3 étudiants ingénieurs de l’ENSAM

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1 3 étudiants ingénieurs de l’ENSAM
2 étudiants designers de l’ISD 1 défi : faire rêver avec un véhicule économique, peu polluant et accueillant 3 personnes. Leur réponse : la DS-Car Monine CHAN Yannick ROHRBACHER Nicolas SERGENT Benjamin LOUIS Patrick RAOUX

2 Introduction Sommaire 01
Page 01 Introduction Paris, Novembre Trois futurs ingénieurs ENSAM rencontrent deux futurs designers ISD. Un but : mettre en pratique les connaissances acquises pour participer à un concours organisé par la SIA. Le Projet DSCar vient de naître. Aux vues de l’intitulé du concours « le rêve automobile abordable » et du cahier des charges imposé, une chose est certaine, les innovations techniques et de style se devront d’être radicales. Au fil des réunions une idée se profile et finalement s’impose : c’est l’architecture même du véhicule qui sera innovante. Les roues seront disposées... en losange ! Ainsi, nous vous expliquerons d’abord pourquoi nous avons choisi ce concept et pour quel type de marché ce véhicule est destiné. Ensuite, nous nous intéresserons à la manière dont notre voiture a pris forme sous les traits de crayon de nos designers avant de vous dévoiler nos choix techniques. Pour finir, nous aborderons l’aspect économique du projet. Sommaire Introduction Page 1 Etude de synthèse du concept Page 2 Etude de Style Page 3 Etude Technique Page 4 Sécurité et aspect économique Page 7 Rendus de la DSCar Page 9 Conclusion Page 12

3 Etude de synthèse du concept
Page 02 Etude de synthèse du concept Une architecture originale Pour une clientèle bien ciblée Comment faire rêver avec un véhicule qui soit économique à l’achat, très peu polluant et qui puisse emmener 3 personnes ? Pour nous, le rêve automobile est associé aux sensations fortes, à un style radical et une idée de sportivité. Des notions souvent peu compatibles avec les idées d’économie et d’écologie. Comment concilier le tout ? En combattant notre pire ennemi : le poids ! Avec une idée de roadster minimaliste d’environ 500kg nous pouvions faire d’énorme économies (pas de porte, pas de vitre, peu d’équipement...) et pouvions envisager de n’avoir qu’un petit moteur peu puissant et peu polluant. Pour offrir des sensations vraiment radicales et un design totalement innovant (en somme, pour faire rêver), l’architecture du véhicule doit être surprenante : les 4 roues seront disposées en losange. Le concept se précise : un véhicule épuré à 4 roues en losange (3 roues avant directrices et propulsion sur la roue arrière donc pas besoin de différentiel) de moins de 500kg, qui puisse emmener 2 personnes et un enfant. Equipé d’un petit moteur économique et suffisamment puissant (environ 65ch) et d’un réservoir d’environ 40litres pour une grande autonomie. Le volume de chargement à l’arrière sera d’environ 250litres. Le véhicule sera, de part son dépouillement, économique à l’achat, très peu polluant car très léger et équipé d’un petit moteur. Il aura de bonnes performances toujours grâce à son poids et offrira des sensations uniques de part son architecture et son design. Son nom : la DSCar. Diamond Shaped Car DSCar est un roadster 3 places : c’est donc avant tout une voiture plaisir. Il s’agira au moins de la 2ème voire la 3ème voiture du ménage. DSCar s’adresse à des conducteurs sensibles aux sensations extrêmes que l’on peut retrouver dans des sports de glisse ou de vitesse comme le jetski, la moto, le karting. Le marché du jetski peut être une bonne base d’étude. En France 3000 ventes neuves par an pour un parc de jetski neufs ou d’occasion. Le budget de départ avoisine les 5600 euros pour une utilisation annuelle de quarante heures. Il va donc s’agir d’attirer ce type de clientèle à la recherche de sensations fortes. DSCar s’adresse donc à une clientèle qui aspire à conduire de manière « décalée » en se démarquant des schémas classiques mais ayant un budget limité. DSCar pourra aussi viser des motards, à qui elle permettra de retrouver des sensations de vitesse dans les courbes notamment dû fait de sa conception en losange. Les profils de nos acheteurs seront donc les suivantes : célibataire, jeune couple avec (ou sans) enfant jusqu’à 12 ans pour une tranche d’âge située entre 25 et 40 ans avec un budget initial d’environ 8000 euros (comprenant l’assurance et l’entretien la première année). La DSCar constitue une entrée parfaite dans le monde de la conduite « exclusive ».

