La technologie à la vue de tous : les portes de voiture

Il y a beaucoup d’expressions courantes qui ne signifient plus ce qu’elles avaient l’habitude de dire. Par exemple, vous avez peut-être utilisé le terme « allumer les lumières ». Qu’est-ce que tu es en fait tournant? D’où est-ce que ça vient? Les anciennes lampes à gaz avaient une valve que vous tourniez physiquement, et la phrase restait simplement. Les enfants des années 90 n’ont aucune idée de la raison pour laquelle ils « composent » un numéro de téléphone. Qu’en est-il de « rouler la vitre de la voiture » ? Vous ne rencontrez pas souvent des portes de voiture à l’ancienne avec des serrures manuelles ou une manivelle pour enrouler la fenêtre. De nos jours, tout est électronique. Mais vous êtes-vous déjà demandé ce qui se passait à l’intérieur ?

Jetons un coup d’œil aux portes de voiture, comment elles vous protègent et comment cette feuille de verre glisse en place, scellant contre le vent, la pluie et le bruit. Bien sûr, il y a des portes de voiture fantaisistes comme des portes suicide ou des portes papillon sexy mais peu pratiques. Au moins un concept-car a même une porte qui disparaît sous le véhicule lorsqu’il s’ouvre ; regardez la vidéo ci-dessous. Mais même les portes de jardin sont des merveilles d’ingénierie mécanique. Une structure compacte, sécurisée et — surtout — fiable. Regardons comment ils font cela.

Conversion

Quand on y pense, un grand nombre de choses que nous construisons convertissent quelque chose en autre chose. De l’énergie au mouvement, par exemple. Ou d’un type de mouvement à un autre. Les mécanismes de porte de voiture ne font pas exception. Bien sûr, les actionneurs de serrure et les actionneurs de fenêtre convertissent tous deux une commande électrique en une sorte de mouvement physique. Mais il y a aussi le problème d’obtenir le bon mouvement physique dans un espace confiné.

L’une des choses intéressantes à propos de la plupart des portes de voiture est que les serrures doivent être sécurisées mais offrent de nombreuses façons de les ouvrir. Le contrôle électronique seul n’est généralement pas suffisant : il existe souvent un moyen de déverrouiller la voiture manuellement. Et il faut bien sûr pouvoir actionner la porte de l’intérieur même sans électricité, pour éviter de coincer les occupants. Certaines voitures, comme la Boxter ou certaines Lotus, n’ont aucun moyen évident de déverrouiller la voiture sans alimentation. Ces voitures ont généralement un trou de serrure d’urgence caché ou un ensemble de bornes cachées qui vous permettent d’allumer temporairement le système pour déverrouiller le véhicule.

Enfermer

Le moteur qui contrôle les serrures électriques d’une voiture est appelé actionneur. Vous pouvez obtenir des actionneurs universels qui peuvent être conçus pour s’adapter à la plupart des voitures, même celles qui n’ont normalement pas de serrures électriques. Étant donné que le loquet de la porte doit pouvoir fonctionner à partir de plusieurs sources, l’actionneur entraîne généralement une tige, et cette tige apparaît souvent près de la fenêtre afin que vous puissiez également l’actionner manuellement. La tige engage et désengage le mécanisme de verrouillage, et lorsqu’elle est désengagée, vous ne pouvez pas ouvrir la porte. En effet, souvent si la tringle est dégagée et que le loquet est fermé, vous ne pourrez pas fermer la porte si elle est ouverte.

Mécanisme de verrouillage de porte du brevet US4793640A

Un actionneur typique est un simple moteur électrique qui tourne. Bien sûr, nous avons besoin d’un mouvement différent, donc les engrenages réduisent non seulement la vitesse du moteur et augmentent le couple, mais un engrenage à crémaillère convertit la rotation en un mouvement linéaire. Parce que vous ne voulez généralement pas que le moteur et l’occupant se battent pour le contrôle, il y a souvent un embrayage qui ne transmet pas le mouvement manuel au moteur. Le moteur ne tourne que momentanément. Certaines voitures ont des commentaires et essaieront plusieurs fois si quelque chose ne va pas.

