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« Quelques microns suffisent pour faire la différence entre le succès et l’échec », explique Andreas Ladner qui dirige l’équipe mécanique de Formula Student « DHBW Engineering » de l’universitéì de Stuttgart. Pour la voiture de la saison 2025 « eSleek25 », l’équipe a demandéì l’aide de HORN. L’usinage des supports de roues en aluminium de la voiture de course a notamment représentéì un défi de taille. » Patrick Artelt, chef de produit chez HORN, s’est chargeì de ce projet et a développéì un concept d’outil et d’usinage en collaboration avec les spécialistes de la production HORN. « La tâche était délicate. La forme des pièces est très complexe et les tolérances requises sont de l’ordre de quelques microns », explique M. Artelt.

Une nouvelle voiture de course chaque saison

Les performances de la voiture de course Formula Student « eSleek25 » font battre plus fort le cœur des amateurs de voitures de sport. Les quatre roues sont entraînées directement par un moteur de 38 kW chacune. Ensemble, les quatre moteurs électriques développent une puissance de 152 kW (environ 208 CV) et propulsent la voiture de 0 aÌ 100 km/h en 2,2 secondes. Au total, les moteurs de moyeu fournissent un couple impressionnant de 1 400 Nm. Pour les courses, la puissance est toutefois limitée aÌ 80 kW maximum. Les composants de la propulsion électrique ont été développés par l’équipe. Seules les cellules individuelles de la batterie sont achetées. La batterie a une capaciteì de 6,82 kWh pour une tension embarquée de 600 volts.

Une nouvelle voiture de course est utilisée pour chaque saison de la Formula Student. Tout comme la voiture de course, l’équipe est également renouvelée presque chaque année. Cela signifie que la nouvelle équipe réalise elle-même le développement, la fabrication, le montage et les essais de la voiture de course et participe aux courses. L’expérience acquise au cours des saisons précédentes est prise en compte dans le nouveau développement. L’équipe de la DHBW Stuttgart est composée de 110 membres répartis dans différents domaines. Il s’agit par exemple des composants mécaniques, de l’électricité et de l’aérodynamique.

L’un des principaux défis pour la fabrication des pièces mécaniques est constituéì par les quatre supports de roue. Ceux-ci servent à loger les moteurs électriques et les réducteurs planétaires qui transmettent le couple directement aux roues. Les supports de roue présentent une géométrie complexe.

« En sport automobile, l’objectif est toujours de réduire au maximum le poids des pièces. Mais cela ne doit pas nuire à la rigidité », précise M. Ladner. Pour développer les supports de roue, les étudiants ont donc recours à des FEM-simulations complexes.

Pièce brute issue de l’imprimante 3D

La conception est une chose, la fabrication en est une autre. En raison de la géométrie complexe des pièces, les brutes en aluminium sont issues d’une imprimante 3D.

« Nous avons développé une stratégie de fabrication avec deux serrages sur un centre d’usinage à 5 axes. Les tolérances de forme et de position ont été particulièrement difficiles à respecter », explique M. Artelt. La précision requise s’explique par le fait que la roue planétaire est directement reliée au moteur. L’alignement précis est donc important, car tout décalage entraînerait une usure unilatérale des roues planétaires. « Une petite erreur d’alignement aurait rapidement causé des dommages importants à la transmission », explique M. Ladner.

Les tolérances de fabrication sont de l’ordre de 0,007 mm. Avec seulement quatre pièces brutes livrées et quatre pièces finies requises, il n’y avait aucune marge d’erreur. Outre la conception des outils adaptés, la programmation et le savoir-faire de l’opérateur de la machine ont été déterminants. 27 outils HORN différents sont utilisés pour les différentes opérations d’usinage des deux serrages. Il s’agit notamment d’outils à tête à aléser, d‘alésoirs, de fraises PCD et d’outils de fraisage.

Diviser les tolérances

Les outils à tête à aléser ont réalisé la fabrication des sièges de palier ainsi qu’une plongée axiale. C’est là que se trouvent les tolérances de position les plus strictes de la pièce. Les outils peuvent être réglés avec précision au diamètre souhaité.

« Le réglage précis nous permet d‘atteindre au micron près la plage de tolérance souhaitée. Cela permet de diviser encore la tolérance déjà très étroite », explique M. Artelt. Pour les sièges de palier, un outil à une seule arête avec plaquette de coupe en PCD a été utilisé. Le deuxième outil à broche a pris en charge la fabrication de la gorge axiale. Il était équipé de deux arêtes avec des plaquettes de coupe de type 315.

De nombreux systèmes HORN ont réalisé d’autres étapes d’usinage délicates. Parmi eux, une fraise à insert PCD. Elle a pris en charge, en un seul serrage, le fraisage du diamètre destiné à recevoir le moyeu de roue. Ce choix s’est imposé en raison de la longueur de coupe et de la qualité de surface requise. Le système de d‘alésage DR de HORN a également été utilisé. Il a réalisé l‘alésage des points de fixation du support de roue.

Pas seulement à plein régime

Dans les différentes disciplines de la Formula Student, les performances de la voiture ne sont pas le seul critère qui compte. Elles sont divisées en disciplines statiques et dynamiques.

Dans les disciplines statiques, l’aspect économique et les approches conceptuelles de l’équipe jouent un rôle important. Les étudiants doivent ainsi présenter et justifier leur business plan et leur rapport de coûts dans deux présentations. Une autre discipline statique est l’événement d’ingénierie et de conception. L’équipe doit y convaincre le jury de la qualité de sa conception et de sa construction. Il s’agit avant tout d’une discussion au cours de laquelle les commentaires du jury doivent être abordés avec de bons arguments et des justifications.

Les épreuves dynamiques comprennent l’accélération, le skid pad, l’autocross et l’endurance. L’accélération est un test réalisé sur une ligne droite de 75 mètres. Les voitures de course accélèrent de 0 à 100 km/h en moins de trois secondes. Lors du skid pad, les voitures parcourent une distance en forme de huit couché. Les forces centrifuges élevées ou les accélérations transversales peuvent entraîner le dérapage du véhicule dans cette discipline. Lors de l’autocross, les pilotes conduisent leurs voitures de course individuellement sur un parcours étroit et chronométré. Le pilote et la dynamique de conduite du véhicule sont mis à rude épreuve sur une distance d’un kilomètre. L’endurance est la discipline la plus importante et la dernière de chaque événement Formula Student. Ici, la voiture de course doit prouver sa fiabilité sur un circuit de 22 kilomètres. Cette discipline compte pour un tiers du nombre total de points pouvant être obtenus.

« Je suis ravi de souligner la collaboration fructueuse entre l’équipe Formula Student de la DHBW Stuttgart et HORN. Grâce à l’engagement commun et à l’expertise des deux parties, ce projet ambitieux de fabrication de supports de roues en aluminium de haute précision a pu être réalisé », déclare M. Ladner.