Direction Ackermann

Pour expliquer certains fonctionnements, principes et fondements.
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thiti55
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Messagepar thiti55 » Jeu Juil 08, 2010 11:02 pm

L'effet Ackermann permet de contrer un problème de direction du véhicule.

Le point de départ : une moto.
Considérons cette moto comme un point.
Lorsque la moto tourne, elle effectue un arc de cercle. Si on laissait la moto tourner d'un tour complet en gardant le guidon dans la même position, on ferait un cercle.

Le point de départ : une voiture.
Considérons cette voiture comme un point.
Lorsque la voiture tourne, elle effectue un arc de cercle. Si on laissait la voiture tourner d'un tour complet en gardant le volant dans la même position, on ferait un cercle.

Considérons maintenant cette voiture comme deux points car une voiture se dirige avec deux roues.
Lorsque la voiture tourne, elle effectue un arc de cercle pour chaque roue car les roues sont espacées de la valeur de la largeur de la voiture. On a donc deux cercles concentriques (deux cercles de différents diamètres ayant le même centre).

Image

Lorsque la voiture roule en ligne droite, les roues sont parallèles. Dans ce cas, il n'y a pas de problèmes.

Dans les directions communes, si on trace les droites passant par les points de rotation de la direction, on obtient un parallélogramme.
Et si on trace les droites coupant les roues dans leur longueur, elle sont parallèles aux bras des fusées.
Résultat : si on tourne le volant, les roues tournent en restant parallèles.

Lorsque la voiture tourne, la roue intérieure au virage doit tracer un cercle plus petit que la roue extérieure. Si les roues sont parallèles, c'est comme si elles effectuaient le même mouvement et donc traçaient le même cercle.

Pour que les roues tracent un cercle différent, il faut que l'angle de braquage soit plus fort sur la roue intérieure afin de tracer un cercle plus petit.
C'est ici qu'intervient Ackermann. Le fait que les points de pivot reliés forment un trapèze permet d'avoir des angles de braquage différents pour les deux roues.

Image

Je vais reprendre cette image qui explique tout.

Ici on voit bien le trapèze formé par les points de rotation. Lorsqu'on tourne, la barre de direction déplace plus la roue qui est à l'intérieure car on ne déplace pas la barre selon une droite mais selon un cercle dont la barre serait la tangente étant donné que les contraintes du trapèze ne permettent pas un déplacement parallèle de l'essieu et de la barre de direction.

Tout ça pour dire que la direction Ackermann doit se faire avec un mouvement de rotation et que pour repérer une direction de type Ackermann, les roues tournées ne doivent pas être parallèles et la direction doit effectuer un mouvement de rotation.

Image

Exemple ici avec la direction commandée par un servomoteur sur une voiture télécommandée. On voit bien en rouge le système de direction.

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Messagepar GuilliuG » Ven Juil 09, 2010 8:48 am

Merci à tous pour vos réponses :)

Maintenant j'vais voir ce que ça donne en pratique :frotte:
Mon site web

"Les meilleures idées sont celles qu'on n'a pas encore eues "

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Messagepar quentin12 » Ven Juil 09, 2010 4:06 pm

J'ai monté la direction du 8295 d'après les photos de la review et c'est bien une direction Ackermann.

Quentin.

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Messagepar tango zoulou » Ven Juil 06, 2012 12:10 pm

préambule

-Attention, Ce post est long car il suit une démarche scientifique
-Si vous avez le courage de tout lire, vous serez convaincu et vous appliquerez ce principe (j’espère en tout cas)
-sinon, il faudra me croire sur parole
-
message humoristique :)


sommaire :

- introduction
- mise en situation
- pourquoi ?
« de la théorie... »

- comment faire ?
« ...à la pratique. » :lol:

-solution 1
-solution 2
-réglage
- mise en pratique rapide
-conclusion

introduction :

Quand mon prof de méca m'a dit :

mon prof de méca a écrit:les roues d'une voiture ne braque pas du même angle


Il m'a lancé une sorte de défis.
En fouillant un peu sur le site, je n'ai vu quasiment aucune direction similaire ( ackermann ) sur les MOCs et sur les set officiels Lego.
Bref, il est temps de mettre ça au clair.

Qu'est ce qu'une directions ?
Wikipedia a écrit: La direction d'une automobile ou d'un véhicule routier en général, est l'ensemble des organes qui permet de modifier l'orientation de sa trajectoire et donc de prendre des virages.


Traduction en image. (j'en profite pour poser le vocabulaire)
Image

mise en pratique :

Avant d'expliquer quoi que ce soit, nous allons comprendre quel est le problème des directions parallèles.

Réalisez rapidement un petit châssis comme sur la photos, il faut que les 4 roues soient directrices (4WS).
Image
Faites le rouler avec les roues droites.
Ensuite, braquez les roues à fond en 4WS (pas en crabe).
Image
Refaites rouler le châssis et observez.

