Présentation du système   :

Rétroviseur électrique

Il s’agit de deux modules (mécanismes microtechniques) permettant la rotation du miroir des rétroviseurs électriques. L’un équipe un véhicule Renault TWINGO, et l’autre un modèle de la marque NISSAN.

Caractéristiques   :

Modèle RENAULT   : (fig 1)

Ce modèle se compose de deux motoréducteurs (moteur électrique et réducteur à train épicycloïdal) entraînant deux crémaillères. Celles-ci donnent les mouvements de rotation au support miroir suivant deux axes.

Fig 1: Module de rotation RENAULT

Modèle NISSAN   : (fig 2)

Celui-ci est monté sur les véhicules NISSAN. Il comporte deux moteurs entraînant un réducteur simple par l’intermédiaire d’un système roue et vis sans fin. Le réducteur actionne un système vis – écrou transmettant aux axes un mouvement de translation, ce qui permet la rotation du support miroir suivant deux axes.

Choix du thème abordé   :

Besoin   :

L’analyse fonctionnelle est un chapitre contenu dans les programmes de Bac S.T.I. toutes filières confondues. Cette partie du programme est importante dans son contenu, et elle a l’avantage d’apporter à l’élève une manière de réfléchir sur les solutions technologiques utilisées dans un système.Pour aborder ce chapitre, l’utilisation de rétroviseurs électriques comme support d’étude se révèle intéressant. Ils sont de plus en plus répandus sur les véhicules et peu coûteux. Etant très riche d’un point de vue technologique, ceux-ci apportent aux élèves une culture technique réelle.

Transmission de puissance :- Réducteur à train épicycloïdal.- Roue et vis sans fin.- Limiteur de couple.

Transformation de mouvement :- Pignon – crémaillère- Vis – écrou.

Liaisons : - Sphérique à doigt- Hélicoïdale avec jeu…

Pourquoi l’utilisation de deux modèles   :

L’analyse fonctionnelle externe porte sur l’étude du besoin fondamental et sur l’identification du milieu environnant (méthode A.P.T.E.). Cette approche est identique quel que soit le modèle de rétroviseurs électriques. Elle reste externe au mécanisme.

Par contre l’analyse fonctionnelle interne s’intéresse aux solutions technologiques réalisant les différentes fonctions techniques du système. Cette approche est unique à chaque module de rotation de rétroviseurs électriques. En effet, n’étant pas conçu de la même main, ils présentent donc des fonctions techniques et des solutions technologiques différentes. L’idée est donc de montrer que pour des mécanismes répondant à un même besoin, celui-ci peut être assuré par des solutions technologiques différentes.

Support miroir

Intérieur du module Support miroir

Fig 2 : Module de rotation NISSAN

Séquence mise en place   :

Analyse fonctionnelle externe

Recherche du besoin fondamental du produit :

Le besoin correspond à la nécessité ou au désir éprouvé par l’utilisateur potentiel.L’outil de représentation BETE A CORNE permet son identification.

BETE A CORNE (Société A.P.T.E.).

Contrôle de validité du besoin :

Pourquoi le produit existe-t-il ? (cause, origine…)Parce que le conducteur ne peut pas regarder à la

fois devant lui et derrière lui sans tourner la tête.

Pourquoi ce besoin existe-t-il ?Permettre au conducteur d’être informé sur ce qu’il

se passe derrière lui.

Qu’est-ce qui pourrait le faire évoluer ?Modification des normes des véhicules.

Qu’est-ce qui pourrait le faire disparaître ?- L’utilisation de micro caméra avec un écran de

contrôle sur le tableau de bord.- Le pilotage automatique des voitures.- Suppression des véhicules.

Les élèves doivent identifier le besoin et répondre aux questions précédentes.

Etude fonctionnelle du besoin :

Diagramme des intéracteurs

Ce diagramme met en relation le produit et son milieu extérieur, par l’intermédiaire de fonctions de services (qu’elles soient d’usages ou d’estimes) que doit réaliser le produit.

