Portfolio Pneu

Modélisation Catia

Juillet 2009

Pneu fictif GOODYEAR Eagle Asymetrics Wrangler

Structure interne du pneu Présentation : Quel conducteur ne s’est jamais demandé comment était fait un pneu ? Et bien, je vais profiter d’en avoir modélisé un le plus proche possible de la réalité pour vous le présenter. Le pneu présenté n’est pas tout à fait réel. Les dimensions existent mais sont « hors normes »; les sculptures s’en inspirent sans être strictement exactes, et il dispose de certaines « innovations » qui même si elles existent, ne sont pas toutes de Goodyear, et ont donc peu de chance de se trouver dans le même pneu ! La modélisation a dépassé les capacités de mon PC : certaines choses n’ont pas pu être présen-

tées, comme un modèle 3D par PDF, la modélisation du comportement physique, les mouvements... La simple mise en plan a posé beaucoup de problème ! Ce pneu a été modélisé dans le cadre d’un « exercice de style » pour apprendre via Catia à modéliser un concept-car tournant autour de l’idée du « moteur roue » électrique. Cette voiture, à défaut de mieux pour le moment, s’appelle « EVA », la « marque » de celle-ci « IDAM ». Je vous présenterai au fur et à mesure les « innovations » dont le pneu dispose, et je vous présenterai les différents éléments qui restent très proches de ce qu’on retrouve sur tout pneu moderne.

Le pneu de l’Eva, sans matière, rendu sur Acrobat toolkit 3D.

Bonne lecture à vous, et j’espère que ce petit « vrai faux » topo sur les pneus vous intéressera !

Brève sur la modélisation :

Sommaire Modelisation catia

1

Bande de roulement

2

Marquage de flanc

3

Fabrication & constitutif caoutchouc

4

Nappes textiles et tringles acier

5

Détails internes du pneu

5

ma présentation et mes essais.

6

Ce pneu est le 3° réalisé, le premier a servi de base pour apprendre, le second a été corrompu. Il présente donc l’aboutissement des techniques que j’ai pu apprendre, bien qu’il ne les présente pas toutes. Il a été créé via Catia V5R12 sur un PC de faible puissance. Ont été maitrisés (mais pas forcément abordés sur le pneu, soit parce que le pneu ne s’y prête pas, soit parce que mon PC en a été incapable sur ce dernier :

•

atelier de rendu « photo studio »

•

Atelier de kinematics

•

Système de formule de contrainte « knowedge editor »

•

Atelier « analyse » pour l’étude du comportement physique

•

Drafting

•

Assemblage

•

Part design.

•

Wireframe and surface

En outre, d’ici peu et au fur et à mesure de l’avancement de « L’eva » seront appris les ateliers « freestyle », tôlerie (déjà abordé un petit peu), Shape design et globalement la modélisation par « nurbs ». Plus tard encore, j’espère pouvoir aborder les thèmes d’électrification et système électronique par les ateliers dédiés.

Structure interne du pneu

De l’importance des sculptures

Rendu des matériaux et de l’arborescence du pneu sur catia.

Au cours de la modélisation de l’eva, et sachant la connotation « miroutière / mitout chemin » de cette dernière, j’en suis nécessairement venu à m’interroger sur le « dessin » des sculptures. L’eva disposant à priori de vérins électriques permettant de

modifier « à la volée » le carrossage (voir schémas ci dessous) de la roue, j’ai créé un pneu « hybride » (dit assymétrique) présentant des sculptures inspirées d e s p n e u s « wrangler » pour les buggy sur la face intérieure (présenté en cas de carrossage négatif) et les motifs « eagle F1 » reconnus comme un « must » en conduite sur route,

sur le coté extérieur (présenté donc en cas de carrossage positif)

La bande de roulement Bénéficiant donc d’une allure assymétrisée complètement, elle a fait l’objet d’un soin extrême apporté aux détails, et présente a cc e s so ir e me n t q u elq u es « innovations » trouvées sur le web, comme par exemple la rigole externe, de Michelin, permettant d’éviter les nuages d’eau. Le coté externe dispose

de profondes rainures modélisées rainures, assurant le « témoin » par combinaison d e du vieillissement du pneu sont « projection » / « surface fidèlement représentés. épaisse » / booléen « retirer » tandis que la partie interne, plus géométrique et dédiée à l’évacuation de gros éléments (gravier, boue ..) est modélisée sur des « combinaisons » booléenne. Les picots et micro-

La bande de roulement est ainsi la pièce la plus lourde et complexe de l’assemblage. Elle nécessite le plus de ressources et est donc responsable des échecs des simulations, des mises en plan plus précises … Pour l’information, les maté-

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riaux sont issus du programme « CES Granta » et sont donc fidèlement modélisés. Je n’ai pu trouver les caractéristiques des matériaux « BioTRED » de goodyear incluant de l’amidon de maïs dans la constitution du noir de carbone.

