[Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

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rAthus
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[Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par rAthus »

[Mises à jour importantes listées au fur-et-à-mesure en bas de ce post]

Yo les asticots !

Ça fait maintenant quelques semaines que je planche sur un projet, qui pour l'instant n'est qu'une idée : transformer la boite de vitesse manuelle de mon Coupé en boite séquentielle (passages de rapports par palettes au volant ou shifter avant/arrière).

Je n'entends pas par là modifier la boite de vitesse en soi, mais "simplement" remplacer le levier de vitesse par un robot, pour le coup je n'invente rien ça a déjà été fait par des constructeurs sur des voitures de série et ça a aussi déjà été fait par quelques bricoleurs sur des BVM standards.

À la base j'étais en train de bosser sur un indicateur de rapport engagé :



Et puis j'ai commencé à vouloir aller plus (trop ?) loin !

Je démarre donc ce topic pour faire part de mes avancés et récolter les avis et idées de ceux qui voudront m'en faire part.

Une de mes premières inspirations avait été ce gars :



Sauf que lui a robotisé un bras qui bouge carrément le levier, mon idée est plutôt de se rapprocher des systèmes plus classiques qui tirent ou poussent directement les deux tringles qui partent vers la boite.

Il faut deux mécanismes capables de tirer/pousser les tringles sur 3 positions chacun correspondant aux mouvements du levier : avant/milieu/arrière pour l'un, et gauche/milieu/droite pour l'autre, sachant que la course totale que j'ai mesuré à la louche pour le Coupé sur les tringles est de respectivement 55mm et 37mm, en imaginant qu'on parle d'une boite 5 rapports sinon il faut une position de plus en largeur pour la marche arrière de la boite 6 rapports.

Je dois donc pouvoir pousser et tirer sur les câbles avec assez de force et de précision mais aussi de vitesse pour que ça vaille le coup par rapport à un passage de rapport manuel.

J'étudie 3 options :

1) Le système hydraulique.

C'est de loin le plus performant, un vérin hydraulique est ultra puissant, potentiellement rapide, et hyper précis.

Mais il a y un énorme problème : ça nécessiterait un système très complexe, extrêmement lourd et coûteux, j'ai donc d'office écarté cette piste pour ces raisons, sans compter que c'est potentiellement sujet à problèmes (fuites, etc).

2) Le système pneumatique.

C'est ce que la plupart des kits de boites séquentielles utilisent, un vérin pneumatique c'est ultra rapide, puissant, et moins cher.

J'ai donc commencé à me renseigner sur les différents vérins et systèmes pneumatiques.
H2183c95c8b664605b24747c3c7c0b7abq.jpg
C'est très prometteur malgré deux soucis :

D'abord la précision, j'ai besoin que les vérins s'arrêtent très précisément à chaque position pour ne pas détériorer la boite, ça se fait assez bien avec des contacteurs qui coupent l'alimentation en air dès que le vérin arrive en position, par contre il doit resté verrouillé sur cette position surtout si l'autre vérin enclenche a son tour un mouvement, donc la pression dans le vérin doit être fixée, arrêter un vérin pneumatique à un endroit c'est simple mais qu'il y soit bien bloqué ça n'est moins, ça peut vite compliquer le circuit au niveau de la gestion des électrovannes.

Ensuite l'alimentation en air, là j'ai étudié pas mal de choses, une option qui me semblait prometteuse était d'utiliser la dépression d'admission pour la stocker exactement comme l'assistance au freinage, à l'aide d'un réservoir additionnel.
HTB1Cm_Sh8smBKNjSZFFq6AT9VXa7.jpg
Sauf que de ce que j'ai pu trouver comme info, la dépression moyenne qu'on obtient quand on compte sur la dépression est de l'ordre de -0.6 ou -0.7 bar, ce qui représente une force de 600 grammes par cm², pour avoir assez de force il faudrait donc des vérins assez gros ce qui rend le système trop lourd et surtout trop gourmand en air, sachant en plus que les vérins demandant en général 1 à 10 bar pour bouger, autant dire qu'on est loin du compte et qu'on risque de manquer de patate.

