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Objectifs |
Déterminer la vitesse théorique de la voiture radiocommandée à partir de ses caractéristiques techniques. |
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Compétences et savoirs évalués |
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Compte rendu |
Compte rendu papier à imprimer : |
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1h50 |
= 40 min
En ressources, la voiture radiocommandée est modélisée grâce aux diagrammes SysML.
La chaîne d'information se limite à la télécommande et au récepteur radio, la chaîne d'énergie est constituée de quatre éléments faciles à identifier.
Question 1.1 - En vous aidant des documents ressources disponibles à partir de l'icône 
, indiquer, sur le DR1, les noms et les fonctions des éléments de cette chaine d'énergie.
Sur le diagramme FAST du véhicule en ressources, on peut constater que la transmission est en fait décomposée en plusieurs éléments avec des fonctions différentes. Nous allons détailler le bloc transmission de la chaîne et voir ce qu'il y a à l'intérieur.
Diagramme de bloc de la transmission détaillé :
La propulsion est assurée par une transmission de type Quatre Roues Motrices.
Dans les trains avant et arrière sont disposés des différentiels à pignons satellites coniques, la transmission entre trains avant et arrière est assurée par l’arbre de transmission, aux extrémités duquel sont disposées des roues dentées coniques.
La transmission entre différentiels et roues motrices se fait par l’intermédiaire d’un joint d’accouplement permettant d’obtenir une certaine mobilité angulaire entre éléments de transmission pour permettre la suspension et la direction du modèle réduit.
L'étude détaillée du différentiels n'est pas l'objet de cette étude.
La fréquence de rotation du moteur
Le moteur brushless avec lequel la voiture Pirate est équipée est donné avec une caractéristique de 2230 tr/V. C’est-à-dire que sa vitesse en tr.mn-1 sera proportionnelle à la tension d’alimentation.
On peut considérer que le moteur est alimenté au maximum sous une tension égale à la tension nominale de la batterie.
Question 1.2 - Relever la tension indiquée sur la batterie de la voiture. En déduire par le calcul la vitesse de rotation attendue du moteur.
La vitesse du véhicule
Pour la suite, vous pouvez vous rafraichir la mémoire à l'aide du cours de première sur la Transmission de mouvement entre solides disponible en cliquant ici : 
.
Nous connaissons maintenant la fréquence de rotation du moteur, la chaîne de transmission du moteur aux roues est constituée de deux engrenages représentés ci-dessous.
Le rapport de réduction d’un engrenage est égal au rapport du nombre de dents.
Question 1.3 - Compte tenu des nombres de dents du pignon moteur et de la roue dentée de l’arbre, déterminer le premier rapport de transmission. Calculer ensuite celui entre l’arbre et le différentiel. Le rapport de réduction global est le produit des deux.
Question 1.4 - En déduire la fréquence de rotation des roues de la voiture en tr/min et leur vitesse angulaire en rad/s.
Question 1.5 - Déterminer la vitesse théorique en m/s puis en km/h.
= 20 min
Vous connaissez maintenant la chaîne de transmission du moteur jusqu'aux roues et la vitesse théorique du véhicule. Vous allez maintenant déterminer sa vitesse réelle par des mesures. Vous devrez alors comprendre par vos observations pourquoi cette vitesse est différente de la vitesse théorique déterminée précédemment.
Avec le banc de mesures, vous allez maintenant mesurer la vitesse réelle de déplacement de la voiture dans des conditions proches de celles de la piste sans appliquer d'effort résistant.
Manipulation :
Vous allez réaliser des mesures à pleine vitesse sur le banc d'essai. Dans ce mode, le pilotage de la voiture se fait depuis la télécommande, il ne faut pas utiliser la direction du véhicule.
Sur le banc de mesures :
Faire un clic droit sur le fichier DATA1.XLS de la carte SD, puis Ouvrir avec et enfin LibreOffice Calc.
Compléter à l'ouverture de la façon suivante :
La première colonne correspond au compteur, la deuxième à la tension et la troisième au courant.
Vous allez copier et coller l'ensemble de ces données dans le tableur ci dessous :
Ouvrir le fichier ci-dessous avec LibreOffice Calc après l'avoir dézipper :
:
Copier et coller les données depuis le fichier DATA1.XLS dans les colonnes bleues
Supprimer si besoin les dernières lignes où il n'y a pas de données acquises.
Appeler le professeur pour faire valider vos courbes obtenues avant de passer à la suite.
Question 2.1 - Commenter les courbes obtenues.
Question 2.2 - Relever la vitesse expérimentale maximale atteinte. Expliquer l'origine des différences avec la vitesse théorique ?
Supprimer le fichier de la carte SD.
= 50 min
Nous allons utiliser un logiciel qui permet de modéliser l'ensemble du véhicule aussi bien du point de vue électrique que mécanique et comparer son comportement au réel pour déterminer les origines de cet écart entre nos prévisions et les mesures.
Ouvrir le fichier ci-dessous avec le logiciel PSIM
On retrouve ici l'ensemble des éléments qui constituent la chaîne d'énergie de la voiture. Ce modèle est construit pour représenter au mieux le comportement réel du véhicule sur une piste.
Lancer une simulation et demander l’affichage de la vitesse en km/h.
Question 3.1 - Relever la vitesse simulée maximale de la simulation et le comparer avec la vitesse théorique.
Vous allez tenter de comprendre les écarts.
Vérification du modèle virtuel - Lecture des informations sur le logiciel
La batterie : La tension de la batterie est exprimée en volt. La résistance en série représente la résistance interne de la batterie, elle est ici très faible sur ce type de batterie.
Question 3.2 - Relever la tension de la batterie pour la simulation (valeur à gauche du symbole de la batterie). Cette tension est-elle conforme à la réalité ?
Le moteur : La caractéristique essentielle du moteur est le nombre de tours par volt, elle est exprimée dans le logiciel en volt/millier de tour (Vpk/krpm).
Question 3.3 - Double cliquer sur le moteur, relever cette caractéristique. Après calcul, cette valeur est-elle conforme à la donnée de la partie 1 ?
Le réducteur :
Question 3.4 - La réduction indiquée sur le logiciel est-elle conforme à vos calculs ?
L'inertie : L’inertie des pièces tournante en rotation et celle de la masse de la voiture en translation sont représentées par un seul élément nommé inerties, cette valeur est sans influence sur la vitesse finale, elle détermine la durée d’accélération du véhicule.
La mesure de la vitesse : En sortie de notre modèle, nous disposons d’une information de fréquence de rotation des roues en tr/min nommée Nroues. La vitesse du véhicule exprimée en km/h est calculée en multipliant la fréquence de rotation des roues par un coefficient k. Ce coefficient est égal à 0,0213.
Question 3.5 - Expliquer par le calcul cette valeur.
Le couple résistant : Un élément couple a été ajouté sur notre modèle, il représente l’ensemble des forces qui s’opposent au déplacement du véhicule comme les frottements ou le roulement des pneus sur le sol. Tous ces efforts représentent au final un couple résistant de 0,25 mN.
Question 3.6 - Diminuer fortement ce couple et relancer la simulation, relever alors la vitesse simulée. Quelle observation faites vous ?
Question 3.7 - Compte tenu de vos observations, pouvez-vous proposer des améliorations pour augmenter les performances du véhicule ?
