Fonctionnement de l'automobile

Cette page décrit le fonctionnement général d'une automobile en 2008, mais aussi des différents organes et éléments constitutifs de celle-ci.



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  • Deux véhicules équipés de cette technologie sont d'ailleurs présenté au Salon de l'Auto de Paris.... avait présenté il ya quelques jours le fonctionnement de cette roue.... de révolutionner l'automobile en plaçant le moteur dans la roue.... Effectivement cette roue - moteur n'est pas nouvelle dans la mesure où elle existait... (source : cyberbougnat)

Cette page décrit le fonctionnement général d'une automobile en 2008, mais aussi des différents organes et éléments constitutifs de celle-ci.

Une automobile est constituée des éléments suivants :

Moteur...

La fonction du moteur est de produire une force capable de mettre en mouvement le véhicule. Voir : Les articles de fond sur les moteurs.

... thermique

  • Le moteur à combustion interne (appelé aussi à tort en langage familier «moteur à explosion») consomme un carburant qui est mélangé avec de l'air et rejette des gaz résidus de la combustion. Son rendement quoiqu'allant en se perfectionnant est toujours bien faible - de l'ordre de 15 à 20 %.
  • Il produit aussi énormément de chaleur, qui est évacuée dans l'air extérieur au travers d'échangeur de chaleurs air/eau, air/huile nommés radiateurs.
  • Un pot d'échappement est utilisé pour diminuer le niveau sonore du moteur mais aussi les émissions polluantes (gaz et particules) à un niveau conforme aux normes en vigueur.
  • Le carburant liquide est amené du réservoir dans le moteur par une pompe électrique au travers d'une canalisation et d'un filtre. Lorsque le carburant est du gaz, ce dernier arrive au moteur à travers un détendeur.
  • Le moteur entraîne, entre autres accessoires, un alternateur chargé de la production d'électricité basse tension. Cette électricité alimente l'ensemble des accessoires électriques du véhicule et , recharge en parallèle une batterie, qui elle apporte l'énergie électrique lors de l'arrêt du moteur et pour le démarrage de ce dernier.
  • Il génère un mouvement circulaire ou couple sur son arbre de sortie.

... électrique

Le ou les moteurs électriques puisent leur énergie dans une batterie d'accumulateurs spéciale traction.

  • Pendant les phases d'accélération les moteurs transforment l'énergie électrique en travail alors que pendant les freinages ils transforment la force d'inertie du véhicule en énergie électrique rechargeant la batterie. Un dispositif de régulation bi-directionnel gère les échanges entre les moteurs, générateurs et la batterie.
  • Des variantes en cours de développement utilisent un dispositif de pile à combustible pour apporter l'énergie électrique.

Ces montages permettent habituellement un fonctionnement silencieux, moins polluant et particulièrement souple pour remplacer à terme les moteurs à explosions.

... mixte ou hybride

Icône de détail Article détaillé : Véhicule hybride.

Les motorisations hybrides combinent les avantages des moteurs thermiques et ceux des moteurs électriques.

  • Les deux types de moteurs sont montés sur le véhicule, un dispositif informatique embarqué allié à une électronique de puissance gère la complémentarité des moteurs, mais aussi les ressources disponibles suivant les demandes et des contraintes.
  • Ce type de motorisation tout en étant plus complexe à concevoir ainsi qu'à fabriquer est spécifiquement écologique (en théorie) comparé aux dispositifs classique thermique ou électrique. Il permet surtout un rejet de CO nettement inférieur à celui d'un moteur thermique seul.
  • L'avantage le plus évident est la non pollution par les gaz d'échappement des lieux où ces rejets sont les moins désirables, les villes, puisque le moteur thermique ne fonctionne qu'à partir d'une certaine vitesse, à moins évidemment que les batteries ne soient déchargées.

Boîte de vitesses

La boîte de vitesses est l'organe qui sert à modifier la vitesse d'une voiture même si la vitesse de rotation du moteur est constante et en particulier, dans le cas du moteur à explosion, d'adapter le couple moteur disponible aux besoins.

Une boîte de vitesses est un montage de pignons mobiles et fixes sur des axes, enfermés dans un carter étanche et lubrifié par barbotage, ou sous pression. Ce dispositif sert à modifier le rapport de démultiplication indispensable entre les roues et le moteur, les moteurs à explosion n'ayant pas un couple suffisant disponible à l'ensemble des régimes de rotation.

Une boite de vitesses est normalement accouplée au moteur avec un embrayage, ce dernier permet d'isoler la transmission du moteur.

