Fonctionnement de l'automobile
Cette page décrit le fonctionnement général d'une automobile, en 2005, ainsi que des différents éléments constitutifs de celle-ci.
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2.2 Boîte de vitesses |
Constitution
- Châssis et carrosserie constituent un habitacle muni de sièges.
- Moteur à combustion interne ou électrique
- Roues supportant le châssis par l'intermédiaire des suspensions
- Suspensions : liaisons élastiques entre le châssis et les roues
- Organes de transmission du mouvement moteur aux roues
- Instruments de commande (volant, pédales, compteurs, régulateur de vitesse...)
- Réservoir d'énergie : réservoir de carburant ou batteries.
- Systèmes de freinage ou frein.
- Éléments de confort et de sécurité.
Fonctionnement
Moteur
Son but est de produire le mouvement du véhicule, il génère un mouvement circulaire (couple) sur son arbre de sortie.
À combustion
- Le moteur à combustion interne (appelé aussi en langage courant « moteur à explosion ») consomme un carburant qui est mélangé avec de l'air et rejette des gaz résidus de la combustion. Son rendement bien qu'allant en s'améliorant est toujours bien faible - de l'ordre de 40 %.
- Il produit aussi beaucoup de chaleur, qui est évacuée dans l'air extérieur au travers d'échangeurs air/eau, air/huile appelés radiateurs.
- Un pot d'échappement est utilisé pour diminuer considérablement le niveau sonore du moteur ainsi que les émissions polluantes (gaz et particules).
- Le carburant liquide est amené du réservoir dans le moteur par une pompe électrique au travers d'un filtre. Quand le carburant est du gaz, celui-ci arrive au moteur à travers un détendeur.
- Le moteur entraîne un alternateur qui génère de l'électricité basse tension alimentant tous les accessoires électriques du véhicule et permet en outre de recharger la batterie qui fournit l'énergie électrique lors de l'arrêt du moteur.
Électrique
Le moteur électrique puise son énergie dans un système de batteries d'accumulateurs spéciaux pour la traction pendant les phases d'accélérations et régénère les mêmes batteries au cours des freinages. Un système de régulation bi-directionnel connecte le moteur aux batteries.
Mixte ou Hybride
Combine les avantages des moteurs à combustion interne et ceux des moteurs électriques. Les deux types de moteur sont montés sur le véhicule, un système informatique et électronique gère la complémentarité des moteurs ainsi que les ressources disponibles en fonction des demandes et des contraintes.
Voir aussi : véhicule hybride
Boîte de vitesses
La boîte de vitesses est un montage de pignons mobiles et fixes sur des axes, enfermés dans un carter étanche et lubrifié par barbotage. Ce système permet de modifier la démultiplication nécessaire entre le moteur et les roues.
Elle peut être manuelle, robotisée, automatique ou à variation continue.
- La boîte de vitesses manuelle comporte souvent cinq rapports en marche avant (de plus en plus souvent six ou même sept) et un rapport en marche arrière. Certains véhicules tout-terrain ont une boîte à deux vitesses en plus pour donner une gamme de rapports plus courts destinés aux évolutions en tout-terrain. Ce type de boîte impose une rupture de la traction au changement de rapport.
- Une boîte robotisée est une boîte manuelle actionnée par des moteurs hydrauliques ou électriques. Les changements de rapport sont commandés par le conducteur ou totalement automatisés.
- Une boîte automatique n'impose pas d'interruption de la traction pour changer de rapport. La gestion est confiée à un boîtier électronique au service de l'hydraulique. Un convertisseur de couple hydraulique liant le moteur à la boîte augmente le couple disponible à bas régime et filtre les à-coups. Le convertisseur, ainsi que la boîte, entraîne une légère surconsommation pour un confort de conduite non négligeable.
- Une boîte à variation continue (CVT) est constituée d'une courroie reliant deux poulies dont le diamètre varie automatiquement en fonction de la charge appliquée au moteur. Elle offre une infinité 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. De ce fait, et malgré un rendement mécanique encore légèrement inférieur (mais en progression) à celui d'une boîte à pignons, la consommation moyenne en usage routier est équivalente à celle d'une boîte mécanique et inférieure à celle d'une boîte automatique classique avec un confort incomparable.
Transmissions
- Sur une traction, le couple est transmis aux roues avant. En sortie de boîte de vitesse, un pont muni d'un différentiel permet de transmettre le mouvement des deux cotés du véhicule. Le différentiel permet une différence de vitesse entre les roues gauche et droite dans les courbes.