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Marquage de flanc. l’arrière du flanc a été « strié » comme cela est le cas sur certains pneus.

Le flanc est le second élément ayant nécessité quelques astuces de création, notamment à cause du texte, qui a du être vectorisé séparément, Catia ne proposant pas (encore) de modules de rédaction 3D. Il est scrupuleusement respecté comme sur un vrai pneu, et

Le pneu choisi ici est un « 275/30 R20 ». La largeur a été choisie la plus large possible pour pouvoir aisément installer les sculptures assymétriques, le faible rapport de la hauteur de jupe (30% de 275 mm) pour laisser le plus de place possible au « moteur roue » et le diamètre de 20 pouce intérieur pour la même

raison. Le 13 flanc ex12 terne dis11 pose de 10 9 marquage 8 supplémen7 taire (DOT 6 et flèche de sens de 5 rotation) pour le différencier, conformément à ce qui est pratiqué sur de vrais pneus.

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C

Le marquage des pneus : (voir la prise de vue en haut de page pour les numéros) 1 : Nom commercial. Ici le nom est fictif et couple les noms commerciaux « eagle F1 », « Wrangler » et l’appellation technique « asymetric » pour exprimer les qualités du pneu. 2 : DOT ATES …. : licence d’utilisation aux USA. DOT signifie homologation route. On ne la trouve donc pas sur des pneus stick course ou trop spécifique. De plus, ce marquage n’est présent que sur la (ou les) faces pouvant être placée à l’extérieur. (dans les cas des pneus symétriques, des deux cotés, donc) 3 : technologie utilisée (par exemple Radial / renforced ou encore les marquages constructeur dans le cas (comme ici) où le pneu est réalisé « sur mesure » pour une voiture

A

spécifique. 4 : E11 … : licence européenne. Même considération que « DOT » (voir 2)

B

5 : technologie RADIALE (voir page suivante) 6 : marquage technique. Ici la liste des innovations : pontTM kevelar pour celle de Dunload de l’Apex (voir page suivante), cybertyre pour les capteurs (pirreli) integrés, BioTRED pour l’amidon de maïs dans la composition du noir de carbone (GoodYear), et enfin « GlueSEAL » (normalement contiseal) pour le gel anti crevaison de continental. 7 : 275 largeur de section en mm (cote A) 8 : rapport entre la largeur et la hauteur de section (défini la hauteur) en % (cote C)

9 : R = Radial. 20 = diamètre intérieur du pneu (= diamètre utile jante.) en pouce. (1 pouce = 25.4 mm) (cote B) 10* : 97 : indice de masse supporté par pneu. Ici 97 = 730 Kg 11* : indice de vitesse max. ici Y = 300 Km/h. 12 : flèche de sens de rotation de la roue. Présent que sur le(s) flanc pouvant être monté coté extérieur du véhicule. 13 : lieu de fabrication. 14 : marquage et nom du manufacturier.

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* : le surdimensionnement est réel puisque repris d’un pneu sport existant. Je l’ ai choisi toutefois largement au dessus des requis de la voiture créée pour être représentative d’une très bonne solidité du pneu, soumis à des utilisations très contraignantes. Pour plus d’informations sur les pneus et les jantes : - http://club.corrado.free.fr/general/pneu/ pneu.htm - http://www.jantes-alu.com/blog-tuning/ technique Pour des indications sur les tableaux d’indices : -http://www.pneus-online.fr/indices-charge-etvitesse-conseils.html

Structure interne du pneu

Un pneu, c’est constitué de quoi ?

Structure interne d’un pneu (flanc et bande de roulement retiré)

Un pneu, contrairement à ce que peut suggérer son allure finale simpliste, est en réalité constitué de plusieurs éléments, qui sont ensuite pressés à haute température / haute pression (opération appelé « vulcanisation ».)

ou synthétique mélangé à du « noir de carbonne » et d’autres composés, en proportion variable), de câbles d’acier (entourés d’une gaine de laiton) et de fibres textile (ou du nylon, comme ici).