Le rapport de démultiplication sert à désigner la relation entre la vitesse de rotation du moteur et celle des roues motrices
Cette boîte de vitesse peut être manuelle, robotisée, automatique ou à variation continue :

  • La boîte de vitesses manuelle comporte fréquemment cinq ou six rapports en marche avant, (la mode est à sept), plus une marche arrière.
  • Certains véhicules tout-terrain disposent d'une boîte de vitesses supplémentaire (boite de transfert), offrant une gamme de rapports plus courts destinée aux évolutions en tout-terrain. Ce type de boîte impose une rupture de la traction au changement en rapports courts et longs.
  • Une boîte robotisée est une boîte manuelle actionnée par des moteurs ou actuateurs : hydrauliques ou électrotechniques. Les changements de rapport sont commandés par le conducteur ou gérés par un automate électronique.
  • Une boîte automatique offre un confort supplémentaire, elle n'impose pas d'interruption de la traction pour changer de rapport. La gestion est confiée à un automate électronique au service de l'hydraulique.
    • Un convertisseur de couple hydraulique positionné entre le moteur à la boîte, augmente le couple disponible à bas régime et filtre les à-coups.
    • Le convertisseur, mais aussi la boîte automatique, entraîne une légère surconsommation pour un confort de conduite non négligeable.
Boîte à variation continue
  • Une boîte à variation continue (CVT) est constituée d'une courroie reliant deux poulies : une côté moteur, une côté différentiel, dont les diamètres fluctuent automatiquement adaptant le couple apporté par le moteur à la demande.
    • Elle offre une illimitété de rapports sans à-coups, ni rupture de la propulsion et une adaptation constante entre le régime de rotation du moteur et sa charge instantanée.
    • Malgré un rendement mécanique toujours un peu inférieur (mais en progression) à celui d'une boîte à pignons, la consommation moyenne de carburant en usage routier s'approche de celle d'une boîte mécanique avec un confort de conduite inidentique.

Pont, différentiel et cardan

Schéma d'un différentiel

Un pont (fréquemment dans le même boîtier que la boîte de vitesses sur les tractions avant) sert à transmettre le mouvement aux deux roues d'un même essieu. Le pont est relié aux roues par deux arbres ou demi transmissions pourvues de cardans.

Un différentiel est intégré au pont, il permet la différence de vitesse de rotation entre la roue gauche et droite dans les courbes. Sans ce système, il serait particulièrement complexe de prendre un virage sans rouler au pas. Sur les véhicules destinés au tout terrain un dispositif de blocage du ou des différentiels autorise la traction dans des conditions d'adhérence nulle d'une ou de plusieurs roues.

Traction

Sur une traction, le couple du moteur est transmis aux roues avant.

Propulsion

Sur une propulsion, ce sont les roues arrières qui reçoivent le couple moteur. Si le moteur n'est pas localisé à l'arrière, le mouvement est transmis grâce à un arbre de transmission. Le pont est situé entre les roues arrières.

4x4

Sur un véhicule à transmission intégrale les deux dispositifs cœxistent, afin d'offrir le maximum de motricité en particulier en tout terrain. Sur certaines implémentations, l'arbre reliant les essieux avant et arrière est pourvu d'un différentiel servant à répartir dynamiquement le couple entre ces essieux.

Ralentissement

Il existe trois manières de ralentir une automobile :

  1. Utilisation du frein moteur, technique consistant à utiliser le moteur pour freiner le véhicule, n'étant plus alimenté en carburant ce dernier offre une résistance certaine, en changeant de rapport sur la boîte de vitesses, ont met le moteur à un régime qui offre plus de résistance.
  2. Un appui sur la pédale de frein déclenche le fonctionnement des freins, qui transforment en chaleur l'énergie cinétique accumulé par le véhicule.
  3. Un véhicule peut être immobilisé à l'aide du frein à main. Un levier ou une pédale actionne par un mécanisme spécifique (un câble) les freins avant ou plus fréquemment arrière bloquant ces dernières.

Les freins principaux sont la majorité du temps à commande hydraulique, mais commencent à apparaître les commandes électriques (encore particulièrement rares à ce jour).

