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L'invention de l'essuie-glace de voiture - Une brillante histoire d'ingénierie
L'invention de l'essuie-glace de voiture - Une brillante histoire d'ingénierie
Saviez-vous que la technologie moderne des essuie-glaces, qui nous paraît évidente, est née de la vision géniale d'un homme ?
Le professeur Robert Kearns, qui a inventé cette technologie d'essuie-glace efficace, s'est inspiré de l'œil humain. Les technologies d'essuie-glace avant la sienne étaient plutôt mauvaises et obstruaient la vision du conducteur.
La technologie des essuie-glaces de Monsieur Kearns était si originale et si brillante que la société Ford a essayé de la voler.
Voyons ensemble les détails de sa brillante invention.
Tout d'abord, nous devons comprendre les erreurs commises par les ingénieurs qui ont précédé le professeur Kearns lors du développement de leur technologie de balayage. On peut voir que les balais d'essuie-glace effectuent un mouvement oscillant à l'aide d'un mécanisme à quatre barres.
Un moteur à courant continu entraîne une vis sans fin. L'engrenage à vis sans fin est ici utilisé pour la multiplication du couple. Ce mécanisme permet un mouvement continu de l'essuie-glace.
Mais ces essuie-glaces en mouvement continu peuvent gêner la vision. Les essuie-glaces en mouvement continu affectent considérablement votre vision, même en cas de pluie légère.
C'est là qu'intervient le génie de Monsieur Robert Kearns, qui est à l'origine de l'idée du balayage intermittent. Il a observé que les humains clignent des paupières, mais que ce clignement n'obstrue jamais leur vision.
La raison pour laquelle nous sommes inconscients de notre clignotement est qu'il est intermittent. Nos paupières prennent un long repos après chaque clignement. Ce long repos aux extrémités est la raison pour laquelle le clignement des yeux n'interrompt pas notre vision.
Pour la conduite, si nous arrêtons le balai d'essuie-glace pendant un certain temps après chaque cycle d'essuyage, cela réduit les interférences avec la vision du conducteur. Ce coup de génie a été l'éclair du professeur Kearns.
Nous pouvons réaliser ce type d’essuie-glace intermittent en utilisant un dispositif à came, comme illustré. La sortie du moteur peut être connectée à une came, qui ne déplacera l’essuie-glace que pendant une courte période, et s’arrêtera pendant une période de repos au bas du pare-brise.
Et voilà ! Nous avons réussi à obtenir un essuyage intermittent... ou pas ?
Voyez-vous le problème que pose ce modèle ? En fait, le temps de fonctionnement ou de repos d'une technologie d'essuyage doit varier en fonction de la quantité de pluie.
Dans une situation de faible pluviosité, on a besoin d’un long temps de repos. Alors qu’en cas de forte pluie, il faut évidemment un temps de repos plus court.
La variation du temps de repos à l’aide d’un dispositif purement mécanique n’est pas pratique. Le professeur Kearns était si intelligent qu’il a compris le problème des essuie-glaces intermittents purement mécaniques et n’a même pas essayé ce modèle.
Pour réaliser un essuie-glace à temps de repos variable, la solution ne peut être purement mécanique : elle doit également inclure l’électronique. Cette prise de conscience est le deuxième éclair de génie de Kearns.
Pour cela, il a développé un circuit électronique intégrant toutes ces caractéristiques.
Afin de comprendre le circuit, passons en revue quelques informations de base sur les transistors.
Le transistor s’allume lorsque sa base est polarisée dans le sens direct, et s’éteint lorsqu’elle est polarisée dans le sens inverse.
Prenons l’exemple d’un interrupteur à double action pour faciliter la commutation des états de polarisation avant et arrière. Lorsque l’interrupteur est dans cet état, la base est polarisée dans le sens direct et le circuit est sous tension. Lorsque l’interrupteur est dans l’état B, la base passe dans un état de polarisation inverse, et le flux de courant s’arrête dans le circuit.