4 Etude de Style Créativité – Recherches…
Page 03 Etude de Style Créativité – Recherches… Ci-dessus et ci-dessous, les 2 sketches à l’origine du gel du style. Double sentiment de finesse et de massivité, exprimé par les volumes et une carrosserie ouverte permettant à la mécanique de se montrer et de s’aérer.

5 Etude technique Tenue de route Suspension 04
Page 04 Etude technique Tenue de route Suspension Les roues ont été disposées en losange pour un plaisir de conduite incomparable. Avec un empattement de 3.38m et une voie unique de 1.85m la voiture se veut imposante. Mais qu’en est-il de la tenue de route ? Nous avons étudié la dynamique du véhicule, totalement différente d’une voiture « classique », afin de définir la position des trains, pour en faire une voiture agréable à conduire et sûre. Grâce à une modélisation 2D sur Matlab/Simulink®, il a été défini que le train milieu devait être reculé d’environ 14cm par rapport au plan central de la voiture, afin de lui donner un comportement sous-vireur et ainsi assurer sa stabilité à haute vitesse. Cependant ce recul amplifie la tendance du véhicule à basculer sur l’avant gauche ou droit en virage. Ce problème est toute fois minimisé car le centre de gravité reste en arrière des roues centrales. Si la voiture a une tendance à basculer, il faudra alors avancer le train central et rigidifier le train arrière en élargissant le pneu arrière. On aura alors deviné qu’il faut éviter de freiner en appui. Lors d’une accélération en virage, la masse va se transférer sur la roue motrice et la roue extérieure pour de meilleurs passages en courbe. Une voie large réduit également les effets néfaste du transfert de masse lors de la prise de roulis. Cette propulsion centrale aboli également les pertes de motricité due au différentiel lors de la perte d’appui sur une roue. Ces calculs sont basés sur des approximations de répartition des masses (en charge, ce qui recule le centre de gravité et augmente le comportement sur-vireur) qui ne peut être calculée aussi simplement que sur une voiture « classique », une étude plus poussée serait à effectuer. Le comportement du véhicule ainsi que le confort des passagers sont également fortement dépendants des suspensions. Pour la suspension centrale, nous avons choisi de prendre des suspensions indépendantes à double triangulation. De la même manière que dans les voitures de compétition. Nous avons fait ce choix car les triangles ont une conception structurelle qui permet d’encaisser naturellement de fortes charges longitudinales et transversales. Un carrossage négatif permet au véhicule de supporter des efforts latéraux plus importants. Des triangles de longueurs importantes ont été choisis pour éviter des angles de carrossage positifs lors des virages. Leur longueur inégale permet de générer moins de carrossage positif indésirable sur la roue en appui (et plus de carrossage indésirable sur la roue délestée). Ensuite, le fait que ces triangles ne soient pas parallèles permet un placement « sur mesure » de l’axe de roulis. Enfin, le faible angle d’inclinaison entre triangle supérieur et inférieur permet de diminuer le carrossage lors de freinages brusques, le centre de gravité étant en arrière de l’essieu central, et ainsi diminuer la distance de freinage.

6 Etude technique Suspension Direction 05
Page 05 Etude technique Suspension Direction Les suspensions avant et arrière sont de type bras oscillant, basculeur et combiné ressort amortisseur. La suspension arrière est très inspirée des suspensions moto. Ce type de disposition permet de faire varier la raideur de la suspension tout en utilisant un ressort à raideur fixe. La géométrie des suspensions a alors été défini de sorte que la suspension se raidisse lors d’un débattement positif (levée de roue). Les débattements maximum à l’avant comme à l’arrière sont de ± 50mm. La position du pivot de la suspension arrière a été placé au plus prés de la sortie de boite de vitesse afin de réduire au maximum l’empattement mais également pour éviter les collisions avec la chaîne. Le pivot du bras oscillant avant a été positionné pratiquement dans le même plan que le pivot de la direction pour réduire la variation d’empattement lors du débattement de la roue. La direction permet de tourner les deux roues centrales et la roue de devant. La direction des roues centrales se fait par l’intermédiaire d’un système de crémaillère et biellettes. Le mouvement de rotation est transmis également par un système crémaillère et courroies pour la roue avant. Le rayon de braquage entre trottoir est de 5.1m (équivalent 206). L’empattement très long résultant de la disposition des roues implique un angle maximum de 39° pour la roue avant et de 26° pour les roues centrales. Cependant lors de freinage appuyé, la roue risque d’avoir tendance à passer sous le châssis, il serait alors nécessaire si l’effet et trop important de descendre le pivot du bras oscillant. Un angle de chasse de 4° (Chargement : voiture + 3 passagers) a été défini à l’avant afin d’assurer la stabilité de la direction. Les bras oscillants sont en tubes acier dont les structures ont été définies pour réduire au maximum les déformations des trains sans trop accroître le poids ou le coût de fabrication.