Caractérisation des fonctions de services :

Le tableau ci-après définit complètement la fonction de service principale (FSP) et les contraintes (C) déterminées lors de l’étude de l’expression fonctionnelle du besoin (diagramme des intéracteurs). Ces fonctions sont définies pour un ou plusieurs critères d’évaluation et de niveaux. Chacun de ces niveaux est assorti d’une flexibilité.

Classe F0 signifiant flexibilité nulle : niveau impératifClasse F1 signifiant flexibilité faible : niveau peu

négociableClasse F2 signifiant flexibilité bonne : niveau négociable.Classe F3 signifiant flexibilité forte : niveau très

négociable.

Les élèves doivent découvrir le milieu extérieur du produit et savoir lire le tableau de caractérisation des fonctions de services

Analyse fonctionnelle interne   :

La méthode FAST (Function Analysis System Technic) permet de décrire dans un enchaînement logique les fonctions de services et les fonctions techniques.Pour cette analyse, le diagramme FAST se limitera à la description de la FSP « Augmenter le champ de vision du conducteur » (Cf. Fig 3 et Fig 4). On retrouve un diagramme unique à chaque modèle de module de rotation car les solutions constructives sont différentes.

Les élèves doivent préciser les solutions technologiques à partir de maquettes virtuelles (vues éclatées). Cette lecture s’affranchit des difficultés de décodage liées aux représentations planes en projection.

FONC LIBELLE ET CONTRAINTE EVENTUELLE

CARACTERISTIQUES D’ENVIRONNEMENT

CRITERE D’EVALUATION NIVEAU FLEXIBILITE

C8Respecter : les normes de sécurité

La législation en vigueurLa propriété industrielle

NormesBrevets

Niveau de respect Sans limitation.F0

C1S’intégrer au design de la voiture. Formes.

Couleurs : en accord avec celle de la voiture.

Suivre la philosophie du style de la voiture.Encombrement.

Forme aérodynamique.

F2

FSP1

Augmenter le champ de vision du conducteur.

Conducteur : adulte H/F Orientation.

Linéarité

RéversibilitéDéformation du champ de visionFiabilité.Durabilité.

15° suivant deux directionsperpendiculaires.

à 1°

Orientation extérieure manuelleForme du miroir.

95 %2000 h 

F1

C7 S’adapter au calculateur. Tension :12 Volts en continue.Intensité : 1 Ampère maxi.

Energie Electrique F0

C6Se fixer à la voiture Carrosserie :

Porte conducteurPorte passager

MontageEffortsVibrations

Forme de la portièreCharge de 200 NFréquence de 10 Hz

F1

C3S’éclipser devant un obstacle Obstacle :

PiétonsVéhicules…

Mode de rabattement. Rotation : 90°F1

C2Résister aux facteurs d’ambiance Température d’utilisation

PluieChocsPoussière

Niveau de résistance De –20° C à 60° CEtanche aux projections d’eau (pluie, lavage)Impact de 20 JoulesCalibre 0.01

F1

C4Satisfaire un S.A.V. S.A.V.

Compétences : < ou = BEP mécaniqueMoyens

OutillageTemps de remplacement maxi.

Pas d’outillage spécifique30 minutes F2

C5 Respecter l’environnement. La nature Matériaux Non polluants, recyclables. F0

TABLEAU DE CARACTERISATION DES FONCTIONS DE SERVICES

Fig 3 : FAST (Modèle RENAULT)

Fig 4 : FAST (Modèle NISSAN)

TRAVAUX PRATIQUES MIS EN PLACE

Organisation

À chaque séance de TP, l’élève est en possession- de deux maquettes réelles- du texte des TPDurée des TP : 2 heures.

Présentation des maquettes

Les systèmes sont montés sur des supports alimentés en 12V continu, et deux interrupteurs (3 positions) permettent d’actionner les 2 moteurs.

Maquette RENAULT

Maquette NISSAN

TP 1 : Vérification du CdCF – Etude d’une liaison

Objectifs :

- Vérifier et valider un critère (linéarité) d’une fonction de service du CdCF (Cahier des Charges Fonctionnel).

