Performances du véhicule: Accélérations et reprises. Pierre Duysinx Université de Liège Année Académique

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Cyril Desmarais
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1 Performances du véhicule: Accélérations et reprises Pierre Duysinx Université de Liège Année Académique

2 Références bibliographiques T. Gillespie. «Fundamentals of vehicle Dynamics», 1992, Society of Automotive Engineers (SAE) R. Bosch. «Automotive Handbook». 5th edition Society of Automotive Engineers (SAE) J.Y. Wong. «Theory of Ground Vehicles». John Wiley & sons (2nd edition) 2001 (3rd edition). W.H. Hucho. «Aerodynamics of Road Vehicles». 4th edition. SAE International G. Genta. «Meccanica dell autoveicolo». Levrotto & Bella di Gualini. Torino

5th edition. 2002. Society of Automotive Engineers (SAE) J.Y. Wong. «Theory of Ground Vehicles». John Wiley & sons.

3 Plan de l exposé PREDICTION DES PERFORMANCES DU VEHICULE Masse effective Temps d accélération et distance parcourue Changement de rapport de réduction Passage d une rapport à l autre en roulant Démarrage depuis l arrêt 3

distance parcourue Changement de rapport de réduction

4 Introduction Outre les critères de performance stationnaires, la littérature technique et spécialisée se fonde également sur des critères basés sur la capacité d accélération et de reprise du véhicule. On distingue: Les critères d accélérations définissent les spécification en termes de puissance et de couple disponibles 0 à 100 km/h, 0 à 60 km/h (pour des véhicules lourds), 0 à 200 km/h (pour des véhicules à caractère sportif) 1000 mètres départ arrêté Les critères de reprise ( km/h, km/h) qui caractérisent l élasticité du véhicule, la souplesse du moteur, son couple et l étagement de la boîte de vitesses 4

On distingue: Les critères d accélérations définissent les spécification en termes de puissance et de couple disponibles 0 à 100 km/h, 0 à 60 km/h (pour des

5 Calcul des performances Basé sur l équation du mouvement: Attention: tenir compte de toutes les masses en mouvement dans la ligne de transmission: roues, arbres, boite, moteur Notion de masse effective équivalente à l énergie cinétique accumulée dans tous les organes 5

ligne de transmission: roues, arbres, boite, moteur Notion de masse

6 Force nette en fonction de la vitesse F net /m=a Genta Fig

7 Notion de masse effective Énergie cinétique totale du véhicule et de sa ligne de transmission: 7

8 Notion de masse effective Liaison des vitesses de rotation à la vitesse d avance du véhicule L énergie cinétique devient 8

9 Notion de masse effective On en déduit la masse effective équivalente: Celle-ci est difficile à calculer si on ne connaît pas les détails constructifs du véhicule. Il existe des formules empiriques pour s y substituer dans un calcul préliminaire. 9

connaît pas les détails constructifs du véhicule.

10 Notion de masse effective L expression de la masse effective a la forme générale: Les termes m 0 ne dépendent pas du rapport de boîte Les termes m 1 i² introduisent une dépendance vis-à-vis du rapport de boîte 10

dépendent pas du rapport de boîte Les termes m 1 i²

11 Notion de masse effective Formule empirique du facteur de correction de la masse effective pour des voitures à moteur à piston (Wong 2001) Cette formule permet de mettre en évidence l effet de ce facteur de correction: Presque négligeable pour des petits rapports de réduction (4 ème et 5 ème vitesse) Assez important pour fort rapport de réduction: les 1 ère et 2 ème vitesses Pour les véhicules ferroviaires, g est de l ordre de 1,02 à 1,30 pour des trains classiques (1,30 à 3,50 pour trains à crémaillère) 11

rapports de réduction (4 ème et 5 ème vitesse) Assez important pour fort rapport de réduction: les 1 ère et 2 ème vitesses Pour

12 Notion de masse effective Exemple: Peugeot HDi boite 5 i boite i g m 1 3,95 13,63 1, ,87 7,39 1, ,16 4,58 1,0925 i pont =3,95 4 0,82 3,24 1, ,66 2,61 1,

1,5043 2 1,87 7,39 1,1764 3 1,16 4,58 1,0925 i

13 Vitesse en fonction du temps On désire maintenant calculer la vitesse en fonction du temps. En intégrant l équation du mouvement, on est capable de déterminer le temps d une reprise pour passer d une vitesse V 1 à une vitesse V 2. Il vient Le temps pour passer de V 1 à V 2 : 13

En intégrant l équation du mouvement, on est capable de déterminer le

14 Vitesse en fonction du temps Calcul du temps pour passer de V1 à V2: De manière alternative Genta Fig 4.20 : 1/F en fonction de la vitesse 14

15 Vitesse en fonction du temps Critère de changement de rapport de boîte pour minimiser le temps d accélération Si intersection des courbes entre 2 rapports: changer à l intersection des deux courbes Si pas intersection des courbes entre deux rapports: pousser le rapport inférieur jusqu au régime maximal Limite inférieure: nombre infini de rapports (CVT) pour obtenir l enveloppe inférieure Genta Fig 4.20 : 1/F en fonction de la vitesse 15

des courbes entre deux rapports: pousser le rapport inférieur jusqu au régime maximal Limite inférieure:

16 Vitesse en fonction du temps La solution de cette équation différentielle donne aussi pour différente valeur de V la relation t=f(v) La relation directe V=g(t) s obtient en inversant la fonction t=f(v) Les changements de rapport de boîte peuvent également être pris en compte G. Genta Fig 4.21: Vitesse en fonction du temps. Prise en compte des changements de rapport 16

la fonction t=f(v) Les changements de rapport de boîte peuvent également être pris en compte

17 Distance en fonction de la vitesse La distance parcourue peut également être évaluée à partir de l équation de Newton si on remarque que sous forme différentielle la vitesse et l espace sont liés par: Il vient Ou alternativement 17

Newton si on remarque que sous forme différentielle la

18 Distance en fonction du temps Avec les courbes du temps et de la distance en fonction de la vitesse: t=f(v) et d=h(v), on peut dresser la fonction donnant la distance ne fonction de la vitesse: 18

19 Changement de rapport de boîte On a vu le critère de changement de rapport de boîte pour minimiser le temps d accélération. Cependant! Il faut examiner cette opération plus en détails: Changement manuel de rapport prend du temps Plus de force motrice aux roues La voiture ralentit sous l effet des forces de résistance Pour un conducteur entraîné: Temps de changement de rapport Diminution de vitesse 19

Il faut examiner cette opération plus en détails: Changement manuel de rapport prend du temps Plus

20 Changement de rapport de boîte Dans le cas où plusieurs changements de rapports sont nécessaires, il faut décomposer l intégrale en parties Par exemple : avec 20

21 Démarrage depuis l arrêt Si on démarre depuis l arrêt, on ne peut partir embrayé à cause du régime de ralenti Il faut utiliser l embrayage et le laisser patiner jusqu à ce que la vitesse soit suffisante pour être compatible avec la vitesse des roues Plusieurs stratégies possibles qui ont un impact sur le temps de démarrage: Démarrage avec un régime proche du ralenti: usure minimale mais temps supérieur Démarrage avec un régime moteur proche du couple maximum: forte usure de l embrayage mais temps minimum 21

22 Démarrage depuis l arrêt Démarrage en douceur A->B: démarrage avec un régime proche du ralenti A m eff/fnet B A B Démarrage le plus rapide A ->B : démarrage avec un régime proche du couple maximal N ralenti N cmax V 22

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