7 Etude technique Châssis 06
Page 06 Etude technique Châssis Le poids réduit ainsi que la répartition des masses de la DS Car nous a permis d’utiliser les mêmes disques de freins pleins aux quatre roues (247*10mm). En réduisant la pression maximale dans le circuit de freins par l’utilisation de piston un peu plus gros (36mm à l’avant et aux centres et 27mm à l’arrière), le débattement de la pédale a été réduit et le système se veut plus réactif. Le système de frein est très simple et possède deux circuits alimentant respectivement les roues centrales et la roue avant et arrière. En cas de rupture d’un des circuits, on garde ainsi le contrôle avec un pourcentage de freinage mini restant de 40%. Le châssis tubulaire en acier (tubes de 50*2mm et 45*2.5mm), inspiré de celui de l’Ariel Atom, offre une grande rigidité de part sa structure « boite » (structure rectangulaire). L’arceau de sécurité vient encore renforcer la structure. Le berceau moteur a été conçu spécialement pour adopter l’unique motorisation prévue sur le modèle et est donc très rigide.

8 Etude technique Moteur/Boite de vitesse 07
Page 07 Etude technique Moteur/Boite de vitesse Avec un rapport poids puissance d’environ 7kg/CV, la DSCar effectue le 0-100km/h en 9.4s (4.3s de mieux qu’une 107 et égale à une L 16v 110CV) et un 1000m DA en 32s. Le transfert de masse étant difficile à calculer il a été estimé que seulement un peu plus de 30% du poids passait à la roue arrière en accélération et les performances sont donc limitées par le manque de motricité. Les reprises sont remarquables avec un en 4 de 10s (0.4s de mieux que la L 16v). La vitesse max de 160km/h est atteinte sur le 4ième rapport, la 5ième ne servant qu’à réduire la consommation sur autoroute. Le plus étonnant est que ces performances sont obtenues avec l’un des plus petit taux d’émissions de CO2 qui est de 90g/km. La consommation Ur/ExUr/Mixte est de 4.1l/3.6l/3.8l. Toutes ces données on été obtenues par une modélisation sur Matlab/Simulink® de la dynamique longitudinale du véhicule. Grâce à un contrôleur de vitesse, nous avons simulé la consommation véhicule en lui faisant suivre les cycles normalisés urbain et extra urbain. Ainsi nous avons pris en compte de manière précise l’influence de la diminution du poids sur la puissance absorbée ainsi que la variation d’utilisation de la plage moteur (utilisation d’une Map CSE approximative). Pour atteindre l’objectif de 90g/km de CO2, il était nécessaire de réduire la consommation. Or la consommation est le produit de la consommation spécifique du moteur et de la puissance absorbée. Finalement les émissions de CO2 ne dépendent que du poids du véhicule puisque les cycles de test de consommation sont fixes, du moteur et de la plage d’utilisation de ce moteur (définie par la boite de vitesse). Nous avons donc réduit le poids de notre véhicule au maximum pour atteindre 480kg. Il restait encore à définir un moteur adéquat. Nous voulions conférer à notre voiture un caractère sportif avec des performances tout à fait correctes tout en réduisant les émissions de CO2. Plusieurs motorisations ont été envisagées mais ce fût le 1L 68CV ainsi que la boite présents sur la 107 qui sortirent vainqueur. Ce moteur très compact, léger et économique (109g/km de CO2 sur la Peugeot 107) est un bon compromis. Un travail d’intégration, pour passer ce moteur d’une position transversale avant à une position transversale arrière, a été effectué sur le châssis et supports moteur ainsi que sur la tringlerie de boite. Afin de positionner le moteur le plus bas possible pour abaisser le centre de gravité, celui-ci a été incliné de 2° vers l’avant et le bras oscillant de la suspension arrière a été abaissé au maximum. Le différentiel a disparu et a été remplacé par un pignon/couronne + chaîne de même démultiplication. Le pot d’échappement a été revu sans déplacer le catalyseur disposé en sortie du collecteur.