Observation :
Le châssis ne roule plus avec les roues braquées.
Conclusion :
La direction parallèle présente beaucoup de frottements.

Pourquoi ?

Pourquoi ?
transition de malade, non ? :petuncable:


Il faut savoir, chose peu connu, que les roues d'une voiture ne braque pas du même angle.
En effet, il faut que chaque roues du véhicule tourne selon des arcs de cercles concentriques (même centre) pour ne pas qu'elles s’écartent.
En vous épargnant de tracer le schéma, on obtient ça :
Image
Ça alors ! Les roues ne doivent pas rester parallèles ! (eh oui, elle ne sont pas perpendiculaire à une même direction, si vous ne voyez pas très bien). De plus, c'est encore plus prononcé sur la direction 4WS si on tourne à fond.

Mais alors, comment faire ?

Comment faire ?

encore une transition de fous, je me sens plus :col:


J'ai un peu chercher sur internet mais je n'ai rien trouvé (j'aurais pu trouver la solution avec l'image de l'intro, mais ça m'a échapper).
Mais j'ai trouvé 2 solutions, dont l'une doit certainement être le vrai système.
Les deux n'ont pas la même intensité donc pas la même utilisation.

Solution 1 :

Utilisation :
MOC large et assez court en longueur, 4WS

L'idée de base était de rompre avec la forme classique du parallélogramme. J'ai trouvé dans quel sens en faisant des tests.

Le principe est le suivant : réaliser un trapèze droit dont le petit coté parallèle est le plus proche du milieu du véhicule.

En image, ça donne ça : (note : la solution rouge est tout à fait valable, c'est juste pour monter qu'on peut mettre la crémaillère à l'extérieur)
Image
Image
Image
En lego, je vous conseil de réaliser vos porte fusée sur des liftarm en L Image .

Personnellement, je préfère mettre la crémaillère à l'extérieur du véhicule pour me laisser la place de mettre les tringles .

Exemple de porte fusée assez costaux (pour MOC moyen):
Image
Image
Preuve que ça marche sur mon mon autocar :
Image
Pour les ponts à portiques de l'Unimog Image , il faudra utiliser des cross block plus long Image pour une crémaillère interne, des connecteurs 1 Image pour une crémaillère externe, à la place d'un cross block simple Image . Désolé, je n'ai pas les pièces pour vous l’illustrer mieux.
Ça sent la modif du set officiel a plein nez. :P


Solution 2 :

Utilisation :
MOC assez effilé, beaucoup moins large que long.

C'est une solution dont j'ai du mal à l'expliquer. Je l'ai découverte par hasard en réalisant un mauvais jeu de tringle.

Le principe est le suivant : décaler la tringle vers l’intérieur du véhicule.

Traduction en image : (pareil, la solution rouge marche aussi bien que la verte)
Image
Image
Image
Pour les moyeux, vous pouvez ainsi utiliser les connecteurs classiques : Image que je déconseil car il n'y a q'une liaison pivot (insuffisant).

Mais vous pouvez aussi utiliser les portes fusées préfabriqués comme cela : Image
Il vous faudra en revanche faire des tringles en combinant ces pièces :
Image

Le problème de cette solution, c'est que si on élargis le châssis, il faudra décaler 2 fois la tringle vers l’intérieur pour compenser :
-la diminution de son effet
-et l'augmentation de la différence (voir réglage).

Dernier chose, il faut absolument que la crémaillère soit indépendante des tringle (pour les deux solutions), et qu'elle soit en liaison glissière avec le châssis.
Exemple de montage pratique :
Image

réglage :

Je n'ai pas de formule magique à vous proposer.
dommage

Mais il faut prendre en compte 2 variables :
La longueur et la largeur du rectangle formé par les points de pivot des roues directrices et la droite des roues fixes.
Plus le rapport largeur/longueur est grand, plus il faudra accentué la différence de braquages des roues, donc privilégier la solution 1.
Le meilleur moyen de faire ses réglage est de dessiner un schéma du MOC à l’échelle, et de tracer les droites comme sur mon schéma du début. Ensuite, vous chercher à tâtons les meilleurs meilleurs dimensions.

mise en pratique rapide :

Vous n’êtes pas convaincu par mon blabla ?
Essayez le vous même !

Reprenez le châssis du début, et changez les moyeux par cela :
Image
Image
Refaites la même expérience et observez de nouveau.
Image
Observation :
Ça frotte beaucoup moins !
Sans blague ! :oops:


Comparez les deux directions en changeant alternativement la taille de la tringle. C'est saisissant !

Conclusion :

C'est bon, vous êtes convaincu ?
Alors maintenant, faites moi plaisir et ne construisez que des directions ackermann.