Émetteur de freinage et réservoir de liquide de frein

Fonctionnement des freins hydrauliques
  • La pédale de frein actionne un amplificateur, lequel pousse des pistons coaxiaux dans un cylindre alimenté en huile spéciale grâce un réservoir localisé au dessus.
  • L'huile sous pression sort du cylindre dans deux circuits croisés ; l'un commande la roue avant gauche et la roue arrière droite, l'autre commande la roue avant droite et la roue arrière gauche. Ce dispositif sert à préserver un minimum de freinage équilibré en cas de défaillance d'un des deux circuits.
  • Les récepteurs (sorte de vérin) montés sur les roues reçoivent la pression hydraulique, ils poussent des pièces solidaire du véhicule contre une pièce fixée à la roue.
  • Les partie fixes nommées garnitures ou plaquettes sont en matériau spécial s'usant progressivement, résistant à l'élévation de température et assurant un excellent contact mécanique.
  • Les parties mobiles fixées sur les roues sont en acier renforcé, car elles doivent dissiper toute l'énergie thermique résultant de la perte d'énergie cinétique du véhicule.
Frein à disque sport
    • Dans le cas du frein à disque, des plaquettes sont serrées sur les deux faces d'un disque par un ou plusieurs pistons hydrauliques. Le disque est auto-ventilé sur les véhicules sollicitant durement les freins.
    • Dans le frein à tambour, les garnitures sont forcées contre la face intérieure d'un cylindre ou tambour par un piston hydraulique.

Améliorations
  • Le dispositif ABS (AntilockBrakesystem) supprime les blocages de roue lors de freinages violents et en condition de faible adhérence. Il relâche la pression dans le circuit de freinage d'une roue, dès la détection d'une vitesse de rotation plus faible que celle des autres roues. Ce système permet au conducteur de garder le contrôle directionnel de son véhicule, le freinage étant alors un peu atténué.
  • Le dispositif Aide au freinage d'urgence (AFU) sert à freiner à la puissance maximale dès les premiers instants d'un freinage d'urgence, détecté selon la vitesse d'enfoncement de la pédale de frein. Il est obligatoirement associé à un ABS.
  • Le dispositif ESP sert à corriger énormément la trajectoire en ayant une action combinée sur le dispositif de freinage et sur le contrôle de la puissance du moteur.

Contact avec le sol

Les roues sont au nombre de quatre, plus une roue de secours non montée. Cette dernière est quelquefois remplacée par un kit anti-crevaison ou, par une roue pourvues d'un pneu réduit, (galette servant à rouler à vitesse modérée jusqu'au prochain garage), pour des motifs d'encombrement.

  • Chaque roue est constituée de l'assemblage d'un pneumatique monté sur une jante. Cet ensemble forme un espace étanche, qui est gonflé, (emplit sous pression) d'air, quelquefois d'azote (pour une moindre déperdition).
  • Les pneus jouent un rôle particulièrement important, car ils assurent à eux seuls le contact entre le sol et le véhicule, quelles que soient les circonstances. Pour cette raison, il est important de maintenir les pneumatiques en bon état, avec une pression de gonflage adapté. Il est conseillé de vérifier la pression de la totalité des roues, roue de secours comprise, à peu près l'ensemble des mois; le gonflage à l'azote permet d'allonger la périodicité de la vérification, mais ne la supprime en aucun cas.

Suspensions

Un dispositif de bras, associés à un ou plusieurs ressorts couplé à un amortisseur hydraulique, forme une liaison élastique entre chaque roue et le châssis du véhicule.
Ce montage mécanique est de conception particulièrement variable suivant les modèles et des constructeurs. Certains utilisent des dispositifs hydro-pneumatiques complexes et assistés électroniquement. Mais le coût d'une telle suspension est tel qu'elle est réservée aux véhicules haut de gamme.

Il existe deux principaux types de suspensions :

  • Indépendantes : chaque roue peut effectuer des mouvements sans influer l'autre roue du même essieu. C'est le type de suspension le plus utilisé pour les véhicules spécifiques. Elle offre une bonne tenue de route et un bon confort.
  • Rigides : Les roues d'un même essieux sont liées de manière rigide, les mouvements de l'une influent l'autre. Ce type de suspensions est utilisé pour les poids lourds car il sert à supporter de lourdes charges. Les essieux rigides sont aussi utilisés sur les véhicules tout terrain pour leur robustesse.
    • La cabine de conduite, des véhicules poids lourds récents, est elle-même suspendue comparé au châssis pour un meilleur confort des occupants de la dite cabine.