Reste alors la solution d'un compresseur indépendant avec son réservoir, pour un prix pas trop élevé on trouve des petits compresseurs de 150psi soit à peine plus de 10 bar ce qui serait parfait.
H204f3f29ee4c4ec7ae883f9f060d602aU.jpg
Ça semble un système viable, d'autres ont construit des systèmes similaires, c'est ultra efficace et surtout ultra rapide, sauf que ça cumulé au reste ça fait quand même une sacrée usine à gaz, complexe coûteuse lourde et encombrante !

3) Le système électrique.

L'actuateur linéaire électrique est une sorte de vérin poussé par une vise sans fin entraînée par un moteur électrique.
HTB1WXQTapP7gK0jSZFjq6A5aXXa7.jpg
Pour à peine une vingtaine d'euros, on trouve des actuateurs qui poussent 100N à une vitesse de 90mm/s, ce qui n'est pas extrêmement rapide puisqu'il faudrait au système 55/90 = 0.61 seconde pour parcourir les 55mm d'un bout à l'autre du changement de rapport, sauf que 100N c'est 10kg, ce qui est énorme, on peu donc imaginer multiplier le mouvement par 3 pour obtenir donc une force de plus de 3kg à une vitesse de 90x3 = 270mm/s, mettant donc 55/270 = 0.20 seconde pour parcourir les 55mm d'un bout à l'autre du changement de rapport, on est loin de la vitesse d'un vérin pneumatique mais ça semble très prometteur !

Comme pour les autre vérins pas moyen de connaitre sa position sans capteur, donc il faudra des switch qui détectent quand il arrive à la position souhaitée, mais l'avantage de l'actuateur électrique est qu'il ne bouge plus une fois qu'on coupe son alimentation.

J'ai donc commandé un de ces actuateurs pour faire des essais.

La suite

Quel que soit le système retenu, ça sera piloté par un Arduino en tout cas dans un premier temps parce que c'est l'outil que je maîtrise le mieux.

L'idée c'est de commencer par un "simple" robot qui change les rapports comme on le ferait avec le levier, mais en plus rapide et sans risque de se planter de vitesse, la gestion de l'embrayage reste à la charge du conducteur.

Si les tests sont concluants, le but serait dans un second temps d'ajouter un troisième actuateur qui sera en mesure de débrayer pour les passages de rapports et embrayer dès le rapport passé, avec une gestion de délais se besoin pour éviter une trop grande différence de vitesse des synchros où trop de friction sur l'embrayage.

Dans un troisième temps, le rêve serait que le système soit capable de couper par intermittence l'allumage lors des montées de rapport pour forcer le moteur à perdre rapidement des tours afin de passer le rapport et débrayer au moment optimal (rev matching) et pourquoi pas aller encore plus loin dans le rev matching avec un troisième actuateur capable d'accélérer lors des descentes de rapports pour simuler un talon-pointe.

Voilà voilà, je pense avoir fait à peu près le tour et résumé l'état de mes recherches de ces dernières semaines, si des gens ont des remarques ou des idées elle seront plus que bienvenues !

Mises à jour :

07/08/2020 : choix d'un actuateur électrique pour faire des tests
11/08/2020 : estimation d'une timeline d'un passage de rapport en séquentiel
13/08/2020 : tests de vitesse et force sur un autre actuateur de même conception
Vous n’avez pas les permissions nécessaires pour voir les fichiers joints à ce message.
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par Philippe74 »

En commençant à te lire, je me suis dit: "mais il n'a pas pensé à l'embrayage!"... en fait si, mais tu es encore plus fou que ce que je pouvais imaginer!! :D pour ma part, l'utilité des palettes avec un embrayage me paraît étrange pour pas dire autre chose! :ptdr: mais je comprends qu'il faut passer par là pour atteindre le résultat final avec un embrayage "automatique"! Je suis très admiratif de ce que tu entreprends sur ce topic que je vais suivre! ;)
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par rAthus »

Le passage de rapports sans la gestion de l'embrayage reste intéressant pour les passer à coup sûr rapidement avec précision et sans risque de se planter de rapport ("money shift" = par exemple passer la première au lieu de la troisième en plein run et tout casser xD), mais c'est clair que c'est juste la première étape à valider avant la suite qui elle est vraiment ce qu'on recherche !
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par man3515 »

Alors :

1# vérin électrique !!! précision, énergie nécessaire déjà existante, silencieux et effectivement une fois dans une position, même en cas de "coupure" de l'apport d'énergie (imagine-toi sur autoroute avec un flexible hydraulique ou pneumatique qui lâche... retour au point mort...) ce vérin restera en place.

