EcoMOTION

Après avoir dû résoudre de multiples problèmes logiciels, électroniques et mécaniques, nous sommes à mettre au point le moteur et son système de gestion. Il est alors venu le moment de réaliser la cartographie de l’allumage et de l’injection de notre Honda GX 25.
Le boitier en lui-même ainsi que le logiciel chargé de la programmation du boitier possèdent une cartographie pré-chargée permettant de faire démarrer l’ensemble des motorisations que l’on désire brancher sur le megasquirt. Néanmoins, si ces cartographies s’avèrent pratiques, elles n’ont pas un rendement exceptionnel

Armés d’une lampe stroboscopique, il a alors été nécessaire de caler l’allumage sur une avance correcte . La position du piston dans le moteur est donnée au boitier via un aimant placé sur un disque et passant devant un capteur à effet hall lorsque le piston est au point mort haut. Dans un premier temps, nous avons opté pour une avance fixe de 20° . Il a alors été nécessaire de vérifier si les 20° programmé se matérialisaient bien par une étincelle 20° avant le point mort haut et de réaliser les modifications nécessaires pour que cela  deviennent le cas. Cette opération a été effectuée avec le carburateur d’origine. Nous voulions être persuadés que si le moteur ne démarrait pas il s’agissait d’un problème d’allumage et pas d’injection.
La cartographie d’allumage étant intégralement réalisée, il est maintenant nécessaire de passer au montage de l’injection électronique. Etant pressés par le temps, nous avons acheté une extension du logiciel de programmation du boitier électronique. Via une sonde lambda (gentiment prêtée par Lejeune Motosport ) placée dans le pot d’échappement, le boitier connait à chaque instant la richesse du moteur grâce à la quantité d’oxygène présente dans les gaz d’échappement. Une table informatique est réalisée donnant les richesses nécessaires pour tous les régimes moteur en fonction de l’ouverture du papillon des gaz. Un rapide calcul nous permet de connaître le temps d’ouverture nécessaire aux injecteurs que nous encodons dans le boitier.  Soulagement, le moteur démarre et tourne normalement.

Maintenant, il est nécessaire de faire passer le moteur par l’ensemble des combinaisons de vitesses et d’ouvertures du papillon possibles. Elles vont de plein gaz à 5000 tr/min à papillon fermé à 12 000 tr/min. Cette opération est rendue possible grâce au banc d’essai freinant le moteur. Suite à cela, le logiciel calibre  l’ensemble des points de fonctionnement du moteur en fonction de la table de richesse pour obtenir une combustion parfaite et donc une cartographie idéale. Les points qui n’ont malheureusement pas été survolés subissent une extrapolation pour obtenir une continuité vis-à-vis des autres. 
La cartographie essence effectuée, nous vidangeons le réservoir et le remplissons de bioéthanol afin de recommencer l’opération.  Tout se passe à merveille et le moteur saute du ralentit au plein gaz en une fraction de seconde.
Le graphique suivant vous laisse entrevoir le gain intéressant de puissance obtenu par l’adjonction de l’injection et de l’allumage commandé. Pour information, la puissance du moteur absorbée par la génératrice est à elle seule de 153 watt et ce graphique ne prend pas en compte la perte de rendement dans la chaine et l’embrayage. Il s’agit donc d’une approximation servant juste à se donner une idée des  gains obtenus.

La conception du système d’acquisition touche maintenant à sa fin. Le module embarqué permettra de mesurer la vitesse, la distance parcourue, le temps de parcours, l’accélération longitudinale et latérale ainsi que la position gps.
Ce système a été conçu de manière à être évolutif, léger, peu consommateur d’énergie et performant. Le module est basé sur un OS Linux « patché » en temps réel de manière à assurer la rapidité d’acquisitions des informations provenant des divers capteurs installés sur le proto. Il a été choisi pour ses nombreuses possibilités de communication et  d’interfaçage avec les capteurs sur le marché.

La mesure de la vitesse est basée sur un capteur à effet Hall associé à un aimant permanent fixé sur la roue.  Ce capteur délivre un signal numérique TOR dont la fréquence sera mémorisée dans le module. Ceci permettra donc de calculer la vitesse de la voiture ainsi que la distance parcourue.
Ce capteur est de la norme NEMA 3R, ce qui permettra de résister à toute projection d’eau susceptible d’arriver par temps pluvieux.
Un système de montage nous permet de régler la distance capteur-aimant à 3mm.

La mesure de l’accélération est basée sur un accéléromètre analogique 2 axes permettant de mesurer une valeur maximale de 1,7 g avec une résolution de 1mg. Sa consommation est de seulement 700 µA.