Sans ce dispositif, il serait très difficile de prendre un virage sans rouler au pas.
- Sur une propulsion, ce sont les roues arrières qui reçoivent la puissance grâce à un arbre de transmission, si le moteur n'est pas situé à l'arrière ; le pont est positionné entre les roues arrières.
- Sur un véhicule à transmission intégrale les deux systèmes coexistent, afin d'offrir le maximum de motricité.
- Le ou les pont(s) sont reliés aux roues par des demi transmissions munies de cardans.
Freinage
- Ralentissement
Il existe deux manières de ralentir une automobile :
- L' utilisation de la pédale de frein déclenche le fonctionnement des freins ;
- L'utilisation du frein moteur qui consiste à rétrograder, de manière à mettre le moteur à un certain régime où, n'étant plus suffisamment alimenté en carburant, il offre une certaine résistance.
- Un véhicule peut rester en position arrêtée grâce à l'utilisation du frein à main. Le levier de frein à main tire sur un câble actionnant les freins avant ou plus souvent arrière, par un mécanisme spécifique.
Les freins principaux sont tous, pour l'instant, à commande hydraulique.
- La pédale de frein actionne un amplificateur qui pousse un piston dans un cylindre empli d'une huile spéciale.
- L'huile sous pression sort du cylindre en direction de 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 système préserve un minimum de freinage équilibré en cas de défaillance d'un des deux circuits.
- Les freins montés sur les roues reçoivent la pression hydraulique et serrent des parties fixes contre les parties mobiles.
- Les partie fixes appelées garnitures ou plaquettes sont en matériau spécial s'usant progressivement et assurant un bon contact mécanique.
- Les parties mobiles tournant avec les roues sont en métal renforcé car elles doivent dissiper toute l'énergie thermique résultant de la perte d'énergie cinétique du véhicule.
- Dans le cas d'un disque, les plaquettes sont serrées sur les deux faces du disque par un ou plusieurs pistons hydrauliques. Le disque est autoventilé sur les véhicules sollicitant durement les freins.
- Avec un tambour, les garnitures sont forcées contre la face intérieure du tambour par un double piston hydraulique.
- Le système ABS (Antiblockiersystem) permet de diminuer les risques de blocage des roues lors de freinages violents ou en condition d'adhérence précaire. Il évite le blocage des roues en relâchant automatiquement la pression des freins dès la détection d'une différence de vitesse entre les roues. Ce dispositif permet au conducteur de diriger son véhicule lors de freinages très violents ; sans ce système le conducteur ne contrôle plus la direction du véhicule, le véhicule se déplace en ligne droite.
- Le système AFU (Aide au Freinage d'Urgence) permet de freiner à la puissance maximale dès les premiers instants d'un freinage d'urgence, détecté d'après la vitesse d'enfoncement de la pédale de frein. Il est nécessairement associé avec un ABS.
Contact avec le sol
- Les roues sont au nombre de quatre, plus une roue de secours non montée. Cette dernière est parfois remplacée par un kit anti-crevaison, ou par une roue dotées d'un pneu réduit (appelé galette) permettant de rouler à vitesse modérée jusqu'au prochain garage, pour des motifs d'encombrement.
- Les pneus montés sur les jantes jouent une rôle très important car ils assurent à eux seuls le contact entre le sol et le véhicule.
Suspensions
Un système de bras, associés à un ressort, amorti par un amortisseur hydraulique, constitue une liaison élastique entre chaque roue et le châssis du véhicule.
Ce montage mécanique est de conception très variable en fonction des modèles et des constructeurs. Certains utilisent des systèmes hydro-pneumatiques complexes et assistés électroniquement. Mais le coût d'une telle suspension est tel qu'elle est réservée aux véhicules haut de gamme.
Commandes
Direction
Le volant situé face au conducteur est relié aux roues avant directrices, par un boîtier de direction et des billettes. Il permet de diriger la voiture.
Cette direction est souvent dotée d'une assistance qui permet de réduire l'effort du conducteur pour tourner le volant. L'assistance est traditionnellement hydraulique mais elle peut désormais être électrique, ce qui permet un gain de consommation de carburant, l'assistance étant désactivée en ligne droite, alors qu'un système hydraulique doit toujours être sous pression. Elle peut être asservie à la vitesse, afin d'accroître la stabilité à haute vitesse, sans pénaliser la maniabilité à basse vitesse.