2# penser à un système "d'urgence" => que le dispositif n'empêche pas une utilisation manuelle => prévoir un système sur un deuxième jeu de câble ? C'est ce qui me paraitrait le plus judicieux.

3# je pense que tu mettrais moins de temps à swapper un moteur boite auto ! :ptdr:
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par rAthus »

Alors :ptdr: :

1# Bah comme j'ai dit le vérin électrique est commandé donc on est sur la même longueur d'onde !
Après pour la pane en route ça serait pas trop un souci même en pneumatique parce qu'une fois engagé le rapport ne saute pas dans la boîte donc ça resterait en place, le blocage est surtout important lors des passages quand un vérin doit pousser au milieu, bloquer en attendant que l'autre vérin décale sur le côté, puis se remette à pousser.

2# J'y pense, mais pour l'instant je fais qu'y penser ! xD

3# C'est possible, quoi qu'il faudrait aussi swapper le faisceau et toute la gestion électronique donc même pas sûr ! Et surtout c'est pas les mêmes rapports ni le même contrôle, ceci dit gzk est en train de convertir une boite auto en boîte pilotée lui !
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par man3515 »

Et plutôt que deux vérins, pourquoi ne pas monter un vérin sur un axe motorisé par un moteur pas-à-pas ? Tu ne travaillerais plus sur des mouvements "en série" puisque tu peux jouer sur les deux axes/fonctions en même temps... le gain de temps sera monstrueux !

Mais là on tombe dans un sujet de robotique. T'as un apprenti en BTS électrotech sous la main ? :lol:
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par rAthus »

J'ai moi et ma mentalité de portoricain ouais ! :ptdr:

Le système de bras est pas bête c'est ce qu'a fait le mec de la vidéo que j'ai joint mais avec un seconde vérin, parce qu'avec un pas à pas il faudrait une puissance assez phénoménale et ça me parait tendu !

Après avec le système à 2 vérins rien ne m’empêche de gérer les deux mouvements en même temps ou en partie en même temps si je calcule correctement mes déplacements en faisant par exemple pour le passage de la 2 à la 3 un mouvement avant pour sortir de la 2 puis avant + droite = diagonale pour se diriger vers la 3 puis avant pour enclencher la 3, au lieu de avant puis droite seulement puis avant... ça sera à étudier "sur le tas" le moment venu !
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par vinzzz34 »

tu as des moteur pas à pas vraiment puissant
https://www.omc-stepperonline.com/fr/ne ... pas-a-pas/

et aussi des servo moteur 20kg/cm, tu en trouves jusqu'a 60kg je penses
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par man3515 »

Deux mouvements linéaires ne font pas un mouvement rotatif... Comme tu l'imagines ce serait vraiment lent à mon avis.
Un moteur électrique ça a du couple, je pense que c'est faisable (je ne peux pas voir la vidéo là où je suis connecté).

Mais bon, c'est normal tout ce questionnement, tu en es à la phase d'étude du projet.
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par rAthus »

vinzzz34 a écrit :tu as des moteur pas à pas vraiment puissant
https://www.omc-stepperonline.com/fr/ne ... pas-a-pas/

et aussi des servo moteur 20kg/cm
3Nm de couple pour les plus gros ça me parait très juste pour pivoter rapidement un bras qui tiendrait le levier, surtout du fait que cette méthode impliquerait de garder le système du levier de vitesse donc on rajoute de la perte mécanique, contrairement à un système qui agirait directement sur les tringles :/

Et 20kg/cm ça parait beaucoup mais sur un bras qui devrait faire AU MOINS 20cm de long pour avoir le bon débattement avant arrière avec un vérin il reste quasiment plus de couple arrivé au bout :/
man3515 a écrit :Deux mouvements linéaires ne font pas un mouvement rotatif... Comme tu l'imagines ce serait vraiment lent à mon avis.
Un moteur électrique ça a du couple, je pense que c'est faisable (je ne peux pas voir la vidéo là où je suis connecté).

