La technologie de mesure HBK optimise la suspension en triangle d'un véhicule

Au cours de la compétition internationale "Formula Student", des équipes de grandes écoles et d'universités s'affrontent dans diverses disciplines avec des véhicules conçus et fabriqués par leurs soins.

L'équipe " High Speed Karlsruhe " de la Faculté des Sciences Appliquées de Karlsruhe, en compétition, est continuellement à la recherche de nouvelles solutions permettant d'obtenir le meilleur chrono possible.

Challenge

Pour obtenir le meilleur chrono possible, réduire au maximum le poids du véhicule High Speed Karlsruhe est indispensable. Ce résultat peut être obtenu en réduisant les charges utiles, notamment le poids des triangles de suspension 

Solution

L'idée est de concevoir des suspensions Wishbone entièrement fabriquées en plastique renforcé de fibres de carbone. Ainsi, des simulations ont été réalisées pour analyser les incidences sur la suspension en triangle, lesquelles devant être validées par des essais physiques de traction et de compression. 

Résultat

Les jauges d'extensométrie HBK sont collées à la surface afin de déterminer la corrélation entre forces réelles exercées et les résultats obtenus par simulation. De plus, ces résultats constituent une base pour d'autres essais de véhicules et pour la conception de futurs suspensions en triangle.

L'idée: Une suspension en triangle en plastique renforcé de fibre de carbone

Pour réduire le poids du véhicule, il est nécessaire de diminuer en priorité les charges utiles réparties entre les pneus et l'ensemble ressort/amortisseur. Cela inclut également les suspension en triangles, reliant la fusée d'essieu au châssis. Pour diminuer leur poids, les suspension en triangle ont entièrement été fabriquées en plastique renforcé de fibres de carbone.. Les nouvelles suspensions en triangle, offrent de nombreux avantages :

  • Diminution du poids
  • Maîtrise grâce à une fabrication interne
  • Une plus grande stabilité

Afin de tirer profit de ces avantages, il est nécessaire de procéder à une analyse détaillée du comportement des suspensions en triangle, pour lesquelles des simulations sont effectuées au préalable. A des fins de vérification, des essais doivent être effectués grâce à des jauges d'extensométrie collées pour établir la corrélation entre les forces réelles et les résultats de la simulation.

Préparation de la mesure : Installation simplifiée des jauges d'extensométrie grâce au kit de démarrage HBK

Pour les tests de traction sur un banc d'essai, les bras de contrôle du véhicule doivent être installés. Pour obtenir un relevé optimal des mesures de contraintes, des jauges d'extensométrie doivent être positionnées en fonction de la direction des forces appliquées le long des suspensions Wishbones. Pour réaliser cette opération, il convient d'utiliser le kit de démarrage HBK, incluant tout le matériel nécessaire à l'installation.

Pour un montage correct des jauges d'extensométrie, la surface doit préalablement être nettoyée avec un agent de nettoyage pur (par exemple RMS1), livré dans le kit de démarrage. Le nettoyage est facile grâce aux tampons non tissés également fournis. Ensuite, cette surface subit plusieurs ponçages au papier de verre afin de la rendre rugueuse, puis à nouveau nettoyée au RMS1 inclus. La jauge d'extensométrie est fixée au triangle grâce à l'adhésif Z70 à durcissement rapide et au film de protection en fluoropolymère. 

Le kit de démarrage est idéal pour les premières expériences dans l'utilisation des jauges d'extensométrie. De plus, le manuel joint contient des informations très utiles sur les jauges d'extensométrie et les circuits de mesure, et se complète parfaitement par des tutoriels vidéo disponibles sur le site internet HBM.

Configuration de la mesure et réalisation des mesurages

Les essais de traction et de compression sont effectués au sein des laboratoires de la Faculté des sciences appliquées de Karlsruhe afin de tester la fixation des jauges de contrainte au tube en plastique renforcé de fibres de carbone et d'évaluer si les futurs essais se révéleraient concluants sur le véhicule en mouvement. 

Dans ce but, des bras de contrôle sont fixées à la machine de test. Cette opération est réalisée grâce à un dispositif de serrage spécialement conçu et fabriqué, qui permet de fixer le bras de commande de manière optimale. 

La tension en sortie des amplificateurs analogiques HBK est mesurée grâce à un multimètre, puis comparée aux résultats obtenus par la machine d'essai de traction. 

Étant donné qu'une seule des deux entretoises est utilisée pour la mesure en simultanée, la seconde jauge d'extensométrie est utilisée pour une compensation thermique via un circuit en quart de pont. Le réglage des valeurs des jauges de contrainte, indiquées sur les fiches techniques correspondantes, est enregistré dans l'amplificateur de mesure et réglé par le biais d'un potentiomètre rotatif intégré.

Les résultats des mesures et leur interprétation

La mesure est effectuée selon le principe de la linéarisation qui permet à la machine d'essai d'appliquer différentes forces et de relever les contraintes appliquées sur ces points. Ainsi il est possible de déterminer si la courbe de contrainte des jauges d'extensométrie est identique, dans le cas présent, au tracteur.

Un essai de traction a été réalisé, consistant à appliquer une tension à partir du point de relâchement par paliers de 5 kN jusqu'à 20 kN Ce test a été privilégié car, lors des précédents essais, au delà des 25kN, les bras de contrôle ont été endommagés.

Données mesurées lors des essais de traction

Lors des essais de compression, la charge est extraite d'une position sans contrainte jusqu'à 7,5 kN par paliers de 2,5 kN Là encore, on observe une progression relativement linéaire.

Données mesurées lors des essais de compression

Au cours d'un test de traction ultérieur, le support du bras de contrôle a été endommagé.. Néanmoins, le comportement linéaire de la courbe de contrainte est clairement visible.

Données mesurées sur le système de traction lors du test de rupture

 

En résumé, les résultats obtenus lors des essais constituent une base pour la réalisation de futurs essais sur les véhicules et ont également été pris en compte pour la conception de nouvelles suspensions en triangles..


À propos de High Speed Karlsruhe

Depuis maintenant 10 ans, le projet "High Speed Karlsruhe " de la Faculté des Sciences Appliquées de Karlsruhe prend part au concours Formula Student avec des véhicules développés et construits tout spécialement. 

Le Formula Student propose aux étudiants en technologie et en économie de traduire leurs connaissances théoriques en une expérience concrète. L'objectif est d’offrir aux équipes d’étudiants, sur une période de 1 ans, l’opportunité de développer, de construire et de produire de manière totalement autonome un véhicule de course. Aujourd'hui, 44 étudiants issus de cursus divers et anciens élèves de la Faculté des sciences appliquées de Karlsruhe travaillent ensemble à la conception et à la création de véhicules..


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