Le besoin d’organiser les données par tour effectué nous a poussés à installer un GPS qui nous permettra de capter la notion de tour effectué à l’aide de la latitude et de la longitude de la ligne d’arrivée. Ces données pourraient également être utilisées par la suite de manière à effectuer un « mapping » du circuit.

Le protocole utilisé par le GPS pour envoyer ses trames est le protocole standard NMEA. La communication avec le système embarqué se fait via USB.

L’alimentation du système est réalisée à l’aide d’une batterie Lipo de petite taille. Le choix des différents circuits en fonction de leur niveau de consommation nous a permis d’obtenir une autonomie du système de 4 heures (en prenant une bonne marge)avec une batterie de 11.1 V 800 mAh, ce qui est largement suffisant compte tenu de la durée des essais et de la course.
Un système d’allumage et de coupure de l’alimentation à l’aide d’une clef permettra de couper le système lors de la rentrée au stand et donc de prolonger l’autonomie du système.
L’application de calcul et d’analyse des données se fera sur PC après téléchargement des données via USB.  Celle-ci  sera portable sur différentes plateformes telles que Windows ou Linux.
L’application permettra entre autres l’affichage de courbes par tour en fonction du temps ou de la distance parcourue ainsi qu’une possibilité de zoom permettant l’affichage de données détaillées.

Malgré une prise de rendez-vous faite en dernière minute, Romain à gentiment accepté de venir nous former à l’utilisation du banc qu’il a construit avec ses condisciples de l’ISIL .
Une première prise de mesures à été effectuée sur le moteur monté avec le carburateur d’origine. Il en ressort une puissance maximale mesurée de 581 Watts à 8000 Rpm. Cela semble correct par rapport à la courbe de puissance annoncée par le constructeur et des pertes mécaniques inhérentes au banc.
La prochaine étape sera la cartographie du boitier d’injection suivi des essais au bioéthanol… Encore quelques efforts et nous y arriverons !!
Nous tenons à remercier particulièrement Romain, qui, en acceptant de venir nous aider à assimiler le fonctionnement du banc, nous à permis de gagner un temps précieux.

Afin de garantir une direction suffisamment rigide pour être précise tout en restant aussi légère que possible, nous avons choisi d’utiliser des tringles en aluminium. Des leviers de direction fixés sur le châssis (comme sur un cuistax) transmettent leur mouvement via ces tringles à la roue arrière.

Pour ce faire, on utilise des rotules sur chaque extrémité de la tringle :
L’une est reliée au levier de direction.

L’autre est reliée au bras oscillant par l’intermédiaire du support du moteur. Il y a donc une tringle fixée de chaque côté du support, chacune à la même distance par rapport à l’axe de symétrie central de celui-ci.
L’ensemble du système de direction assure un angle de braquage de 6°, ce qui est suffisant pour concourir sur le circuit Eurospeedway de Lausitz.

La principale difficulté dans sa conception venait du fait que nous devions obtenir un angle de carrossage négatif de 8° pour les roues.

Cet angle de carrossage a deux buts :
• Il augmente la stabilité du prototype en déplaçant le centre de gravité légèrement vers le bas
• Il permet de diminuer la surface frontale de la carrosserie sur le haut des roues, ce qui lui donne un meilleur aérodynamisme.
Comme mentionné plus haut, la complexité de la conception fut de garder l’angle de carrossage de 8° de chaque coté mais également de prévenir les déformations qui auraient pu lui donner un angle de pinçage non nul.
Nous sommes donc partis sur l’idée de découper un tube carré en aluminium de 25 mm de coté et 1 mm d’épaisseur. Nous avons découpé ce tube à un angle de 4° de chaque coté :

Sur ce tube, nous avons soudé deux pièces parallélépipédiques pleines, taraudées pour fixer l’axe des roues. Ces pièces sont aussi découpées d’un coté à 4° ce qui donne un angle final de 8°, une fois soudées au tube.

Une fois ces pièces soudées ensemble, nous avons fait coulisser deux autres pièces autour de ces tubes.
Ces pièces sont munies de deux pattes dans lesquelles sont taraudés deux filets pour venir fixer les freins à disque. La longueur des pattes dépend du diamètre du disque de frein.Deux coins pour soutenir les pattes sont prévus afin de ne pas risquer de plier ces dernières sous d’éventuelles contraintes.
Le trou carré à été réalisé par découpe à fil à Technifutur afin que le support de frein puisse coulisser dans le train avant pour y être soudé.Voici une vue éclatée du train avant tel qu’il est pour le moment.
En voici une représentation où il est monté avec les freins à disque :Le voici complètement terminé et soudé.

