Jambe de force optimisée à l’aide de la technologie de mesure de HBK

La compétition Formula Student voit s’affronter des universités du monde entier, dont l’équipe FaSTDa (Formula Student Team of Darmstadt University of Applied Sciences). Le but est de voir qui pourra réaliser la meilleure voiture de course au niveau de la construction, de la performance et du coût.

Les équipes se défient dans les catégories suivantes : moteur à combustion, transmission électrique et véhicule à conduite autonome. Intérêt pour les étudiants : Se forger une expérience de terrain de la conception, de la fabrication et du financement d’un véhicule, qui va bien au-delà des études académiques.

Défi

En vue de remporter la compétition estudiantine, la FaSTDa a dû optimiser le poids et la capacité de charge de la jambe de force.

Solution

Pour déterminer la force réelle normale appliquée à la jambe de force et la capacité de charge de flexion max. sur la base de la géométrie du châssis, les étudiants ont élaboré une installation de mesure comprenant des jauges de contrainte, un système d’acquisition de données et un logiciel de HBK.

Résultat

Les résultats obtenus à l’aide de la technologie de mesure éprouvée et de précision de HBK doivent servir de base aux futures mesures de conception « poids plume » de la jambe de force.

Application

Dans le cadre de cette compétition, les étudiants de Darmstadt se sont attachés à optimiser le poids et la capacité de charge d’un élément précis du châssis : la jambe de force.

La jambe de force aligne et stabilise la roue d’un véhicule : elle est directement reliée au châssis et à la roue. Chaque jambe de force se compose de deux pièces rondes attachées au châssis, de deux bras et de ce que l’on appelle le « A », avec un joint à rotule embouti pour compléter l’ensemble.

La première chose à faire a été de définir la force réelle normale appliquée à la jambe de force, ainsi que la capacité de charge de flexion max., sur base de la géométrie du châssis. Pour ce faire, les étudiants ont élaboré une installation de mesure comprenant des jauges de contrainte (JC), un système d’acquisition de données et un logiciel de visualisation et d’analyse des données tous produits par HBK.

Ensuite, le système de mesure, qui avait été adapté à l'application prévue, a été installé dans le véhicule afin de recueillir et d’analyser les données dans différentes conditions de fonctionnement. L’équipe s’est ensuite fondée sur les données obtenues pour décider de modifier certains éléments de conception de la jambe de force.

Configuration de mesure

Il a été déterminé que le bras de la jambe de force était le point le plus faible, où la contrainte serait la plus mesurable. Toute déformation, soit la tension ou la compression d’un composant, entraîne dans la jauge de contrainte une variation de résistance qui est mesurable sous la forme d’un changement de contrainte.

Dans ce scénario, les étudiants ont fixé :

  • Deux jauges de contrainte inclinées à 90° sur la jambe de force pour pouvoir mesurer l’effort de tension/compression.
  • Deux jauges de contrainte  sur les côtés opposés de la jambe de force pour pouvoir mesurer l’effort de flexion.

Conformément aux mesures requises et vu les conditions ambiantes normales, des jauges de contrainte linéaires ordinaires autocompensatrices et raccordées en demi-pont ont été utilisées.

Elles ont ensuite été raccordées et calibrées en fonction des forces normales attendues. Pendant le calibrage, des valeurs de force concrètes découlant de la contrainte ont été assignées aux changements de tension.

 

 

 

Fig. 2 : Jauges de contrainte linéaires à circuit en demi-pont pour mesurer la contrainte de tension/compression (à dr.) et de flexion (à g.)

Mesures

Une fois les jambes de force équipées des jauges de contrainte remontées dans le véhicule, le temps était venu de relever des mesures dans des conditions les plus réalistes possibles en vue d’obtenir des résultats plausibles et exploitables. Les étudiants ont réalisé ces séries de mesures dans des conditions idéales, par beau temps, sur une piste de karting semblable à un circuit de course en termes d’asphalte et de tracé.

Ils ont établi trois scénarios différents qui soumettraient les jambes de force triangulaires à une contrainte maximale :

  1. Effectuer plusieurs tours du circuit
  2. Démarrer/s’arrêter avec des accélérations et des retards maximum
  3. Prendre des virages tout en freinant

Pour l’acquisition et l’analyse des données relevées, la Formula Team de l’Université des Sciences appliquées de Darmstadt a utilisé des éléments du système éprouvé d'acquisition de données QuantumX de HBK et le logiciel d’acquisition de données catman.

Les amplificateurs de jauge de contrainte de cette gamme sont particulièrement indiqués pour l’acquisition de données de mesure fiables et précises par des jauges de contrainte tant en pont complet qu’en demi-pont et en quart de pont, et sont à privilégier en cas de mesure de forces et de contraintes où les variations de température ambiante ont une incidence. Lorsqu’ils sont couplés à l’enregistreur de données QuantumX et au logiciel préinstallé catman, on obtient un système d’acquisition de données fiable et de haute précision, convenant aux applications mobiles et facile d’emploi à tous les stades : configuration, visualisation, automation, évaluation, gestion des données et rapport.

Conclusion

L’analyse des mesures des forces de tension/compression et de flexion recueillies alors que le véhicule roulait a conclu que les valeurs des forces normales étaient plausibles, ce qui signifie que l’on peut présumer qu’elles existent effectivement sous cette forme. La mesure de la contrainte de flexion a révélé que la jambe de force n’était soumise qu’à une charge de flexion minime.

Ces résultats obtenus à l’aide de la technologie de mesure éprouvée et de précision de HBK pourront à présent servir de base aux futures mesures de conception « poids plume » de la jambe de force.

À propos de FaSTDa Racing

FaSTDa Racing a été créé en 2007 par un petit groupe d’étudiants motivés de l’Université des Sciences appliquées de Darmstadt. En 2020, cette équipe comprenait 50 personnes provenant de toute une série de sections techniques et commerciales. Les aptitudes des uns et des autres se complètent en un engrenage qui fonctionne harmonieusement et efficacement. C’est ainsi que l’équipe est parvenue à construire une voiture de course haute performance en 8 mois. Chaque année, FaSTDa Racing recrute de nouveaux membres et se prépare aux compétitions estudiantines automobiles internationales Formula Student.


Des défis passionnants vous attendent !

HBM offre de nombreuses opportunités aux étudiants, dont des stages ou des activités de formation d’étudiants. Découvrir les différentes offres d’emploi et de stage.

Consultez nos pages Emploi pour obtenir des conseils utiles pour votre candidature.

En savoir plus