9 Sécurité Aspect économique 08 Sécurité active : Sécurité passive:
Page 08 Sécurité Les acheteurs de roadsters sont de plus en plus sensibles aux problèmes de sécurité liés à l’utilisation de ce type de véhicule. La DSCar présente plusieurs avantages en terme de sécurité. Sécurité active : La DSCar offre une extraordinaire visibilité depuis l’habitacle et une bonne maniabilité du fait des trois roues directrices. Sécurité passive: De part sa forme très innovante, en cas de choc, l’obstacle viendrait glisser sur les flans de la DSCar protégeant ainsi l’habitacle et ses occupants, c’est son avantage le plus significatif en terme de sécurité. La DSCar est équipée d’un arceau de sécurité en cas de tonneau. Son châssis tubulaire est très sécurisant pour les occupants en effet il offre une protection latérale optimale avec un tube au niveau du bassin et un autre au niveau des épaules. La position centrale du siège pour enfant évite une exposition trop forte en cas de choc latéral. A l’avant de la DSCar, de part et d’autre de la roue, des structures en acier à déformation contrôlée assurent une absorption maximale de l’énergie en cas de choc. Dès la conception, les choix ont été orientés pour un objectif de prix de vente de 7000€. Un maximum d’éléments standards sont ainsi utilisés. La DSCar reprend l’ensemble Moteur+boite de vitesse de la plateforme C1/107/Aygo mais sans différentiel, les disques acier non ventilés et étriers de la Peugeot 206, 4 roues identiques de taille standard (type C1/107/Aygo ), des combinés ressorts amortisseurs standards... La DSCar étant un véhicule de loisir extrêmement épuré, de nombreux éléments et mécanismes coûteux sont tout simplement inexistants : pas de porte, aucun mécanisme de fermeture, aucune vitre, un tableau de bord minimaliste, très peu d’électronique (pas de direction assistée, pas d’ABS...) Le choix de matériaux peu coûteux a été également pris en compte. Le châssis tubulaire sera entièrement en acier, car même si l’aluminium offre des caractéristiques intéressantes, notamment en terme de poids, il reste trop coûteux. La DSCar étant très dépouillée, les éléments mécaniques sont très accessibles et leur montage aisé. Ainsi la chaîne de production sera simple et nécessitera peu d’équipements robotisés. En ce qui concerne la production, pour réduire les coûts, plusieurs mesures devront être prises. Un politique de sourcing agressive sera menée pour obtenir les matières premières et composants à des prix les plus bas possibles. La production se fera également dans un pays à bas coût de main œuvre. Le prix de vente d’une Peugeot 107 équipée du même moteur que la DSCar est de 8600€. Malgré un volume de production bien plus faible, l’ensemble des mesures prises dès la conception et envisagées pour la production devrait pouvoir nous permettre d’approcher l’objectif de prix de 7000€ à la vente en gardant une marge suffisante. Aspect économique En France les ventes de véhicules coupés et cabriolets sont en régression en 2005 par rapport à 2004 (de 3.4% à 2.9% des ventes). Le contexte économique (hausse importante du prix du pétrole, croissance économique faible) rend les véhicules de pur loisir moins attractifs. Pour que la DScar trouve sa clientèle, il faut donc impérativement que son prix soit très contenu. Sa petite cylindrée et son poids plume en font un véhicule très peu gourmand en carburant.

10 Page 09 Design Diamond Shaped Car, design radical et dynamique Un style agressif et fluide proche de l’univers des bateaux de course : la proue est massive et perçante, la poupe est technique et propulsive. Les couleurs suivent la dynamique des volumes avec une coque vive qui s’étire sur toute la longueur, et 2 pontons marches-pieds enveloppants. La structure se veux plus sobre et rassurante, plus stable visuellement. Le noir mat améliore sa qualité perçue et allège visuellement l’ensemble, tout en apportant une touche racing, en référence aux anciennes sportives populaires françaises (Simca 1000 Rallye…). La DS-Car n’a pas de toit, pas de porte, pas d’équipement. Elle n’a pas un gros moteur mais elle est légère, et ne consomme pas beaucoup. Elle concilie la radicalité d’une machine à sensation capable de faire rêver avec une problématique économique et écologique d’actualité.