Direction

Le dispositif qui sert à diriger une automobile se compose de plusieurs parties :

Schéma d'une direction à crémaillère
  • Le système de commande, qui est le plus souvent un volant circulaire, permet aux mains du conducteur d'appliquer un couple sur le dispositif de direction. Le volant, localisé face au conducteur, est généralement réglable pour s'adapter au mieux à la morphologie ainsi qu'aux habitudes des conducteurs.
  • Lorsque la voiture va en ligne droite les roues avant sont sur un même axe parallèle à celui des roues arrière mais lors d'un virage les roues avant ne sont plus parallèles car leurs axes et celui des roues arrière doivent être concourants.
  • La transmission du mouvement imprimé par le conducteur se fait sur la colonne de direction fixée au centre du volant de commande ; elle transmet le couple aux biellettes de direction (agissant directement sur les roues) par l'intermédiaire d'un boîtier de direction.
  • Le boîtier est soit un dispositif pignon s'engrenant sur une crémaillère, soit un dispositif à vis avec circulation de billes.
  • L'assistance de la direction permet au conducteur de ne pas à avoir à apporter d'effort important sur le volant. Elle est le plus souvent autoadaptive en augmentant plus ou moins les forces imprimées au volant aux efforts nécessaires pour diriger le véhicule. Ces effort sont naturellement variables et vice versa proportionnels à la vitesse du véhicule.
    • L'assistance est habituellement hydraulique. Elle est le plus souvent asservie à la vitesse, afin d'accroître la stabilité à haute vitesse, sans pénaliser la maniabilité à basse vitesse.
    • Elle peut désormais être électrique. L'assistance par moteur électrique est plus économique, vue qu'elle est inactive en ligne droite, tandis qu'un dispositif hydraulique doit toujours être sous pression.

Pédales

Pédalier boite manuelle

De droite à gauche :

  1. la pédale d'accélérateur sert à réguler la puissance demandée au moteur ;
  2. la pédale de frein transmet au dispositif de freinage une force proportionnelle à la pression exercée sur cette pédale ;
  3. la pédale d'embrayage, (présente seulement sur les véhicules à boîte manuelle), permet le changement de rapport dans la boîte de vitesses en désaccouplant cette dernière du moteur, induisant une rupture de la traction.

Commande électrique

Le conducteur dispose de diverses commandes regroupées autour du volant, lui servant à ne pas quitter des yeux la route et des mains le volant.

La disposition de ces commandes n'est pas standardisée, mais les constructeurs français ont adoptés la même disposition à peu de chose près :

  • A gauche :
    • On trouve un levier à plusieurs positions pour piloter l'éclairage et la signalisation extérieure (la mise en route de l'éclairage se trouve quelquefois commandée par un bouton à bascule sur le tableau de bord).
  • A droite :
    • Un levier permet la commande des essuie-glaces avant et arrière.
    • Fréquemment, en retrait, un boîtier à commandes multiples sert à piloter l'autoradio.
  • L'avertisseur sonore s'actionne en appuyant en bout d'un des leviers ou sur le centre du volant (selon le modèle du véhicule).

Afficheurs

Compteur de vitesse, compte-tour, etc..

Sous une casquette intégrée au tableau de bord (protégeant le pare-brise des réflexions lumineuses), le plus souvent en face du conducteur et , quelquefois au centre du tableau de bord, mais tourné vers le conducteur

  • Un indicateur de vitesse du véhicule, obligatoire, comporte un compteur ou odomètre, non réinitialisable, totalisant des kilomètres parcourus par le véhicule, ainsi qu'un compteur avec remise à zéro pour un usage journalier.
Jauge de carburant
  • Un indicateur de niveau de carburant.
  • Des témoins lumineux sont disposés, sous la même casquette, rappelant au conducteur certains évènements : allumage des veilleuses, codes, phares, clignotants et éclairage et signalisation annexe.
  • Des voyants d'alerte : défaut de pression d'huile, température excessive d'eau, défaut de charge de la batterie et , indicateur de fonctionnement de divers accessoires, sont regroupés dans le même espace.
  • Un compte-tours indiquant le nombre de rotations du moteur par minute est fréquemment présent. Il comporte une zone délimitée en rouge indiquant la vitesse de rotation du moteur à ne pas dépasser.
  • Une pendule sert à remplir efficacement un vide dans l'espace du tableau de bord.
  • Différents indicateurs : température d'huile, température d'eau, température d'air, pression d'huile, pression de turbo, voltmètre, ampèremètre peuvent être ajoutés.

Protection des passagers en cas de choc

Zones de déformation et cellule de survie

Zone de déformation avant

Les véhicules modernes sont conçus de façon qu'un choc soit amorti par la déformation des zones périphériques (capot moteur, coffre, flancs), pour préserver l'intégrité de l'habitacle qui lui bénéficie d'une structure renforcée.