Utilisons ce circuit à transistor pour alimenter le moteur de l’essuie-glace.
Dans le cas présent, le mécanisme de balayage est directement connecté à la sortie du moteur. Il s’agit évidemment d’un balayage continu.
Il est intéressant de noter qu’une came connectée au moteur peut facilement actionner l’interrupteur, et le circuit s’éteint. L’essuie-glace est en phase d’arrêt maintenant.
Le professeur Robert Kearns, qui a inventé cette technologie d'essuie-glace efficace, s'est inspiré de l'œil humain. Les technologies d'essuie-glace avant la sienne étaient plutôt mauvaises et obstruaient la vision du conducteur.
La technologie des essuie-glaces de Monsieur Kearns était si originale et si brillante que la société Ford a essayé de la voler.
Voyons ensemble les détails de sa brillante invention.
Tout d'abord, nous devons comprendre les erreurs commises par les ingénieurs qui ont précédé le professeur Kearns lors du développement de leur technologie de balayage. On peut voir que les balais d'essuie-glace effectuent un mouvement oscillant à l'aide d'un mécanisme à quatre barres.
Un moteur à courant continu entraîne une vis sans fin. L'engrenage à vis sans fin est ici utilisé pour la multiplication du couple. Ce mécanisme permet un mouvement continu de l'essuie-glace.
Mais ces essuie-glaces en mouvement continu peuvent gêner la vision. Les essuie-glaces en mouvement continu affectent considérablement votre vision, même en cas de pluie légère.
C'est là qu'intervient le génie de Monsieur Robert Kearns, qui est à l'origine de l'idée du balayage intermittent. Il a observé que les humains clignent des paupières, mais que ce clignement n'obstrue jamais leur vision.
La raison pour laquelle nous sommes inconscients de notre clignotement est qu'il est intermittent. Nos paupières prennent un long repos après chaque clignement. Ce long repos aux extrémités est la raison pour laquelle le clignement des yeux n'interrompt pas notre vision.
Pour la conduite, si nous arrêtons le balai d'essuie-glace pendant un certain temps après chaque cycle d'essuyage, cela réduit les interférences avec la vision du conducteur. Ce coup de génie a été l'éclair du professeur Kearns.
Nous pouvons réaliser ce type d’essuie-glace intermittent en utilisant un dispositif à came, comme illustré. La sortie du moteur peut être connectée à une came, qui ne déplacera l’essuie-glace que pendant une courte période, et s’arrêtera pendant une période de repos au bas du pare-brise.
Et voilà ! Nous avons réussi à obtenir un essuyage intermittent... ou pas ?
Voyez-vous le problème que pose ce modèle ? En fait, le temps de fonctionnement ou de repos d'une technologie d'essuyage doit varier en fonction de la quantité de pluie.
Dans une situation de faible pluviosité, on a besoin d’un long temps de repos. Alors qu’en cas de forte pluie, il faut évidemment un temps de repos plus court.
La variation du temps de repos à l’aide d’un dispositif purement mécanique n’est pas pratique. Le professeur Kearns était si intelligent qu’il a compris le problème des essuie-glaces intermittents purement mécaniques et n’a même pas essayé ce modèle.
Pour réaliser un essuie-glace à temps de repos variable, la solution ne peut être purement mécanique : elle doit également inclure l’électronique. Cette prise de conscience est le deuxième éclair de génie de Kearns.
Pour cela, il a développé un circuit électronique intégrant toutes ces caractéristiques.
Afin de comprendre le circuit, passons en revue quelques informations de base sur les transistors.
Le transistor s’allume lorsque sa base est polarisée dans le sens direct, et s’éteint lorsqu’elle est polarisée dans le sens inverse.
Prenons l’exemple d’un interrupteur à double action pour faciliter la commutation des états de polarisation avant et arrière. Lorsque l’interrupteur est dans cet état, la base est polarisée dans le sens direct et le circuit est sous tension. Lorsque l’interrupteur est dans l’état B, la base passe dans un état de polarisation inverse, et le flux de courant s’arrête dans le circuit.
