Fonctionnement de l'automobile
Cette page décrit le fonctionnement général d'une automobile, en 2003, ainsi
que des différents éléments constitutifs de celle-ci.
Constitution
- Châssis et carrosserie constituent un habitacle muni de sièges.
- Moteur à combustion interne ou
électrique
- Roues supportant le châssis par l'intermédaire 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...)
- Réservoir d'énergie: réservoir de carburant ou batteries.
- Systèmes de freinage ou frein.
- Eléments de confort et de sécurité.
Fonctionnement
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 20%.
- Il produit aussi beaucoup de chaleur, qui est évacuée dans l'air extérieur aux travers d'échangeurs air/eau, air/huile
appelés radiateurs.
- Un pot d'échappement est utilisé pour diminuer considérablement le niveau sonore du moteur. Depuis quelques années, un
élément catalyseur a été rendu obligatoire pour les moteurs à essence et diesel.Il
permet de diminuer les émissions polluantes
en les transformant à 850°C en vapeur d'eau et CO2.
- Les moteurs diesel emettent aussi des particules (suies, fumée noire), celles-ci sont fortement réduites lorsque le véhicule
est équipé d'un filtre à 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.
Electrique
Le moteur électrique puise son énergie dans un système de
batteries d'accumulateurs spéciaux pour la traction pendant les phases d'accélérations et
regénère 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.
La 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 boite de vitesses manuelle comporte souvent 5 rapports en marche avant (de plus en plus souvent 6 ou même 7) et un rapport
en marche arrière. Certains véhicules tout-terrain ont une boite à 2 vitesses en plus pour donner une gamme de rapports plus
courts destinés aux évolutions en tout-terrain. Ce type de boite impose une rupture de la traction au changement de rapport.
- Une boite robotisée est une boite manuelle actionnée par des moteurs hydrauliques ou électriques. Les changements de rapport
sont commandés par le conducteur ou totalement automatisés.
- Une boite automatique n'impose pas d'interruption de la traction pour changer de rapport. La gestion est confiée à un boitier
électronique au service de l'hydraulique. Un convertisseur de couple hydraulique liant le moteur à la boite augmente le couple
disponible à bas régime et filtre les à-coups. Le convertisseur, ainsi que la boite, entraine une légère surconsommation pour un
confort de conduite non négligeable.
- Une boite à variation continue est constituée d'une courroie reliant deux poulies à diamètre de variation automatique. Elle
offre une infinité de rapports sans à-coups, ni rupture de la propulsion, mais entraîne également une surconsommation due au
patinage de la courroie.
Les transmissions
- Sur une traction, le couple est transmis aux roues avant. En sortie de boite 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 recoivent 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 transmition 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
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
cable 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 minimun 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 remforcé 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.
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Contact avec le sol
- Les roues sont au nombre de 4, 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 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.
Les 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 côut d'une telle suspension est tel qu'elle est
réservée aux véhicules haut de gamme.
Les commandes
La direction
- Le volant situé face au conducteur est relié aux roues avant directrices, par un boitier 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.
Les pédales
- De gauche à droite.
- La pédale d'embrayage permet le changement de rapport dans la boite 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 adoptés 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 boitier à commandes multiples permet de piloter l'autoradio.
Les 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 luminueux 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
Protections 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
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 50km/h au moment de l'impact
sur un obstacle fixe.
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
emsemble:
- 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.
(rouge)
Avertisseur sonore
- Les véhicules automobiles sont obligatoirement pouvus d'un avertisseur sonore, permettant au conducteur de prévenir d'un
danger les personnes extérieures aux véhicule.
Il est d'un usage très réglementé surtout en ville.
Les rétroviseurs
Les rétroviseur sont des accesoires indispensables à la conduite d'une automobile. Ils sont constitués d'un miroir orientable
permettant au conducteur de voir derrière lui sans se retourner.
Il a 2 positions : jour et nuit, un second miroir placé derrière un miroir sans tain permettant de limiter
l'éblouissement la nuit.
Les rétroviseurs extérieurs entrainent 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.
Les 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
- Sièges réglables électriquement, chauffants.
- Coffre à bagages
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