11 Page 10 Design Diamond Shaped Car, concept fort, design fort L’originale disposition en losange des roues est conceptuellement un atout en sécurité passive, car lors d’un choc frontal l’auto aura naturellement la réaction de se décaler et glisser sur l’un des ses 2 côtés (« fusibles » avant l’habitacle). En ce sens nous rejoignons les travaux de Pininfarina (XPF 1000 de 1961) et de Philippe Charbonneaux (notamment L'Ellipsis de 1990). Plus récemment c’est sur le plan dynamique que la démonstration fut faite grâce aux 2 prototypes sportifs d’Alain Devèze (concept-kart Katr-Max et Man-TX). La DS-Car ne s’adresse pas à tous les publics, et son usage n’est pas consensuel. C’est une mini-usine à sensation, qui nécessite d’être chevaucher pour s’y insérer ; Port du casque recommandé ! Elle offre cependant une 3eme place centrale d’appoint pour un enfant, qui fera aussi office de coffre à bagage.

12 Page 11 Design

13 L’équipe du projet DS-Car vous remercie 
Page 12 Conclusion Grâce à des solutions techniques très innovantes et un design radical, la DSCar est bien une voiture qui fait rêver. Avec une architecture en losange, elle offre des sensations de conduite incomparables. Son poids plume lui permet même des performances de petite sportive. Elle trouve également bien sa place dans le contexte économique et écologique actuel. Avec un prix de vente de 7000€ et un taux d’émission de CO2 minimal, elle a tout pour plaire ! La DSCar est née de la collaboration efficace de designers et d’ingénieurs, elle remplie de façon radicale et originale le cahier des charges imposé. L’équipe du projet DS-Car vous remercie 

14 ANNEXES

15 Annexe 01 Ce modèle Simulink, simulant la dynamique longitudinale de la DSCar, nous a permis de prédire de façon assez précise les performances départ arrêté, reprises ainsi que la consommation sur le cycle urbain, extra urbain ou instantanée.

16 Fiche technique DSCar Transmission Moteur Châssis Perfs Conso
Annexe 02 Transmission Type Propulsion Boite de vitesse Mécanique Commande Grille en H 1er 2e 3e 4e 5e Rapport de pont 3.55 Pneus 155/65 R14 Moteur Type 3 cylindres en ligne Emplacement Central arrière, transversal Cylindrée [cm3] 998 Alésage x Course 71 x 84 Soupape par cylindre 3 Arbres à cames Calage variable à l'admission Puissance maxi [ch àtr/mn] 68 à 6000 Couple Maxi [Nm àtr/mn] 93 à 3600 Régime maxi [tr/mn] 6400 Fiche technique DSCar rapport de boite vitesse à 1000tr/mn vitesse maxi Châssis SCx [m²] - Cx Structure Tubulaire acier Suspensions avt/arrière Bras oscillant-Basculeur - Combiné ressort/amortisseur Suspensions centrales Triangles superposés - Basculeur - Combiné ressort/amortisseur - Barre antiroulis Direction Crémaillère Freins Disque plein 247 x 10 mm Etrier Flottants, simple piston Poids total [kg] 480kg Répartition ar - ctr - avt [%] Poids / Puissance [kg/ch] 7 Réservoir [litres] 40 Long. - larg. - hauteur [mm] Empattement Total[mm] 3385 Empattement ar/ctr [mm] 1555 Voie [mm] 1845 Perfs Vitesse max [km/h] 160 Régime [tr/mn] 6000 De 0 à 80 km/h 7.1s (86m) De 0 à 100 km/h 9.4s (144m) De 0 à 130 km/h 17.6s (404m) 400m Départ arrêté 17.5s (129km/h) 1000 m 32s (155 km/h) De 60 à 90 km/h (2e) 3.2s De 60 à 90 km/h (3e) 5s De 60 à 90 km/h (4e) 6.2s De 80 à 120 km/h (3e) 8s De 80 à 120 km/h (4e) 10s De 90 à 130 km/h (3e) 9.2s De 90 à 130 km/h (4e) 11.6s Conso Urbain [litres/100km] 4.1 Extra urbain [litres/100km] 3.6 Mixte [litres/100km] 3.8 CO2 [g/km] 90