Utilisons ce circuit à transistor pour alimenter le moteur de l’essuie-glace.
Dans le cas présent, le mécanisme de balayage est directement connecté à la sortie du moteur. Il s’agit évidemment d’un balayage continu.
Il est intéressant de noter qu’une came connectée au moteur peut facilement actionner l’interrupteur, et le circuit s’éteint. L’essuie-glace est en phase d’arrêt maintenant.
Cependant, il s’agit d’un mécanisme à temps de repos infini. Ce circuit ne sera pas capable de remettre le moteur en marche.
Revenons à la phase active et essayons de résoudre ce problème.
Ce circuit est maintenant en phase active. Faisons une pause dans la scène et ajoutons une paire condensateur–résistance dans le circuit, comme indiqué. Le sens de circulation du courant dans la résistance est indiqué.
En raison de cette résistance, il y aura une différence de potentiel entre les deux bornes du condensateur, ce qui fera que le condensateur sera chargé, comme indiqué.
Lorsque la came actionne l’interrupteur, le circuit se met en état d’arrêt, comme nous l’avons vu précédemment. Maintenant, le condensateur chargé devient le héros : il est prêt à être déchargé.
Le potentiel au point B est toujours fixe. Cependant, le potentiel au point A va changer pendant la décharge.
Supposons que, lorsque le condensateur est complètement chargé, le potentiel au point A est plus élevé qu’au point B. Le transistor est évidemment polarisé en sens inverse.
Cependant, lorsque le condensateur commence à se décharger, la tension au point A chute. À un moment donné, la tension au point A devient inférieure à celle du point B – et le transistor devient actif.
Le temps qui s’écoule entre la décharge du circuit et l’activation de la base est le temps de repos de cet essuie-glace.
C’est intéressant de noter que nous pouvons facilement ajuster ce temps de repos en ajustant la valeur de la résistance. Plus la résistance est grande, plus le temps de repos est long.
C’est ainsi qu’en utilisant une électronique intelligente, le professeur Kearns a obtenu un mécanisme d’essuie-glace à temps de repos variable.
Au cœur de cette invention se trouve un circuit électronique brillant — mais il est piloté par un interrupteur mécanique. Un génie absolu, non ?
En revanche, lors d’une forte pluie, le temps de repos est pratiquement nul. Il n’est pas pratique d’obtenir une résistance nulle, et donc un temps de repos nul.
Lors d’une forte pluie, le frottement de l’essuie-glace sur le verre est très faible. Voyons comment ce faible frottement affecte notre circuit pendant sa phase de repos ou de non-activité.
Le circuit est déconnecté, mais les essuie-glaces ont toujours un bon élan. Ils continueront le mouvement vers le bas puisque la force de frottement est faible.
En raison de l’élan élevé de l’essuie-glace, ils fournissent une force motrice au reste du mécanisme — et la came tourne. Cela entraîne une nouvelle activation du moteur.
Autrement dit, l’inertie des essuie-glaces permet de contourner le temps de repos du mécanisme. Il s’agit évidemment d’une méthode rudimentaire pour obtenir un balayage continu à partir d’un mécanisme intermittent.
Dans le brevet du professeur Kearns, il a même élaboré des circuits plus sophistiqués pour obtenir un balayage continu.
Les essuie-glaces modernes utilisent des relais au lieu de cames pour entraîner le moteur des essuie-glaces. Le temps de repos peut être mesuré et modifié avec précision à l’aide de circuits de temporisation dans les microcontrôleurs.
De plus, ces microcontrôleurs prennent en compte les données fournies par les capteurs d’humidité ou de pluie présents sur le pare-brise, pour essuyer automatiquement le pare-brise s’il est mouillé.
