ARCONCEPT

ETUDE D’UN VEHICULE UTILITAIRE POUR TERRAIN D’ACCES DIFFICILE

2 - PROPULSION SUR TERRAINS TRES MEUBLES.

Pour qu'un véhicule se déplace, ses roues doivent adhérer au sol, ne pas s'y enfoncer et exercer un couple suffisant.

2.1 - Analyse des conditions.

Condition d'adhérence.

Pour éviter que les roues ne patinent il existe plusieurs solutions:

• augmenter le coefficient de frottement des roues sur le sol en utilisant des pneumatiques à très basse pression de gonflage et à sculptures très saillantes et les équiper de chaînes,
• augmenter le nombre des roues,
• éviter les à-coups dans la transmission du couple moteur.

Condition de pression sur le sol.

Pour limiter l'enfoncement des roues dans les sols meubles la seule solution consiste à augmenter leur surface de contact avec le sol, pour un poids total en charge donné. Pour augmenter cette surface on peut:

• diminuer la pression de gonflage des pneumatiques,
• augmenter le nombre des roues,
• utiliser des chenilles.

Condition de motricité.

Le couple moteur de l'engin est déterminé par son poids total en charge et par la pente à franchir. La force exercée sur le sol par une roue et limitée par l'effort de frottement. Au-delà de ce seuil la roue patine. L'engin devra être équipé d'un nombre de roues tel que le couple à la roue soit inférieur au couple de dérapage. Au-delà il faudra utiliser des chaînes et ensuite des chenilles.

2.2 -Choix des solutions.

Roues.

La contrainte 5a du cahier des charges impose une surface totale de contact avec le sol Sp de:

Sp = Ptac / 0,3 = 1 850 000 / 300 = 6 166 cm²

Soit pour chaque roue une surface Spu et une charge Pu:

• pour 4 roues Spu = 1 540 cm² et Pu = 462 kg
• pour 6 roues Spu = 1 027 cm² et Pu = 308 kg
• pour 8 roues Spu = 770 cm² et Pu = 231 kg

Les pneumatiques devront avoir les caractéristiques suivantes:

• faible diamètre pour ne pas pénaliser le couple,
• faible pression de gonflage pour disposer d’une grande surface de contact et pour améliorer le confort du véhicule.

Chenilles.

La contrainte 5 b du cahier des charges conduit à adopter des chenilles par dessus les pneumatiques pour augmenter la surface portante.

Les chenilles, d'un poids total Pc, devront avoir une surface portante Sc définie par:

Sc = (Pac + Pc) / 0,06

Les chenilles utilisées sur les dameuses de pistes de ski ont fait depuis longtemps la preuve de leur efficacité. Leur poids, ramené au mètre carré de chenille est de l'ordre de 25 kg, et, ramené au mètre carré de surface portante il est d'environ 100 kg.

La valeur de la surface portante des chenilles Sc peut être évaluée:

Sc = (1 850 + 100 S) /600 soit Sc = 3,1 m²

La dimension des chenilles est limitée en largeur lc (voir figure 1) par la largeur totale de l'engin (contrainte 6 du cahier des charges) diminuée de la largeur du moteur thermique (généralement de l'ordre de 0.7 m).
En tenant compte d’un jeu latéral on retiendra lc = 0,8 m. Figure 1

Articulation.

Pour répondre aux contraintes de pression sur le sol, d'adhérence et de motricité on est conduit à augmenter le nombre des roues. Mais pour être efficaces ces roues doivent rester en contact avec le sol.

En particulier, lors de l'attaque d'un obstacle (par exemple une congère de neige ou une dune de sable) si les roues sont solidaires d'un châssis rigide, la première paire de roues qui monte sur l'obstacle exerce sur lui une pression égale à la moitié du poids de l'engin. Si les roues sont suspendues ou le châssis articulé, cette pression ne sera plus égale qu'au quart du poids de l'engin. La pression exercée sur l'obstacle est ainsi diminuée de moitié (voir figure 2).

Figure 2

Châssis rigide                                      Châssis articulé

La suspension élastique des roues est la solution généralement utilisée dans la conception des véhicules routiers. Mais dans le cas de notre engin cette solution présente deux inconvénients majeurs:

• la nécessité de conserver une distance importante entre les roues et la carrosserie pour permettre le débattement de la suspension. Ce qui conduit à réduire l'habitabilité à l'espace libre entre les chenilles (voir figure 3).
• La complexité et le coût du fait du nombre des roues et du système de maintien en tension des chenilles.

Figure 3

Roues suspendues                                       Roues non suspendues

Une solution plus simple et plus économique consiste en une division de l'engin en deux parties rigides réunies par une articulation élastique. Pour conserver à l'engin sa compacité, gage d'une bonne agilité, cette articulation n'aura que deux degrés de liberté, selon l'axe de roulis et selon l'axe de tangage. De plus cette liaison pourra être démontable pour faciliter le transport par hélicoptère.

Direction.

L'utilisation, même temporaire, des chenilles interdit l'usage de roues directrices pour les changements de direction. Le seul moyen qui reste est le ripage. On freine, ou mieux on ralenti, les roues du coté de la direction à prendre. Le changement de direction sera d'autant plus facile que le terrain sera meuble ou glissant.

Figure 4 – PLAN TROIS VUES