes en jeu, et quil est beaucoup plus facile

    de fabriquer 5 gabarits identiques sils sont fabriqus au mme moment. Le taux dimprvu est

    pos 50 %, car cest une phase didentification7 dans le projet. Tableau 5.5 : Gabarits ncessaires

    Gabarit Estimation du prix Qt Total gabarit Chssis 3000,00$ 5 15 000,00$ Entre dair 1000,00$ 5 5 000,00$ Carrosserie 8000,00$ 5 40 000,00$ Sous-total 60 000,00$

    Imprvu 50% Total 90 000,00$ Total par vhicule (5000 units) 18,00$

    Un lment nglig prcdemment est le cot en temps associ la production en srie dune

    voiture de course. Pour avoir une valuation prcise du montant requis pour fabriquer le

    chssis, qui reprsente une grande partie de la fabrication, des soumissions ont t demandes

    chez Mtal Marquis. Cette valuation du temps de fabrication du chssis peut tre vu lannexe

    10. Le restant est valu selon des connaissances et des expriences de travail passes. Le

    temps homme est valu 30 $/heure. Cest le cot horaire que Mtal Marquis charge ses

    clien