Si vous avez des questions, n'hésitez pas car j'ai certainement oublié des choses, il y a tant à dire !
De même, si vous avez d'autre solutions, n'hésitez pas à les ajouter !
La plus grosse difficulté dans la création, ce n'est pas de faire quelque chose qui n'existe pas, mais de faire quelque chose qui peut exister.

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Messagepar Alban42800 » Ven Juil 06, 2012 1:31 pm

Bravo pour ce post qui mérite d'être post-ité :clap:
Cela à l'air clair avec des exemples, j'aime bien.

Il arrive parfois qu'on ne réussisse pas à intégrer ackermann dans les mocs, même pire qu'il se fasse à l'envers (crémaillère extérieur et porte fusées avec un angle).

Mais il existe bien dans plusieurs modèles LEGO : 8880, 8860, 8865...

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Messagepar Plastik » Ven Juil 06, 2012 1:48 pm

Bon post qui propose pas mal de solutions!!

Par contre la seule "véritable direction ackermann" est celle de ton dernier montage, celle ou il y a un liftarm "monobloc" entre les deux pivot des portes fusées.
de cette facon, on a bien un quadrilatere qui est un trapeze lorsque la direction est au point neutre.

Ta solution 1 et 2 ne sont que des approximations d'une vrai direction ackermann...

tango zoulou a écrit:réglage :
Je n'ai pas de formule magique à vous proposer.

Si! tu place ta direction au neutre, ton quadrilatère a donc une forme de trapeze.
Dans cette position là, il faut que les axes formés par les deux petit cotés du trapèze se coupent au centre de l'essieu arriere du véhicule :
Image


quelques liens intéressants :
http://www.beam-wiki.org/wiki/Steering_Techniques
http://www.rctek.com/technical/handling/ackerman_steering_principle.html

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Messagepar Pikalego » Ven Juil 06, 2012 1:53 pm

Le pneu extérieur suis une autre trajectoire donc ne risque t'il pas de glisser sur l'axe et de s'enlever ? Je veux aussi dire par là qu'il y a plus de frottements ?

C'est sensé réduire les frottements mais je ne vois pas comment.

Quelqu'un pourrait m'aider ?

Merci,
Pikalego
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Messagepar Alban42800 » Ven Juil 06, 2012 2:22 pm

En virage les roues à l'extérieur du virage suivent un arc de cercle plus grand que les roues qui sont à l'intérieur. C'est pour cela qu'elles ne vont pas exactement dans la même direction : Elles ne passent pas sur le même cercle.

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Messagepar Ponchon » Ven Juil 06, 2012 2:27 pm

Pikalego a écrit:C'est sensé réduire les frottements mais je ne vois pas comment. Quelqu'un pourrait m'aider ?

Quand tu braques, tes roues forment deux cercles ( un cercle par roue ).
Image
Ils n'ont pas la même circonférence comme tu peux le constater, donc cette direction permet de suivre les angles différents en ayant le moins de ripage possible vu qu'ils ont l'alignement parfait.
Par contre dans une direction comme on a l'habitude de faire, si tu le mets par schéma cela devrai donner ça :
Image
Or, cela est faut mécaniquement parlant ! Donc il y a bien un ripage important, par contre dans cette dernière configuration la roue intérieure doit subir un effort vers l'extérieur ( elle risque de glisser sur l'axe et de s'enlever, mais cela s'avère très rare ) et l'autre côté c'est l’inverse, le ripage ce fait de manière à ce que la roue veuille rentrée dans le châssis.
Donc pour conclure, la direction Ackermann et la seule à pouvoir concevoir deux angles différents sans avoir un ripage.
« L’imagination est plus importante que le savoir. » de Albert Einstein

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Messagepar tango zoulou » Ven Juil 06, 2012 2:40 pm

Alban42800 a écrit:Bravo pour ce post qui mérite d'être post-ité :clap:
Cela à l'air clair avec des exemples, j'aime bien.

Merci beaucoup pour tes commentaires. :)
J'ai failli ne pas le poster, mais je me suis remotivé par toutes ces heures de travail que j'ai laissé.

Alban42800 a écrit:Mais il existe bien dans plusieurs modèles LEGO : 8880, 8860, 8865...

Merci pour les référence, je ne les avais pas remarqués.


Plastik a écrit:Par contre la seule "véritable direction ackermann" est celle de ton dernier montage, celle ou il y a un liftarm "monobloc" entre les deux pivot des portes fusées.
de cette facon, on a bien un quadrilatere qui est un trapeze lorsque la direction est au point neutre.

Crois moi, toutes les solutions proposé ont l'effet ackermann, même la 2 qui est incompréhensible.
Après, le vrai système est celui de la solution 1, mais la solution 2 permet de corriger le défaut des portes fusées préfabriqués.


