EcoMOTION

L’enjeu majeur dans la construction du châssis était qu’il soit le plus léger possible tout en gardant une bonne résistance aux efforts de flexion et de torsion.
Alors dans ce cas, pourquoi avoir utilisé de l’acier qui est certes très résistant, mais qui est aussi très lourd ?
Le centre de recherche et développement d’Arcelor-Mittal nous a proposé le challenge d’utiliser de l’acier comme matériau pour le chassis. Ils venaient récemment de développer un nouvel acier trempé à très haute limite élastique destiné à l’industrie automobile, et nous ont convaincus du caractère « vert » qu’a l’acier si on le compare aux autres matériaux utilisés dans la construction des voitures. (Voir l’article https://team-ecomotion.com/2010/10/01/steel-is-green/)

Nous avons donc conçu un châssis en utilisant de la tôle de 0.65 mm pliée pour obtenir des profilés en forme de U qui ont une bonne résistance à la flexion mais hélas une médiocre résistance à la torsion.
Le seul moyen de palier à ce problème était soit doubler les profilés en les emboitant l’un dans l’autre, ou alors d’optimiser les design du châssis afin de mieux reprendre ces efforts de torsion.
Nous avons opté pour la seconde solution et conçu un châssis en forme de croix.
Les profilés croisés transforment les efforts de torsion en flexion. Les profilés en U disposant d’une bonne résistance à la flexion, le tour est joué…
Les découpes de profilés étant assez complexes, il a fallu les faire faire par découpe laser dans une société à Saint-Vith nommée New Laser.
Une fois les tôles découpées, il a fallu les plier grâce à cette plieuse:

L’acier utilisé étant très élastique, il a fallu faire des tests sur des chutes pour être sûrs que le pliage soit à l’angle souhaité. Nous nous sommes rendu compte à la fin des tests que l’acier avait un retour élastique de 16.5° par rapport au pliage initial ce qui est énorme.

Voici quelques vues de tôles pliées :

Une fois toutes les tôles pliées, il a fallu les souder. Nous avons commencé par faire des tests au TIG mais la zone thermiquement affectée était assez grande et la tôle perçait assez régulièrement, nous lui avons donc préféré le MIG en soudant par point, pour éviter les trop grandes déformations et réduire la zone thermiquement affectée.
Le centre de recherche disposant d’une table de soudage particulièrement performante, Monsieur Marc Bronze, notre soudeur n’eut aucun mal à le clamer entièrement.

Ici l’avant du châssis soudé par points:
 

Le dossier clamé en cours de soudage:
 

Le châssis entièrement clamé toujours en cours de soudage:
 

Le châssis terminé mais toujours clamé pour éviter les déformations pendant le refroidissement:

Par la suite, nous avons fait divers tests pour vérifier la rigidité du châssis. En ce qui concerne sa résistance à la torsion, il est quasi indéformable.
Au niveau de la flexion, nous l’avons callé entre 2 tables et sommes monté dessus au centre, pied joints pour concentrer une charge de plus de 70kg. Nous avons obtenu une flèche aux alentours de 6mm,  rien ne bougeait.
Nous pouvons affirmer clairement que nous avons accompli notre mission qui était de fabriquer un châssis le plus rigide et le plus léger possible : pour seulement 6kg, il résiste parfaitement aux sollicitations prévues !

Nous en parlions dans notre premier article concernant la carrosserie: afin d’optimiser  l’aérodynamisme du prototype, il faut diminuer au maximum sa surface frontale. En utilisant le schéma classique de deux roues avant directrices, il aurait été nécessaire d’augmenter la largeur à l’avant du véhicule afin de disposer d’une zone libre pour permettre leur braquage.
Comme cet endroit est déjà le plus large de l’ensemble, nous avons opté pour une roue arrière directrice, fixée sur un bras oscillant dans le plan horizontal. Cela permet donc de rendre les roues avant immobiles et de faire passer celles-ci très près de la carrosserie.

Le deuxième rôle du bras oscillant est de supporter notre moteur Honda 25cm³ et d’assurer la transmission par chaine à la roue arrière par l’intermédiaire d’une couronne.

Le support de la couronne, qui vient se fixer sur la roue libre du moyeu, a été usiné par électroérosion à fil à Technifutur.
Afin de ne pas dénaturer le projet en ce qui concerne la matière de l’ensemble du châssis principal, nous avons choisi de fabriquer le bras oscillant également en acier. (Voir l’article https://team-ecomotion.com/2010/10/01/steel-is-green/)

La fourche proprement dite a été assemblée par Marc Bronze, soudeur au Centre de Recherche & Développement de ArcelorMittal à Liège.
Pour ce faire, une table de travail adéquate pour assurer un bon maintient en position des pièces à souder était à sa disposition.

Une fois que les modifications apportées au moteur seront terminées, la prochaine étape sera d’assembler le support de celui-ci sur la fourche du bras oscillant, où viendront par la même  occasion   se   fixer   les   tringles   de    direction.

Le poids et la trainée d’une voiture sont des facteurs importants au niveau de la consommation de celle-ci. La carrosserie joue un rôle très important sur la performance de notre prototype. Elle doit être légère, c’est pourquoi elle sera entièrement faite en matériaux composites, de la fibre de carbone dans notre cas. D’autre part, un aérodynamisme fluide ainsi qu’une surface frontale minimale se traduiront par une réduction de la trainée aérodynamique et, par conséquent, de la consommation.