- Comprendre le fonctionnement de la liaison hélicoïdale avec rotulage.

- Justifier la solution technologique adoptée pour la liaison hélicoïdale.

- Valider une dimension d’une pièce à l’aide d’un croquis.

Matériel à disposition des élèves :

- Deux maquettes réelles.

- Logiciel de calcul « MECAPLAN »- Pièces des systèmes

Travail demandé :

Le but de cette partie est de vérifier la linéarité du module de rotation NISSAN (Cf. Vue éclatée document du Module de rotation NISSAN). Voici l’extrait du cahier des charges fonctionnel concernant la Fonction de Service Principale :FSP1 : Augmenter le champ de vision du conducteur.

(Voir les données correspondantes dans le tableau précédent)

Que signifie le niveau de la linéarité donné dans l’extrait

du CdCF : à 1° ?

Donner les équations des fonctions (sachant qu’elles sont de la forme (x) = a.x+b). Tracer, sur la figure 5, les droites théoriques de linéarité définies dans le CdCF ainsi que les droites d’erreur tolérée (attention : la valeur de l’angle doit être en valeur absolue).

Etude sur MECAPLAN :

La modélisation du Module de rotation est donnée, elle ne représente qu’un système d’orientation du miroir autour d’un axe (la rotation autour de l’autre axe, étant identique, ne sera pas étudiée).Le mécanisme est représenté dans la position où le miroir est horizontal.On se propose de calculer les différentes positions du support miroir en fonction de la course de l’axe.

Lancer le module de calcul Relever les différentes valeurs et tracer la courbe de la simulation sur la figure 5.

Fig 5 : Etude de la linéarité

D’après les courbes précédemment tracées, la linéarité du mécanisme satisfait-elle au cahier des charges ?

Etude technologique :

Nous allons étudier la liaison hélicoïdale existante dans le système vis écrou représenté ci dessous.

La roue ne possède pas de filet. Quelle pièce joue le rôle de filet ?L’épingle simule le filet lorsqu’elle est insérée dans la roue. D’après le CdCF, l’utilisateur peut-il orienter le miroir manuellement ? Expliquer.Le critère d’évaluation du CdCF spécifie une réversibilité afin que l’utilisateur puisse orienter le miroir de l’extérieur, en cas de panne du module d’orientation par exemple. Le système vis – écrou est irréversible, justifier donc le rôle de l’épingle.L’épingle, étant élastique, peut se déformer et donc s’écarter lorsqu’un effort est exercé sur l’axe, donc le système vis – écroue devient réversible. De plus lorsque l’axe est en fin de course, l’épingle autorise toujours la rotation de la roue afin de préserver la pignonerie du système. Cette fois-ci, nous voulons vérifier le diamètre de l’alésage intérieur de la roue permettant de laisser passer l’axe sachant que le diamètre de celui-ci est de 5 mm (partie filetée comprise). Le logiciel MECAPLAN nous donne les courbes de l’angle de rotation de l’axe par rapport à la roue.

Course de l’axe positive

Course de l’axe négative

Déterminer d’après les courbes, extraites de MECAPLAN, la valeur de l’angle maximum de la rotation de l’axe par rapport à la roue.L’angle maxi est 5.29°. Vérifier le diamètre de l’alésage de la roue afin de vérifier s’il peut y avoir une quelconque interférence entre l’axe et la roue. Faire une construction graphique.

TP 2 : Etude des mouvements

Ce TP peut servir d’introduction à la cinématique car les élèves identifient les mouvements des supports miroir suivant différents repères de référence. De plus, ils découvrent la représentation schématique spatiale, c’est à dire sa nécessité et sa création.

Objectifs :

- Expliquer le fonctionnement du mécanisme à partir du schéma cinématique.

- Expliquer le fonctionnement du mécanisme à partir d’une manipulation et visualisation des mécanismes.

- Représenter une solution technologique à l’aide d’outils de représentation de symboles schématiques ou de schémas.

Axe

Roue

Epingle

Centre de rotation de l’axe

Représentation volumique du système vis – écrou