Structurellement, c’est plus d’une dizaine d’éléments qui entrent en jeu dans la constitution d’un pneu moderne (dit TUBELESS et RADIAL). Ces éléments sont principalement constitués soit de « gomme » (caoutchouc naturel

Le montage des différents éléments se fait sur un « patron » puis est pressé dans un four moulé qui lui donne ses rainures, marquages, et ajoute de la cilice aux composés. (c’est de cet ajout que vient le terme vulcanisation)

Les éléments à base de gomme Les éléments à base de caoutchouc, repartis sur l’ensemble du pneu, sont obtenus par extrusion (comme les profilés) puis assemblés à la fin. Selon leurs positions et utilisé, leur constitution et leurs performances sont différentes. Ainsi, la bande de roulement aura un comportement et des requis différents de la gomme intérieure, qui assure une zone d’étanchéité

C’est l’ajout de silice pendant la vulcanisation qui ajoute à ces éléments leurs coté « élastique », durant la vulcanisation. De même, la silice, autant que le pressage et la tempéPage 4

entre le reste du pneu et la jante. De même, certains constructeurs prennent des « initiatives » dans ces composés et en créent régulièrement d’autres, comme le BioTRED

rature, entre en jeu dans le mécanisme chimique complexe qui permet à l’ensemble du pneu de devenir un seul et unique élément absolument indissociable. En somme la silice joue le rôle de « glue » au sein du pneu en fixant tous les éléments ensemble.

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Les nappes de câbles et tringleries Le second élément présent dans un peu, et en grande quantité, sont les réseaux de câbles.

contention de l’air. Elle est en fibre textile, parfois en nylon. (c’est le cas ici)

On distingue au moins 3 réseaux de câblage, qui sont eux même sous constitués d’autres réseaux. Il y a d’une part la « tringlerie », double câble fin d’acier tressé (plusieurs brins entrent dans sa composition) qui assure la tenue du pneu dans la jante et la pression exercée par le talon du pneu pour assurer l’étanchéité. Ensuite, il y a la nappe dite « radiale », assurant la rigidité globale du pneu, elle enserre la zone de

Enfin, les nappes sommet (au nombre de deux ou trois) sont en textiles ou en métal (acier) et se croisent pour assurer à la fois la résistance aux torsions, aux accélérations et freinages (pour la première nappe, facultative) et la rigidité globale de la bande de roulement. Ces nappes sont créées en prenant en sandwich les fibres entre deux nappes de caoutchouc (on appelle ceci « calandré »). La silice, réagissant avec le cuivre des tringles

en acier, produit du sulfure de cuivre en vulcanisant assurant l’adhérence des câbles au pneu. Il en va de même pour les textiles, où des polymères sont ajoutés dans le même but. Ces surfaces sont ensuite découpées et agencées pour présenter l’angle et l’allure voulue. Les nappes sommet (les deux obligatoires) et la nappe carcasse dessinent en se croisant un triangle dit « triangulation » qui ont la particularité d’être indéformable

La liste des constituants, tous présents dans l’arborescence catia, est assez importante.

Ci dessous, cette vue permet de mieux comprendre le tissage des câbles et la géométrie résultante. (triangulation)

Liste des constituants internes. 1) ContiSEAL (rappelé GlueSEAL) : innovation constituée d’un gel, dans la partie supérieure de la jupe intérieure, permettant sous la pression de l’air de reboucher une crevaison de 5mm de diamètre 2) jupe intérieure. Assure la zone d’étanchéité avec la jante : l’échappement de l’air est freiné en cas de crevaison, les coûts et l’entretien sont améliorés. 3) nappe carcasse. Ici en nylon. Assure la tenue et la rigidité globale du pneu, notamment en renforçant la tenue au poids 4) protecteur sommet : élément en caoutchouc permettant de combler l’espace entre la nappe carcasse et les nappes sommet. 5) nappe de détecteur. Innovation de Pirelli (Cybertyre). Génère ellemême son énergie et transmet par radio une image colorisée représentant température, pression du sol et même crevaison . 6) protecteur intérieur : assure le maintien de la jupe intérieure contre les autres éléments et parties du « talon » du pneu faisant pression sur la jante pour assurer l’étanchéité. 7) la tringle en acier. Maintient le pneu dans la jante et assure la pression du talon sur celle-ci. 8) protecteur interne. Partie en gomme molle permettant d’assurer une bonne répartition de l’effort de la tringle sur l’ensemble du talon. Page 5