C’est pourquoi l’étude de la carrosserie avait toute son importance dans les compétitions auquelles nous participerons. Cette étude a été menée au Campus Automobile, sur les conseils avisés de Monsieur Trovato, spécialiste en matières composites.

Pour réaliser le modèle de la carrosserie, nous avons choisi de faire confiance à l’expertise de Monsieur Robert Crets, directeur de la société  Advanced Composite Milling, qui dispose d’une fraiseuse numérique 5 axes d’une longueur en X de 6000mm, d’une largeur en Y de 2600mm et d’une hauteur en Z de 1200mm. Elle correspond à notre application car nous devons usiner des pièces d’un peu plus de 3m de long sur 70cm de large et 55 de haut.

L’usinage se fera sur un assemblage de panneaux d’isolation en polyuréthane de 1200x600x100.

Pour former un bloc à la dimension voulue, nous avons découpé en morceaux ces panneaux et les avons collés ensemble.

Nous avons collé deux blocs, un pour la partie supérieure et un pour la partie inférieure. 

Les pièces ainsi usinées serviront de  « maquette » taille réelle sur laquelle on viendra déposer de la fibre de verre pour faire les moules. Une fois les moules terminés, il faudra mettre en place les couches de fibre de carbone dans ceux-ci afin de former la carrosserie.

Afin de tirer le meilleur parti du moteur, il est nécessaire de le faire tourner sur un banc d’essai, qui permet de prendre toute une série de mesures (vitesse, couple, consommation, puissance,…). C’est dans ce but qu’une nouvelle équipe, constituée d’étudiants en sciences industrielles de l’Isil est venue s’ajouter au projet. Cette équipe, qui rassemble Romain Schreuer, Pierre Cuijvers, François Hansen et Pierre Bialas (tous les quatre de la même classe de troisième bachelier), a pour objectif de concevoir et réaliser un banc d’essai. En fait, le cahier des charges est double : premièrement, il s’agit d’apporter le plus rapidement possible une solution pour optimiser le moteur, car les délais sont très courts ; et deuxièmement, il faut prévoir un banc avec des possibilités d’évolution pour les années futures. C’est pourquoi les étudiants se sont basés sur un banc existant qu’ils vont adapter pour le projet. Actuellement, la phase de design est déjà bien avancée et le montage va bientôt commencer. Techniquement, une génératrice DC fera office de frein pour mettre le moteur en charge. Et c’est en mesurant les grandeurs produites par la génératrice, et en les comparant à des valeurs prises lors de mesures d’étalonnage, qu’ils pourront déduire les caractéristiques du moteur (puissance, couple, …).

Un renfort qui tombe au bon moment !

L’embrayage fourni avec le Honda GX 25 ne convient pas pour notre application. Il était donc nécessaire de trouver ou concevoir un embrayage centrifuge plus adapté à notre usage.
Nous avons fait le choix d’employer un embrayage centrifuge réglable de pocket bike.
Ce choix permet d’éviter certaines opérations d’usinage fastidieuses tel que le moulage d’un carter ou la fabrication de patins adaptés.
Le gros du travail consiste en l’adaptation de cet ensemble sur le moteur existant.
Pour ce faire, nous allons créer deux supports en aluminium épais de 5mm, l’un sera directement fixé et centré sur le moteur, et l’autre servira à la fixation du carter d’embrayage. Ces deux pièces seront liées par des douilles de centrage préçises, ce qui assurera une concentricité parfaite.
L’embrayage choisi permet aussi l’adaptation aisée du pignon de sortie. Celui-ci sera fixé par une pièce cônique.

Le honda GX 25 était doté d’origine d’un lanceur à corde.
Or il est nécessaire pour nous de disposer d’un démarreur électrique pour faciliter la mise en marche du moteur en course.
Nous avons donc choisi d’adapter un démarreur électrique de scooter 50cc. Notre choix étant guidé par la faible taille et le poids raisonnable de ce type de démarreur, il nous assure aussi un fonctionnement optimal car le démarreur choisi est prévu pour démarreur des moteurs deux fois plus puissants.

Ce démarreur possède un bendix intégré, celà signifie que le pignon ne reste pas en prise une fois le moteur en fonctionnement (limitation des frottements).
La roue dentée s’accouplant au démarreur sera placée en sortie de vilebrequin, du coté de l’embrayage. Ce choix permet de placer intelligement le démarreur et de concentrer les forces du coté le plus robuste du moteur.

Le boitier électronique utilisé dans notre prototype permet notamment la gestion du moment d’injection et d’allumage. Afin que celui-ci puisse agir à un instant précis, un point de repère lui indiquant la position du piston dans le cylindre ainsi que la vitesse de rotation sont nécessaires. Généralement, ce repère est le point mort haut du moteur ou un angle vilebrequin de celui-ci. Nous avons décidé de mesurer cette information via un capteur hall délivrant un courant lorsqu’il subit une variation de flux magnétique créée par le passage d’un aimant. Nous avons donc réalisé un disque en aluminium solidaire du vilebrequin et intégrant un aimant positionné au PMH. Le capteur sera fixé par collage sur le carter moteur. La solution ne nécessitant aucun usinage sur le moteur, nous gardons une grande flexibilité en cas de problèmes !