Il fallait maintenant concevoir une pièce capable de le fixer au châssis sans le souder et qui permettrait de le démonter tout en prévoyant la possibilité de lui donner un réglage axial.
Nous avons donc fabriqué des pièces en U aux dimensions du tube en alu :  (Pièce réalisée par Technifutur )Quatre vis M5 sont nécessaires pour fixer les cornières dans le châssis. Une fois celles-ci serrées, elles induisent un léger repliage vers l’intérieur de la cornière qui fini par serrer le tube à l’intérieur le rendant complètement fixe.Un dernier renfort à été prévu dans cette zone pour éviter que les tôles du châssis ne replient vers l’intérieur :
On remarque un morceau de tôle ressoudé à l’intérieur pour rigidifier le tout ainsi que les vis et leurs écrous passant sur les cotés.

Jérôme, chargé de la conversion moteur pour qu’il fonctionne à l’éthanol, a construit une armature en profilés soudés sur la poutre en U du banc fourni par les étudiants de l’ISIL. Le principal avantage réside dans la possibilité de changer facilement de type de motorisation sans modification majeures du banc. Pour rappel, ce banc d’essai va nous permettre de connaître les caractéristiques couple et puissance de la motorisation et de metter en charge le moteur pour réaliser sa cartographie. La table sur laquelle se fixe le GX 25 étant également beaucoup plus large que le moteur, elle permet d’y placer un ordinateur afin d’y travailler efficacement.
La partie électrique et électronique du banc d’essai a été rendue mobile par l’utilisation d’un pupitre amovible. Celui-ci contient le réservoir, le système de pressurisation du carburant, le boitier électronique ainsi qu’une alimentation d’ordinateur. Cette alimentation 220 volt a été modifiée pour délivrer des tensions variables continues de 3.3 volt, 5 volt et 12 volt ainsi qu’une alimentation pour un circuit de refroidissement. La tension de 5 volt (10 ampères) permet le test des capteurs tandis que les deux prises de 12 volt (5 ampères) permettent l’alimentation du boitier électronique et la connexion d’accessoires tels qu’un compresseur, un chargeur,… Afin d’utiliser ce système en toute sécurité, une protection par fusible a été mise en place. Un arrêt d’urgence permet la coupure instantanée du circuit, un interrupteur commande l’alimentation du boitier, un deuxième interrupteur permet le démarrage de l’alimentation, tandis qu’un bouton poussoir actionne le démarreur du moteur. 
Il s’agit d’une première version du banc monté en un temps record qui, nous l’espérons, subira des améliorations, notamment par l’adjonction d’un rouleau permettant l’utilisation de celui-ci avec le prototype roulant.

Comme nous l’avons évoqué précédemment, c’est la roue arrière qui est directrice. Lorsque celle-ci pivote sur son axe de rotation, le moteur doit nécessairement l’accompagner dans son mouvement afin d’assurer la transmission par chaine. C’est la raison pour laquelle nous devons assembler le support du moteur sur la fourche elle-même. Pour ce faire, nous avons fait appel à Xavier, soudeur professionnel, que nous remercions particulièrement pour son aide précieuse et sa disponibilité.
Afin de rendre le support le plus léger possible tout en assurant une bonne rigidité d’ensemble, nous avons choisi d’utiliser des tubes carrés en acier de petite section.
La fixation du moteur sur son support se fait par assemblage vissé avec quatre points d’attache pour permettre la reprise des efforts exercés par la chaîne.

Comme vous pouvez le constater, le moteur est légèrement incliné vers l’avant du véhicule. Cela permet de pouvoir le placer le plus près possible sous le dossier du pilote afin de ne pas interférer avec la carrosserie.
Pour faciliter le montage du support, l’inclinaison du moteur est de la même valeur que l’angle de chasse appliqué à la fourche, soit 18°.
Freinage
Le règlement du Shell Eco-Marathon implique que le véhicule soit équipé de deux dispositifs de freinage indépendants. Dans notre cas, un des dispositifs doit agir sur les deux roues avant, et l’autre sur la roue arrière.
Lors du contrôle technique, l’efficacité de chacun de ces deux mécanismes sera éprouvée. Pour ce faire, le véhicule sera placé sur un plan incliné dont la pente est de 20%. Les freins seront actionnés tour à tour : dans les deux cas, le véhicule devra rester parfaitement immobile.
En accord avec ce règlement et pour une question de poids et de performance, nous avons choisi d’appliquer le système de freinage du type vélo à patins (système V-brake) sur la roue arrière. Les freins avant étant à disque, afin de minimiser la surface frontale.
Tension de la chaine
Des tendeurs de chaîne sont utilisés pour un ajustement facile, et efficace de la chaîne. Plus la tension appliquée est importante et moins il y a de frottements occasionnés sur les pignons par des « remous » incessant de la chaîne lors du fonctionnement du moteur.
La tension appliquée se règle à l’aide d’un écrou. En cas de besoin, nous pouvons donc facilement désolidariser la chaîne de ses pignons grâce à ce dispositif.