CLIMACAR : le climatiseur dorsal pour voiture

CLIMACAR : Le Climatiseur Dorsal Pour Voiture

Sommaire : 

1. Introduction
2. Analyse du marché / Analyse fonctionnelle / Cahier des charges
3. Croquis / Inventaire des solutions
4. Conception et modélisation CREO
5. Fabrication / Prototype final
6. Organisation dans le temps, répartition des tâches
7. Conclusion / Optimisation
8. Flyer

1) Introduction :

Dans le cadre du projet S3 - Optimisation Produit à l'INSA Strasbourg, il nous a été demandé de développer un produit répondant à une problématique particulière à savoir réfléchir à un objet qui n'a pas encore d'existence. Il s'agit en somme de stimuler notre créativité tout en restant dans une véritable démarche de conception en appui sur une méthodologie éprouvée. Nous avons donc décidé de travailler sur l'idée suivante : réfléchir au refroidissement du dos du conducteur ou des passagers d'une voiture. 

En effet, nous avons constaté que la majorité des voitures ne sont pas équipées d’un système permettant de rafraîchir le dos des passagers. Or, durant les périodes de fortes chaleurs et malgré la climatisation, cette partie du corps, en contact prolongé avec le siège, est soumise à des frottements entraînant une transpiration importante et un inconfort certain.

Ainsi, nous avons eu l’idée de concevoir un prototype remédiant à ce constat, facilement installable sur une voiture, qui permettrait aux passagers d’effectuer un trajet par forte chaleur sans transpirer dans le dos. Après avoir étudié les solutions existantes, nous en avons conclu qu’utiliser l’air extérieur comme source de rafraîchissement pouvait être une solution innovante.

Notre projet consiste donc à fixer une buse d'entrée d'air sur le toit de la voiture. Celui-ci sera relié à un tuyau flexible relié à un dossier, accroché au siège, qui aurait pour vertu de diffuser le flux d’air directement entre le dos et le siège.

2) Analyse du marché / Analyse fonctionnelle / Cahier des charges :

L'entièreté des rafraichisseurs de dos pour voiture vendus sur le marché utilisent des ventilateurs électriques alimentés par la batterie de la voiture. C'est pourquoi, nous nous sommes donné comme objectif de ne pas utiliser cette forme d'energie et d'exploiter l'air extérieur à la voiture.

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Cahier des charges de CLIMACAR :

- rafraichir le dos d'un condcuteur ou passager 

- utiliser l'air extérieur comme source de rafraichissement

- ne pas géner la conduite

- s'adapter à tout modèle de voiture 

- fixation solide à la portière

- principe de fixation pratique, intuitive et facile

- forme ergonomique assurant une assise confortable et adaptable

- ne pas entraver la sécurité des utilisateurs

Diagramme bête à cornes 

Diagramme pieuvre en phase d'utilisation

-FP1 : refroidir le dos du conducteur

-FC1 : ne pas être désagréable et/ou dangereux pour la conduite, être d'un design attirant, 

-FC2 : résister aux variations de température 

-FC3 : résister aux rayonnements 

-FC4 : capter l'air extérieur 

-FC5 : ne pas endommager la vitre, et lui permettre de fonctionner

-FC6 : fixer simplement et solidement sur le siège

-FC7 : ne pas endommager la carrosserie

-FC8 : fixer solidement à la carrosserie

Diagramme pieuvre en phase de repos

-FP1 : permettre à l’homme de ranger facilement le système dans la voiture

-FC1 : ne pas endommager le système en le stockant 

-FC2 : ne pas être endommagé par les changements de température  

-FC3 : stocker de manière ergonomique et facilement attrapable

-FC4 : permettre de laisser la plaque sur le siège sans l'entrée d'air posée sur la carrosserie 

3) Croquis / Inventaire des solutions :

Croquis du projet : 

Pour mettre en oeuvre notre prototype, nous avons dû penser à quelques solutions techniques afin récupérer un maximum d'air à l'extérieur de la voiture, de l'acheminer jusqu'à le dossier, fixé au siège. Pour cela, nous avons modélisé un capteur d'air permettant de répondre à la fonction de récupérer l'air extérieur. Cette buse d'entrée d'air est desinée de façon à acheminer les flux d'air vers un tuyau, qui sera relié au dossier. De plus, il sera fixé à la voiture à l'aide de quatre ventouses, permettant de pourvoir résister aux frottements de l'air lorsque le véhicule roulera à vive allure.

Concernant le tuyau, nous avons dédider d'opter pour un tuyau flexible, d'1cm de diamètre, nous permettant de le maintenir entre la fenêtre et le cadre de la portière tout en laissant passer le flux d'air raffraichissant.

