Quelle notion est utile dans quelle situation ? Et pourquoi ?
En recensant tous les éléments de la voiture qui rentrent en jeu et en réalisant le bilan de toutes les forces qui s’exercent sur la voiture en mouvement, nous essayerons de prédire des résultats (0 à 100 km/h, 1000 m D.A, 50 à 90 km/h, …) sur une BMW 130i.
Quelles sont les forces qui s’appliquent sur une voiture en mouvement ?
– La force de traction (la force motrice qui sert à faire avancer le véhicule)
– La force de résistance au roulement du pneu
– La force de résistance aérodynamique
– La force dûe à la pente (motrice si elle est descendante, résistive si elle est montante)
Par l’intermédiaire du fameux PFD, on sait que la somme des forces = masse * accélération.
J’ai donc récupéré tous les paramètres qui vont intervenir dans cette équation pour résoudre cette dernière et faire évoluer la voiture virtuellement :
– masse de la voiture
– coefficient de résistance au roulement des pneus
– Scx de la voiture
– inertie du moteur
– rendement de la transmission
– rapports de boîte et du pont
– courbes de couple et de puissance du moteur
Une fois tout ça mis dans la marmite, je vous propose de se focaliser sur deux notions : les accélérations et les reprises
- Les accélérations
L’accélération d’un véhicule est principalement liée :
– à son poids
– à la puissance maximale de son moteur
C’est la raison pour laquelle on utilise souvent la notion de “rapport poids/puissance“, ce qui veut dire que sans en savoir beaucoup plus, on peut affirmer qu’une voiture de 800 kg équipée d’un moteur de 130 cv accélère de la même façon qu’une voiture de 1600 kg équipée d’un moteur de 260 cv…
Pourquoi exploite-on ici la puissance max et non pas le couple max ?
Pour faire passer une voiture d’une vitesse V0 à une vitesse V1, donc d’une énergie E0 à une énergie, la voiture doit fournir une puissance P=(E1-E0)/T où T est le temps nécessaire à la voiture pour passer de V0 à V1.
Dans le cas d’une accélération, on veut bien entendu que T soit le plus petit possible : il faut donc que la puissance soit la plus élevée possible.
Je vous rappelle ici les courbes de couple et de puissance d’une 130i. Comme vous l’avez compris, lors d’une accélération, la mission est de rester dans la zone de la puissance max, donc aux alentours de 6500 tr/min.
Sans rien vous apprendre, lorsque vous montez un rapport, le régime moteur chute. Pour rester au plus près du régime de puissance max, il est donc préférable de passer le rapport après avoir passé le régime de puissance max.
J’ai représenté ensuite l’évolution du régime moteur au cours d’un 1000 m départ arrêté : j’ai ici passé les vitesses entre 6500 tr/min et le régime maximal (7000 tr/min). Mis à part pour le décollage, on navigue uniquement dans les régimes de rotation élevés (entre 4500 et 7000 tr/min). On se fiche donc ici d’avoir un couple élevé et disponible à 2500 tr/min (on s’en servira plus tard ;))
Comparons une 130i de base avec deux versions améliorées par mes soins :
– une version avec un moteur dont la puissance a été augmentée de 10% (290 ch / 265 ch)
– une version allégée de 200 kg (1250 kg / 1450 kg)
La simulation nous donne les résultats suivants pour le modèle de base :
– 0 à 100 km/h en 6,5 s
– 1000 m D.A en 26 s.
Les chiffres officiels nous donnent (6,1 s et 25,9 s, je ne suis donc pas trop à la rue !)
130i de base en trait fin / 130i avec puissance augmentée de 10% en trait épais
On voit donc qu’une augmentation de 10% de la puissance nous permet de gagner environ :
– 0,25 s sur le 0 à 100 km/h
– 0,75 s sur le 1000 m D.A
130i de base en trait fin / 130i allégée de 200 kg en trait épais
Idem, avec un régime de 200 kg, on gagne :
– 0,5 s sur le 0 à 100 km/h
– 1 s sur le 1000m D.A
- Les reprises
Une reprise, c’est une accélération, sans changement de rapport et généralement réalisée à des vitesses courantes (50, 90, 110 km/h).
Les reprises d’un véhicule sont principalement liées:
– à son poids, comme pour l’accélération
– au couple à la roue, c’est à dire au couple moteur et à l’étagement de la boîte de vitesses.
Les courbes ci-dessous nous montrent l’évolution du couple disponible à la roue en fonction de la vitesse du véhicule et de la vitesse engagée.
On comprend bien ici l’importance de l’étagement de la boîte de vitesse : en effet, plus le rapport de démultiplication est élevé, plus le couple à la roue disponible sera élevé pour un même couple moteur.
Le premier et le dernier rapport sont définis par des règles strictes (décollage et vitesse maxi) et il existe plusieurs méthodes pour définir les rapports intermédiaires. Tout est une affaire de compromis, souvent entre les performances et la consommation du véhicule.
Imaginons deux situations :
+ Vous sortez de ville tranquillement à 50 km/h. Vous apercevez soudain un panneau “90”, vous appuyez à fond sur l’accélérateur. Le temps qu’il vous faut pour arriver à la vitesse folle de 90 km/h est :
– si vous êtes en 3 ème : 3,75 s
– si vous êtes en 4 ème : 5,25 s
– si vous êtes en 5 ème : 7 s
Le graphique ci-dessous montre l’évolution du régime et du couple du moteur lors de la reprise en 4ème. Il met bien en avant l’importance d’avoir un couple élevé disponible le plus tôt possible.
+Vous vous baladez sur l’autoroute à 110 km/h. Soudain une voiture semble vouloir vous doubler. Vous écrasez alors l’accélérateur dans le but de lui montrer qui est le patron et d’arriver à 200 km/h.
– si vous êtes en 5ème : 17,75 s
– si vous êtes en 6ème : 23,5 s
Pour vous montrer que la masse du véhicule est importante, reprenons notre bolide allégé de 200 kg, et refaisons le dernier test, cette fois nous mettons :
– en 5ème : 15,25 s (soit 2,5 s en moins)
– en 6ème : 20,25 s (soit 3,25 s en moins)
Il peut être intéressant de comparer une reprise avec une reprise/accélération (appelons ça comme ça), c’est à dire un passage de 110 à 200 km/h :
– en étant et en restant en 6ème
– en étant en 6ème, en rétrogradant en 3ème (soyons fou) puis en passant la 4ème
Le graphique ci-dessous nous montre que la deuxième solution, nous permet de réaliser l’opération en 14 s, c’est à dire 6 s de moins qu’en restant en 6ème 😉
Nous avons en orange la force de propulsion : elle est constante dans le cas où on reste en 6ème (on se trouve sur une zone où le couple est constant) et on note très bien que le fait de rétrograder va nous permettre d’avoir une force de propulsion beaucoup plus élevée.
Pour conclure quelques notions à retenir (enfin si vous voulez…) :
– pour accélérer fort : il faut de la puissance et de la légéreté
– pour reprendre fort : il faut du couple et de la légereté
Globalement, l’accélération est une notion de performance (que celui qui fait régulièrement des 1000 m D.A lève la main !) et la reprise est une notion de confort (la flemme de changer la vitesse).
Si ça vous intéresse (des fois que je sois le seul que ça fasse tripper), on peut pousser le truc un peu plus loin et faire des comparaisons entre des véhicules et/ou des moteurs différents.. A voir 😉