Mais bon, c'est normal tout ce questionnement, tu en es à la phase d'étude du projet.
Bah déjà si deux mouvement linéaires peuvent créer une rotation, tu regarderas la vidéo du mec que j'ai posté il a un vérin qui pousse et tire d'avant en arrière et un autre vérin à 90% sur le côté qui pousse et tire ce bras pour le faire pivoter sur la gauche ou la droite, mais dans tous les cas je n'ai pas besoin de tout ce border si je tire et pousse directement sur les deux tringles qui ont chacune un mouvement linéaire sur la boite d'origine !
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par vinzzz34 »

tu as besoin d'un déplacement max de 55mm, si tu prend un servo à 60kg/cm il te faudra un palier de 27.5mm se qui te donne une force d'un peu plus de 20kg

https://fr.aliexpress.com/item/40010267 ... RIQAvD_BwE
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par rAthus »

vinzzz34 a écrit :tu as besoin d'un déplacement max de 55mm, si tu prend un servo à 60kg/cm il te faudra un palier de 27.5mm se qui te donne une force d'un peu plus de 20kg
55mm c'est si je fais du linéaire directement sur la tringle donc il faudrait une conversion de mouvement, mais surtout la question c'est avec un palier aussi court combien ce servo (qui doit sûrement être bien démultiplié pour être aussi puissant) met de temps à parcourir les 55mm ?

0.13s pour 60 degrés si on le met à sa tension max qui n'est pas recommandée ça veut dire 0.39s pour faire les 180° nécessaires à parcourir 55mm avec un palier aussi court, c'est déjà trop, sachant que c'est absolument inenvisageable d'utiliser un bras aussi court et faire faire 180° le mouvement serait BEAUCOUP trop loin d'être linéaire ça n'irait absolument pas, il faudrait un brais beaucoup plus long pour que le mouvement soit assez proche d'un mouvement linéaire pour tirer/pousser sur la tringle tout en ayant une vitesse intéressante pour du séquentiel.

J'avais fait pas mal de recherches sur les servo c'était ma première idée, mais à chaque fois il y avait un truc qui allait pas et quand je trouvais une solution c'était un autre truc qui allait plus c'était le serpent qui se mordait la queue.

J'aimerais bien arriver à mes fins avec un servo en PWM vu la facilité que ça apporte pour le placement de chaque rapport sans avoir recours à des capteurs, mais ça m'a pas l'air possible, j'ai trouvé personne qui y est parvenu, ni à priori de constructeur qui a utilisé des servo dans le même but dans une boite de série, et il y a surement de bonnes raisons :/
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par rAthus »

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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par vinzzz34 »

ouep le vérin électrique me semble la meilleur option, il faudra cependant vérifier qu'ils possèdent des encodeurs et y ajouter au moins une buté de fin de course

tu as aussi cette option de design couplé à un moteur pas à pas

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https://fr.aliexpress.com/item/10000209 ... web201603_
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Re: [Projet] conversion de la boite de vitesse manuelle en boite séquentielle

Message par rAthus »

Effectivement pour l'heure c'est à priori la meilleure option, on verra bien quand je l'aurai....

Par contre j'ai aucune idée de ce qu'est un encodeur ! :ptdr:

Pour les fins de courses, ça sera des contacteurs qui indiqueront à l'Arduino de couper, ça permettera au passage d'ajuster facilement les courses si besoin. Et si dans le pire des cas un contacteur décède ou un bug intervient, la course maximum du vérin ne sera qu'un centimètre environ plus loin que la "butée" du câble qui a la plus petite course, ça sera absorbé par un système de ressort que je devrais dans tous les cas mettre en place pour laisser une flexibilité entre le mouvement du vérin et celui du câble, pour les cas où les synchros ne s'alignent pas tout de suite et que le passage de rapport force.
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