Plastik a écrit:Image

J'avais vue cette image après avoir fait mon brouillon, mais je ne vois pas pourquoi ces lignes doivent converger vers l'essieu.
Il y a surement une démonstration géométrique qui m'échappe.
La plus grosse difficulté dans la création, ce n'est pas de faire quelque chose qui n'existe pas, mais de faire quelque chose qui peut exister.

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Messagepar waldorf » Ven Juil 06, 2012 3:11 pm

Très bel exposé et très instructif ! Chapeau !

moi aussi j'aime bien les spoiler :lol:


Les diagrammes concernant l' Ackermann steering geometry ( Rudolf Ackermann 1764–1834), sont a l'origine un concept utilisé pour les calèches ayant pour but de limiter le crissage absolument insupportable des bandages en acier des roues sur les pavés . A cette époque les plus riches villageois étendaient de la paille devant leur demeure pour diminuer les nuisances sonores dues au martèlement des fers et des bandages .

Ce concept appliqué a l'automobile est plus connus en Europe sous le nom d'épure de Janteaud .( C'est exactement la même chose)

Image


:)

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Messagepar Dadyne » Mer Juil 11, 2012 9:44 am

Alors ça c'est de l'explication on ne peut plus claire !!! :)

Merci... A tester en vrai donc !

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Messagepar tango zoulou » Mer Juil 11, 2012 10:30 am

Dadyne a écrit:Alors ça c'est de l'explication on ne peut plus claire !!! :)

Merci :resp: .
Mon secret ? Des heures de travail et de la motivation, c'est tout.
D'ailleurs, j'ai travaillé gratuitement, mais rassurez vous, un jour je demanderais la monnaie de ma pièce :frotte: .




Sinon j'ai réfléchis à cette image :
Image

Je comprend mieux pourquoi je ne la comprenait pas (vous comprenez vous ? :lol: ).
En fait la solution 1 est mathématiquement fausse ! (à peu près)
Je ne peux pas vous l’expliquer comme ça, mais le problème vient que le système bielle manivelle est sinusoïdale.
Je vais essayer de faire une démonstration avec Solidworks (si j'y arrive !).
Ma question est la suivante : comment tirer une vérité de quelque chose qui est faux ?
Whaaa ! La phrase de fous ! :tintin:

Je fais les tests et je vous tient au courant.

@PG52 :
Il serait intéressant que tu vienne expliquer ta solution de ton Trial truck crawler orange, histoire de parfaire ce post incomplet.
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Messagepar PG52 » Mer Juil 11, 2012 1:36 pm

J'ai beaucoup apprécié l'explication que tu as donnée de la direction Ackermann, je vais d'ailleurs m'en servir dès cet après-midi (un p'tit essieu sur le feu :pizz: ).
Je ne sais pas expliquer pourquoi l'effet est inverse par rapport à la direction classique ; j'ai fait un petit schéma pour montrer le fonctionnement.

Image

Pour expliquer le principe : la crémaillère (trait rouge) reste parallèle et équidistante de l'axe reliant les points de pivot des roues (trait noir), et est plus longue que celui-ci si elle est placée derrière (pas testé si elle est devant, c'est prévu). Elle coulisse donc de droite à gauche uniquement. Aux extrémités de celle-ci se trouvent des connecteurs (points rouges) dans lesquels des axes (traits verts) coulissent ; ces axes sont perpendiculaires à la crémaillère au repos, et sont solidaires des moyeux.
Quand on bouge la crémaillère, les connecteurs coulissent sur les axes et font bouger les moyeux ; l'angle des moyeux est différent :)

Ce n'est pas une "vraie" direction Ackermann, mais l'effet est là. Il est de quelques degrés seulement par contre, à réserver donc aux MOCs avec empattement court (tracteurs entre autres).

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Messagepar tango zoulou » Mer Juil 11, 2012 2:17 pm

PG52 a écrit:Il est de quelques degrés seulement par contre, à réserver donc aux MOCs avec empattement court (tracteurs entre autres).

Au contraire, son effet est faible donc il est réservé à un empattement long. :pamafote:
La preuve, regarde le schéma que j'avais fait:
Image

Imagine toi prolonger le châssis à l'infini.
Que ce passe t' il ? Les droites perpendiculaire aux roues directrices se rapprochent jusqu’à devenir confondues.
conclusion
Plus l'empattement est long, moins la différence de braquage doit être accentué.
Je l'ai surement très mal expliqué:
moi même a écrit:La longueur et la largeur du rectangle formé par les points de pivot des roues directrices et la droite des roues fixes.
Plus le rapport largeur/longueur est grand, plus il faudra accentué la différence de braquages des roues


En tout cas, merci pour cette 3éme solution. :resp: :resp:
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