Les voitures plus anciennes utilisaient des pompes à vide pour aspirer ou souffler de l’air pour faire fonctionner les portes, car les moteurs électriques étaient bruyants et sujets aux pannes. Mercedes, par exemple, a utilisé des serrures de porte pneumatiques jusqu’en 2003 environ.

les fenêtres

Windows est un peu plus facile car vous n’avez normalement pas besoin de contrôle manuel. Il y a cependant des préoccupations particulières. Par exemple, avez-vous déjà remarqué que votre fenêtre reste parfaitement horizontale ? De plus, il devrait être presque impossible de forcer la fenêtre vers le bas pour des raisons de sécurité. Ceci est souvent géré en utilisant un engrenage à vis sans fin. En raison de l’angle de contact entre l’engrenage à vis sans fin et l’engrenage droit, l’engrenage à vis sans fin peut faire tourner l’éperon, mais pas l’inverse à cause du frottement entre les dents de l’engrenage.

Étant donné que la fenêtre doit monter et descendre, il y a un câblage similaire à un pont en H qui peut faire fonctionner le moteur dans les deux sens. Pour une voiture avec un contrôleur sophistiqué, elle utilise probablement un pont en H et vos boutons de fenêtre ne sont que des entrées sur l’ordinateur. Mais les voitures de base peuvent simplement avoir un câblage qui permet au conducteur ou au passager de faire tourner le moteur de la vitre dans les deux sens.

Les voitures très anciennes utilisaient en fait des systèmes hydrauliques pour actionner les vitres. Cela avait l’avantage de permettre à la fenêtre de s’abaisser sans électricité, mais vous aviez besoin d’électricité pour faire fonctionner la pompe pour la relever à nouveau. Cependant, les ascenseurs hydrauliques sont tombés en désuétude depuis longtemps au profit des moteurs électriques.

Tringlerie de fenêtre du brevet US6502352B1.

La partie mécanique proprement dite peut se présenter sous plusieurs configurations différentes. Avec un entraînement direct, il y aura soit un mécanisme en forme de ciseaux, soit un seul bras avec des dents. Ces deux configurations utilisent souvent un ressort pour maintenir la tension.

De nombreuses voitures modernes utilisent un câble en acier mince sur une bobine. En jouant sur le câble ou en le prenant, un rouleau le long du bas de la fenêtre peut se déplacer vers le haut ou vers le bas. Un ruban en plastique épais avec des trous de pignon remplit une fonction similaire dans certains systèmes. Au total, ceux-ci sont connus comme un régulateur. Comme les serrures électriques, vous pouvez trouver des régulateurs universels qui répareront n’importe quel système de vitres électriques ou ajouteront des vitres électriques là où vous n’en aviez pas auparavant. Cependant, comme vous vous en doutez, ceux-ci sont plus compliqués et plus chers que les serrures de porte relativement simples.

Et alors?

C’est l’une de ces choses où vous utilisez probablement la porte de votre voiture des centaines de fois par an, mais vous ne pensez pas beaucoup à ce qu’il y a dedans jusqu’à ce qu’elle se casse. Mais même si vous n’avez jamais besoin de réparer une porte, considérez ceci : les actionneurs universels pour serrures électriques sont d’excellents actionneurs linéaires pour toutes sortes de projets. Si vous en faites une seule, vous pourrez peut-être même en récolter une dans un dépotoir presque gratuitement. Même si vous les achetez neufs, vous pouvez les trouver pour 5 $ ou 10 $ en ligne.

Les mécanismes de vitres électriques coûtent plus cher. Bien qu’il existe également des fenêtres universelles, elles sont probablement plus difficiles à utiliser, à moins que vous n’ayez vraiment besoin de quelque chose pour monter et descendre comme une fenêtre de voiture. Si vous faites un projet avec l’un ou l’autre, n’oubliez pas de nous le faire savoir afin que nous puissions le partager avec tout le monde.

Bien sûr, ces pièces automobiles sont assez costauds. Si vous avez besoin de quelque chose de plus modeste, vous avez des options. Vous pouvez même convertir un servo.

[Banner image: “Car door sides” by David Rosen, CC BY 2.0. Thumbnail image: “Muscle Car Door 47” by Steve Snodgrass, CC BY 2.0.]