Agrégation externe SII - 2021 - Option SII et ingénierie mécanique - Épreuve de conception

Agrégation concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
Option sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique

Support : Système 4Control

Présentation du contexte d’étude

Le système 4Control, représenté figure 1, permet de rendre les roues arrière d’un véhicule automobile directrices. Cette technologie développée conjointement par Renault et Renault Sport Technologies garantit plus de maniabilité (en ville notamment), plus de dynamisme et une plus grande précision de conduite.

Un concept identique a déjà été commercialisé par des constructeurs japonais dans les années 80 et 90. Il fut abandonné car sa conception, principalement mécanique, limitait les adaptations aux différents véhicules.

Renault a développé une nouvelle technologie utilisant les informations dynamiques du véhicule.

La technologie utilise les données fournies par l’ABS/ESP pour adapter les paramètres en temps réel. Le système 4Control utilise ainsi une mécatronique moderne intelligemment adaptée sur l’essieu arrière. Cette technologie est désormais adoptée sur les modèles haut de gamme du constructeur.

1. Analyse de l’intérêt du système et définition de la problématique

L’objectif de cette partie est de comprendre pourquoi la société Renault a choisi de lancer l’étude de conception de la technologie 4Control et de définir la problématique.

2. Le système dans son environnement.

Le système 4Control nécessite de nombreuses informations pour optimiser son fonctionnement et s’adapter aux différentes situations. La figure 2 représente l’implantation des différents éléments intervenants dans la gestion du système décrits dans le tableau 3.

Le calculateur 4Control utilise principalement les informations suivantes :

•  La vitesse du véhicule de référence ;
• L’angle du volant ;
• Le sens de roulage.

Le calculateur 4Control détermine une consigne de braquage et pilote le système mécatronique pour la réaliser.
Le ou les actionneurs braquent les roues par l’intermédiaire d’un système mécanique à dimensionner.

3. Choix de la géométrie du système 4Control.

L’objectif de cette partie est de faire un choix de conception d’une géométrie permettant le braquage des roues arrière.

Pour modifier le moins possible les outillages et en particulier la robotisation du soudage des éléments, le constructeur a décidé de garder la conception générale de l’essieu arrière des modèles à deux roues directrices. Les deux demi-trains sont articulés et pivotent par déformation l’un par rapport à l’autre autour de l’axe Y (annexe 2) au centre de torsion (modélisé par une liaison pivot sur les schémas cinématiques). Le système 4Control devra s’implanter sur cette géométrie définie figure 3.

Très rapidement, deux solutions ont été envisagées (figure 4). Le choix de l’architecture générale du système permettra le dimensionnement des différents éléments de cette chaîne cinématique et le choix des paramètres de commande de l’actionneur.

4. Élaboration d’un modèle de comportement et détermination d’un paramètre de commande pour le dimensionnement de l’actionneur.

Les objectifs de cette partie sont de déterminer un paramètre de commande (coefficient de braquage) de l’actionneur de direction des roues arrière à partir d’un modèle de connaissance du comportement dynamique plan du véhicule dans le domaine linéaire et de dimensionner l’actionneur

5. Dimensionnement de la timonerie.

En raison de contraintes géométriques liées à la proximité d’autres composants, les biellettes ne sont pas rectilignes. Cette géométrie induit une sollicitation de flexion en plus de celle de traction/compression.

Les objectifs de cette partie sont de vérifier le dimensionnement de ces biellettes et de la liaison bielette-palonnier. Le dimensionnement des biellettes sera analysé vis-à-vis des critères de résistance élastique puis de résistance au flambage. Le choix du matériau sera optimisé vis-à-vis des contraintes de masse et de respect de l’environnement.

6. Étude de pré-industrialisation.

L’objectif de cette partie est de mettre en situation l’industrialisation du palonnier dans le contexte industriel du constructeur automobile.

7. Étude de conception.

L’objectif de cette partie est de proposer une solution constructive modificative du réglage du parallélisme des roues arrière.

8. Synthèse.

L’objectif de cette partie est de justifier la démarche de conception du constructeur.