Au niveau de la structure, des pièces sont dimensionnées pour se déformer. En cas de choc frontal, les efforts vont passer par les longerons d'une part, les côtés de caisse et le plancher. Pour un choc latéral, les voies d'effort sont le pied milieu, le plancher et le pavillon. Dans l'ensemble des cas, on essaie de faire passer le choc par les "trois voies d'efforts".

Coussin de sécurité

des coussins de sécurité latétraux.
coussin dans le volant.

Le coussin gonflable de sécurité se déclenche à partir d'un certain taux de décélération et d'une certaine vitesse d'origine, pour limiter le choc subi par les occupants du véhicule, en le répartissant sur une plus grande période de temps (la puissance du choc étant fonction de la différence de vitesse et du temps indispensable pour changer de vitesse). Il peut sauver la vie jusqu'à à peu près 50 km/h au moment de l'impact sur un obstacle fixe.



Ceinture de sécurité

Ceinture de sécurité

La ceinture de sécurité sert à maintenir l'occupant d'un véhicule en mouvement sur son siège lors d'un choc. Elle évite son éjection hors du véhicule ou sa projection contre un partie de l'habitacle (tableau de bord, pare-brise, etc. ). Équipée d'un prétensionneur et d'un limiteur d'effort, elle permet comme les coussins gonflables de sécurité de minimiser la puissance du choc, en transférant l'énergie du choc dans les attaches de la ceinture.

Éclairage et signalisation extérieure

  1. Veilleuses ou feux de position aux quatre coins du véhicule, (en Europe : avant : blanc / arrière : rouge)
  2. Feux de croisement et des feux de route (blanc)
  3. Feux stop, situé à l'arrière, allumés lors d'un appui sur la pédale de frein. (rouge)
  4. Feu (x) de recul , situé (s) à l'arrière, allumé (s) lors du passage de la marche arrière. (blanc)
  5. Feux clignotants situé aux quatre coin du véhicule servent à indiquer les changements de direction du véhicule aux autres usagers de la route. (orange)
  6. Feux de détresse servent à signaler un danger, (véhicule arrêté anormalement ou circulant à vitesse anormale). Feux clignotant des deux côtés en même temps. (orange)
  7. Indicateur de gabarit , allumés en permanence, ils rendent plus visible le véhicule dans de nombreux environnements. (orange)
  8. Feux de brouillard avant servent à perfectionner la visibilité du conducteur par temps de brouillard. (blanc)
  9. Feu (x) de brouillard arrière perfectionne (nt) par temps de brouillard la signalisation du véhicule pour les autres usagers arrivant par l'arrière. (rouge)

Avertisseur sonore

Les véhicules automobiles sont obligatoirement pourvus d'un avertisseur sonore, permettant au conducteur de prévenir d'un danger les personnes extérieures au véhicule.
Il est d'un usage réglementé, en particulier en agglomération.

Rétroviseurs

Les rétroviseurs sont des accessoires indispensables à la conduite d'une automobile. Ils sont constitués d'un miroir orientable permettant au conducteur de voir derrière lui sans se retourner.

Rétroviseur intérieur

Généralement positionné en haut du pare-brise et en position médiane face au conducteur, il permet au conducteur de visualiser ce qui se passe derrière son véhicule. Ce rétroviseur comporte deux positions : une pour le jour et , une pour la nuit, là un second miroir positionné derrière un miroir sans tain sert à limiter l'éblouissement par les véhicules poursuivants.

Rétroviseurs extérieurs

Les rétroviseurs extérieurs entraînent une surconsommation d'environ 3 % à cause des turbulences aérodynamiques qu'ils génèrent. Leur remplacement par un couple caméra-écran n'est pas autorisé par les normes techniques actuelles.

Essuie-glace

Les essuie-glaces (appelés aussi essuie-vitres) sont des raclettes en caoutchouc, montées sur des bras actionnées par un moteur électrique commandé depuis l'habitacle, les bras plaquent les balais avec certaine pression sur le pare-brise.

Ils sont en nombre variable, suivant la taille du pare-brise et la conception de leurs bras. Ils permettent de nettoyer le pare-brise avant, mais aussi la vitre arrière, sans sortir du véhicule.
Ils sont obligatoirement associés à un dispositif de lave glace : Une pompe électrique puise de l'eau additionné ou non d'un détergent dans un réservoir, le liquide sous pression est acheminé par un tube à des gicleurs qui le projette sur la surface à nettoyer.

Confort automobile

Les principaux éléments de confort sont :

Voir aussi

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 10/04/2009.
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