9) apex : traditionnellement en gomme dure (ici en kevelar, innovation dunlop PontTM Kevelar). Assure le maintien de la tringle et contre les efforts en torsion du pneu. Le kevelar augmente la durée de vie du pneu, améliore l’adhérence et la consommation. 10) nappe sommet 3 : tringle à –45° 11) nappe sommet 2 : tringle à 45°. Avec la nappe sommet 3 et la nappe carcasse, elle dessine des triangles indéformables, assurant ainsi la rigidité de la bande de roulement. 12) nappe sommet 1 : placé dans le sens longitudinal (90° par rapport à la nappe carcasse) elle assure une meilleure tenue dans les accélérations / freinage brutaux pour les véhicules dit « sportifs » (vitesse ou sollicitation) 13) la bande de roulement. Elle est posée SUR le flanc mais peut l’être sous. Elle assure l’adhésion du pneu sur la route et doit tenir compte des différents types de sol. Ici, elle utilise des sculptures assymétriques et la capacité de la voiture à gérer l’angle de carrossage. 14) le protecteur extérieur, placé sur le flanc (15), ferme le dispositif du 13 talon complètement. 15) le flanc : en caoutchouc souple il assure la protection du pneu en cas de 16 choc latéral. C’est une des parties les 14 plus fragiles du pneu et est donc souvent épaissis, donnant l’aspect 15 « rondouillard » du pneu. 16) cette rigole n’est présente que sur certains pneus route et camion de Michelin et constitue une innovation en évitant les gerbes d’eau projetée.

Ci-dessous : vue en écorché et légendes.

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Présentation personnelle.

A la recherche d ’ un emploi depuis quelques mois, je suis parti du constat que technicien électronique, à La Rochelle, n ’ était pas un métier très recherché, tandis que plusieurs emplois tournant autour du logiciel Catia m ’ ont été proposé puis refusé par manque d ’ expérience, en dépit d ’ un CV en adéquation avec le milieu. Lors d ’ une année passée à l’ E IGSI, j ’ ai eu une sensibilisation à Catia, et voulant reprendre mes études en ingénierie généraliste par alternance, en 2009, j ’ ai réappris et même approfondi énormément mes connaissances sous ce logiciel afin de trouver, idéalement, un emploi qui correspondrait à mes ambitions futures. Mon niveau sous Catia aujourd ’ hui me permet de chercher un emploi, d ’ une part, et m ’ a permis également d ’ être accepté dans le cercle des rédacteurs de « developpez.com » où je vais tenir, sous peu, une nouvelle rubrique « CAO » avec un premier tutoriel, présentant la création des DEUX roues ( l ’ ancienne et la nouvelle ) dans une cinquantaine de pages, en parlant également de l ’ analyse physique, la cinématique, le rendu, l ’ utilisation de logiciels tiers ( illustrator, photoshop, Granta CES, 3DS max et brazil … ). Ce tutoriel est en court de rédaction, de pourparler avec l ’ équipe de developpez, et sera mis en ligne dans la ou les semaines à venir. J ’ espère que le niveau de détails de la roue, la précision apportée et les travaux de recherche et de réalisme que cela a demandé vous auront satisfait, et sont représentatif pour vous de la qualité du travail dont je suis capable. De même, j ’ espère que mon choix rédactionnel pour la présentation de mon travail ne vous aura pas déplu, mon ambition étant de présenter autant le résultat que mes compétences, ainsi que mettre en évidence mes qualités rédactionnelles.

Pour les images ci-contre : J’ai préféré faire un pneu extrêmement réaliste par « défi » et par envie de faire totalement un produit le plus proche possible de la réalité, avec toutefois les informations dont je pouvais disposer facilement et les outils à ma disposition. Débutant sur Catia, j’avais fait de nombreux modèles, plus simple, avant d’attaquer ce pneu. Je vous présente donc ci contre mes anciens travaux, significatifs de mes progrès. Part ailleurs, cela me permettra de présenter rapidement d’autres éléments modélisés (qui doivent toutefois, pour la jante au moins, être retouché pour correspondre au nouveau pneu) méritant d’illustrer d’autres techni-

ques abordées sous Catia que mon pneu seul ne peut pas montrer (ou que mon PC n’a pas été capable de reproduire avec un élément aussi complexe) (le dessin est le dernier pneu, a titre de rappel pour comparaison)