Pédales
De gauche à droite :
- la pédale d'embrayage permet le changement de rapport dans la boîte de vitesses en désaccouplant la transmission du moteur sur les véhicules à boîte manuelle ;
- la pédale de frein transmet au frein une pression hydraulique variable suivant la pression exercé sur cette pédale ;
- la pédale de l'accélérateur transmet au moteur la demande d'augmentation de puissance.
Commande électrique
Le conducteur dispose de diverses commandes regroupées autour du volant lui permettant de 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 tous adopté la même disposition à peu de chose près :
- sur la gauche on trouve un levier interrupteur à plusieurs positions pour mettre en route le système d'éclairage ;
- sur la droite un autre levier commande les clignotants et l'avertisseur sonore, il est accompagné de la commande des essuie-glaces ;
- souvent, en retrait, un boîtier à commandes multiples permet de piloter l'autoradio.
Compteurs
- Un indicateur de la vitesse de l'automobile est obligatoirement monté face au conducteur. Il comporte un compteur totalisateur des kilomètres parcourus par le véhicule, non réinitialisable, et un compteur avec remise à zéro pour un usage journalier.
- Un indicateur de niveau de carburant est indispensable.
- Des témoins lumineux sont montés pour rappeler au conducteur certains évènements : allumage des veilleuses, codes, phares, clignotants et éclairage annexe.
- Des voyant d'alerte : pression d'huile, température d'eau, défaut de charge batterie et fonctionnement de divers accessoires prennent place dans le tableau de bord.
- Un compte-tour indiquant le nombre de rotations du moteur par minute est souvent adjoint.
- Une pendule permet de remplir efficacement un vide dans le tableau de bord.
- Différentes jauges de températures et niveaux peuvent être adjointes.
Sécurité
Protection des passagers en cas de choc
Zones de déformation et cellule de survie
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.
Airbag
L'airbag ou coussin de sécurité se déclenche à partir d'une certaine vitesse 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 diminution de vitesse et du temps nécessaire pour diminuer cette vitesse). Il peut sauver des vies jusqu'à environ 50 km/h au moment de l'impact sur un obstacle fixe.
Ceinture de sécurité
La ceinture de sécurité permet d'éviter l'éjection des occupants. Équipée de prétensionneurs et limiteurs d'effort, elle permet comme l'airbag de diminuer la puissance du choc, en transférant l'énergie du choc dans les attaches de la ceinture.
Éclairage
- Veilleuses ou feux de position (en Europe : avant : blanc / arrière : rouge)
- Feux de croisement et des feux de route (blanc)
- Feux de stop, allumés lors d'un appui sur la pédale de frein. (rouge)
- Feux de recul, allumés lors du passage de la marche arrière. (blanc)
- Feux clignotants servent à indiquer la direction. (orange)
- Feux de détresse servent à signaler un danger (véhiculé, arrêté anormalement).Feux clignotant des deux côtés ensemble. (rouge)
- Feux de brouillard avant servent à améliorer la visibilité par temps de brouillard. (blanc)
- Feu(x) de brouillard arrière servent à mieux à mieux signaler le véhicule aux véhicules suivants. jaune
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 très réglementé surtout en ville.
Rétroviseurs
Les rétroviseur 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
Il a 2 positions : jour et nuit, un second miroir placé derrière un miroir sans tain permettant de limiter
l'éblouissement la nuit.
Rétroviseurs extérieurs
Les rétroviseurs extérieurs entraînent une surconsommation d'environ 3% en raison des turbulences aérodynamiques qu'ils engendrent. Leur remplacement par un couple caméra-écran n'est pas autorisé par les normes techniques actuelles.
Essuie-glace
Les essuie-glace (appelé aussi essuie-vitre) sont des raclettes en caoutchouc, montées sur des bras actionnés par un moteur électrique, commandé depuis l'habitacle.
Ils sont en nombre variable, suivant la taille du parebrise et la conception de leurs bras. Ils permettent de nettoyer le parebrise avant, ainsi que la vitre arrière, sans sortir du véhicule.
Ils sont obligatoirement associés à un lave glace, pompe électrique qui projette de l'eau puisée dans un réservoir sur le parebrise pour aider au nettoyage.
Confort
Les principaux éléments de confort sont :
- Autoradio
- Chauffage et climatisation manuelle/automatique
- Toit ouvrant
- Lève vitre (électrique ou manuel)
- Allume cigare
- Régulateur de vitesse
- Sièges réglables électriquement, chauffants.
- Coffre à bagages
Voir aussi
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