Après avoir développé un concept d’essuie-glace aussi brillant, ce qui est arrivé au professeur Kearns est tragique. Il a dû consacrer une bonne partie de sa vie à des batailles judiciaires contre la société Ford, qui violait son brevet.
Il a finalement gagné la bataille juridique.
Nous espérons que vous serez inspiré par le fait que de simples observations peuvent conduire à des inventions étonnantes. À bientôt.
Revenons à la phase active et essayons de résoudre ce problème.
Ce circuit est maintenant en phase active. Faisons une pause dans la scène et ajoutons une paire condensateur–résistance dans le circuit, comme indiqué. Le sens de circulation du courant dans la résistance est indiqué.
En raison de cette résistance, il y aura une différence de potentiel entre les deux bornes du condensateur, ce qui fera que le condensateur sera chargé, comme indiqué.
Lorsque la came actionne l’interrupteur, le circuit se met en état d’arrêt, comme nous l’avons vu précédemment. Maintenant, le condensateur chargé devient le héros : il est prêt à être déchargé.
Le potentiel au point B est toujours fixe. Cependant, le potentiel au point A va changer pendant la décharge.
Supposons que, lorsque le condensateur est complètement chargé, le potentiel au point A est plus élevé qu’au point B. Le transistor est évidemment polarisé en sens inverse.
Cependant, lorsque le condensateur commence à se décharger, la tension au point A chute. À un moment donné, la tension au point A devient inférieure à celle du point B – et le transistor devient actif.
Le temps qui s’écoule entre la décharge du circuit et l’activation de la base est le temps de repos de cet essuie-glace.
C’est intéressant de noter que nous pouvons facilement ajuster ce temps de repos en ajustant la valeur de la résistance. Plus la résistance est grande, plus le temps de repos est long.
C’est ainsi qu’en utilisant une électronique intelligente, le professeur Kearns a obtenu un mécanisme d’essuie-glace à temps de repos variable.
Au cœur de cette invention se trouve un circuit électronique brillant — mais il est piloté par un interrupteur mécanique. Un génie absolu, non ?
En revanche, lors d’une forte pluie, le temps de repos est pratiquement nul. Il n’est pas pratique d’obtenir une résistance nulle, et donc un temps de repos nul.
Lors d’une forte pluie, le frottement de l’essuie-glace sur le verre est très faible. Voyons comment ce faible frottement affecte notre circuit pendant sa phase de repos ou de non-activité.
Le circuit est déconnecté, mais les essuie-glaces ont toujours un bon élan. Ils continueront le mouvement vers le bas puisque la force de frottement est faible.
En raison de l’élan élevé de l’essuie-glace, ils fournissent une force motrice au reste du mécanisme — et la came tourne. Cela entraîne une nouvelle activation du moteur.
Autrement dit, l’inertie des essuie-glaces permet de contourner le temps de repos du mécanisme. Il s’agit évidemment d’une méthode rudimentaire pour obtenir un balayage continu à partir d’un mécanisme intermittent.
Dans le brevet du professeur Kearns, il a même élaboré des circuits plus sophistiqués pour obtenir un balayage continu.
Les essuie-glaces modernes utilisent des relais au lieu de cames pour entraîner le moteur des essuie-glaces. Le temps de repos peut être mesuré et modifié avec précision à l’aide de circuits de temporisation dans les microcontrôleurs.
De plus, ces microcontrôleurs prennent en compte les données fournies par les capteurs d’humidité ou de pluie présents sur le pare-brise, pour essuyer automatiquement le pare-brise s’il est mouillé.
Après avoir développé un concept d’essuie-glace aussi brillant, ce qui est arrivé au professeur Kearns est tragique. Il a dû consacrer une bonne partie de sa vie à des batailles judiciaires contre la société Ford, qui violait son brevet.
Il a finalement gagné la bataille juridique.
Nous espérons que vous serez inspiré par le fait que de simples observations peuvent conduire à des inventions étonnantes. À bientôt.