Le dossier, quant à lui sera fixé à l'appui tête du siège à l'aide deux scratchs collés. Nous avons conçu ce dossier en découpant deux plaques souples (choisies à dessein) à la découpeuse laser, ce qui nous a permis d'obtenir une forme favorable à la diffusion du flux d'air sur le dos du passager. Ensuite nous avons collé ces deux plaques sur une troisième non découpée. Pour terminer, nous avons cousu une textile aéré par dessus sur lequel l'utilisateur pourra s'adosser.

Enfin le tuyau sera encastré, relié par collage au capteur d'air, rejoignant alors le dossier et sera relié au dossier via un raccord modélisé sur CREO.

Concernant le dimensionnement de la buse d'entrée d'air, nous avons déterminé les dimensions nécessaires à un flux d'air convenable pour rafraichir le dos. Voici les calculs effectués avant la fabrication pour définir la vitesse du flux d'air en sortie :

Hypothèse : écoulement laminaire

v1*S1 = v2*S2

Entrée :

S1 = 2*a*c + b²*π avec : a = 66,482 mm ; b = 33.223 mm ; c = 47,705 mm

S1 = 9.8*10^-3 m²

Sortie :

  R = 3 mm

S2 = π*R² = 2.8*10^-5 m²

Posons k = S1/S2 = 350

Donc v2 = 350*v1

Il parait évident que l'hypothèse d'un écoulement sans turbulences est peu réaliste. Les calculs confirment qu'un écoulement laminaire n'est pas envisageable , d'où l'intérêt d'une simulation des flux d'air sur CREO. 

4) Conception et modélisation CREO :

Dessins techniques réalisés sur CREO du capteur d'air et de l'adaptateur tuyau/dossier :

Modélisation en rendu réaliste, réalisé sur CREO, de CLIMACAR :

Simulation du comportement des flux d'air sur créo à l'intérieur de la buse d'entrée d'air : 

On constate qu'un flux d'air, bien que léger provient bien du capteur d'air, nous pouvons donc nous lancer sur la production de celui-ci. 

5) Fabrication / Prototype final :

Photos de certaines étapes de fabrication de fabrication de notre prototype :

Découpage des plaques à la découpeuse laser et collage entre elles:

Impression 3D de la buse d'entrée d'air (forme d'entonnoir) et de la pièce de raccord entre la plaque dorsale et le tuyau : 

Nous avons réalisé le prototype du capteur d'air  et du connecteur avec une imprimante 3D. Nous avons utilisé du PLA, un plastique rigide et facilement utilisable car le paramétrage sur le slicer est assez rapide.

Photos du pototype final et installation sur une voiture :

Après différents tests en conditions réalistes, nous pouvons conclure que notre prototype fonctione correctement lorsque le véhicule maintient une vitesse élevée dès l'ordre de 80 km/h. A cette allure le flux d'air est sufisant pour ressentir un courant de fraicheur se diffusant dans le dossier. De plus l'ouverture de la fenêtre, nécessaire au passage du tuyau, n'est pas génant à cette allure.

6) Organisation dans le temps, répartition des tâches :

Concernant la répartition des tâches, nous nous sommes organisés de la façon suivante :

- Arthur : Analyse fonctionnelle, assemblage du prototype, simulation CREO

- Pierre : Modélisation des pièces et rendu réaliste sur CREO

- Florian : Site internet, découpe laser pour le dossier

- Ramazan : Impression 3D des pièces, début assemblage du prototype, simulation CREO

Globalement, la répartission du travail fut équilibrée tant pour le temps passé que pour les responsabilités. Nous avons travaillé en groupe, avec beaucoup de communication et de collaboration. 

7) Conclusion / Optimisation :

En conclusion, nous sommes presque satisfaits de notre projet ainsi que du prototype que nous avons conçu. Nous avons réussi à apporter une solution inventive à une problématique qui concerne un grand nombre de personnes. Ce projet représentait notre première expérience de conception en autonomie, et il nous a permis de prendre conscience des défis liés à l’organisation dans le cadre d’un tel projet. Pour mieux structurer notre progression, nous avons décidé de répartir les tâches, ce qui nous a permis de nous concentrer sur des aspects spécifiques et d’optimiser notre temps de travail... et le produit lui-même.

Cependant, plusieurs améliorations pourraient encore être apportées à notre projet. Tout d’abord, le flux d’air provenant du capteur d'air reste encore trop faible pour offrir un refroidissement optimal, surtout à faible vitesse. Ensuite, l’utilisation de ce système nécessite de rouler avec une fenêtre ouverte pour pouvoir insérer le tuyau, sans qu'il soit pincé. Même si celui-ci est de petite taille, cela peut gêner certains utilisateurs. Par ailleurs, le dossier actuel aurait gagné en efficacité avec des dimensions plus importantes, permettant de mieux couvrir la surface du dos des passagers. Enfin, les finitions de notre prototype ne sont pas parfaites, notamment au niveau des assemblages, ce qui limite l’esthétique et la durabilité du produit dans son état actuel. 

8) Flyer :