Phillip Island

Un petit tour en satellite avec Google Maps...

Vidéo GSXR 600

Rendez-vous sur le site MOTOMAG pour une vidéo embarquée à bord de la nouvelle Suzuki GSXR 600 sur le circuit de Phillip Island.

Hommage à un fidèle lecteur !

Mon ami Renzo sur les JBB d'endurance à moteur Kawasaki 750 et Honda RC30 (750 V4).

Quel style !

Son bébé : la RenNa.

Freinage avec une moto à train avant JBB

La cinématique d'une suspension avant JBB est bien différente de celle d'une fourche télescopique. Le mouvement relatif entre les fourreaux et les tubes de la fourche est une translation rectiligne, en général parallèle à l'axe de la direction (exception : prototype Tecmas). L'angle par rapport à la verticale (angle de châsse) a des valeurs courantes de 22 à 26 degrés. La roue avant se rapproche donc fortement du moteur lorsque la fourche se comprime.

Le mouvement du bras latéral porte-roue du "TSS" (Triangular Steering System) de JBB est un mouvement plan (rotation+translation combinées).

La distance entre le moteur et la roue avant de la JBB varie très peu. L'empattement (distance entre les points de contact des pneus sur le sol) reste quasiment constant. Le centre de gravité de l'ensemble moto+pilote descend au fur et à mesure de l'écrasement de la suspension au freinage mais il n'avance pas.

La limite de délestage de la roue arrière est donc atteinte beaucoup plus tard, à géométrie initiale identique.

Freinage avec une moto à fourche télescopique

Nous avons étudié le freinage sans prendre en compte l'enfoncement des suspensions. Or, ceci a des effets très préjudiciables, surtout avec une moto à fourche télescopique (soit 99% au moins de la production actuelle).

En effet, quand la fourche se comprime, la roue avant "recule" vers le moteur.

Le centre de gravité de l'ensemble moto+pilote descend et avance au fur et à mesure de l'enfoncement de la fourche.

Sa position est donc de moins en moins favorable à une forte décélération car la limite de délestage de l'arrière est atteinte beaucoup plus tôt que "prévu" !

Position du pilote

Comme décrit dans le paragraphe précédent, la position du pilote a une influence énorme sur le comportement de la moto. Il est assez difficile pour le pilote de se placer plus ou moins haut sur sa machine mais il peut plus facilement se déplacer dans la direction avant-arrière (s'il n'est pas trop coincé entre un dosseret de selle et un réservoir trop volumineux).

Certains pilotes l'ont bien compris mais d'autres adoptent des positions de conduite non prévues par les ingénieurs...

Géométrie idéale

Si on fait le bilan des études de l'accélération et du freinage de la moto, on met en évidence les 4 limites représentées sur le schéma ci-dessous.

Dans cette exemple, la moto patinera à l'accélération avant de cabrer et elle se délestera de l'arrière au freinage avant de glisser de l'avant.

Sur le schéma, plus l'adhérence est faible et plus haut se croisent les deux droites limites d'adhérence (en rouge).

Les limites du cabrage et du délestage de l'arrière se croisent au centre de gravité.

Bien sûr, cette analyse ne tient pas compte d'un certain nombre de paramètres : changement de position du pilote, enfoncement des suspensions, dosage plus ou moins brutal des gaz ou des freins...etc. En effet on peut faire patiner ou cabrer une même moto...

Limites du freinage

Nous avons vu les limites physiques (perte d'adhérence et cabrage) de la moto à l'accélération. Nous retrouvons les mêmes limites au freinage : perte d'adhérence (du pneu avant) ou décollage de la roue arrière. En pratique, sur les motos de GP actuelles, c'est plutôt la 2ème limite qui est atteinte. Les figures d'équilibriste sur la roue avant, roue arrière à quelques centimètres du sol, sont assez fréquentes en entrée de virage.

La différence entre ces deux études mécaniques, c'est que l'on peut freiner des deux roues alors que la roue arrière est la seule roue motrice (à de rares exceptions près). On considérera que les capacités d'adhérence de l'arrière et de l'avant sont identiques. Ce n'est sans doute pas exact mais pas vraiment gênant dans la mesure où l'essentiel du travail est réalisé par le pneu avant.

Comme pour l'étude de l'accélération, on ramène le problème à un équilibre sous l'action de 3 forces. Mais dans ce cas, ces 3 forces sont parallèles. On retrouve sur le schéma ci-contre :

en vert : au point A, la force du sol sur le pneu arrière,

en violet : au point B, la force du sol sur le pneu avant,

en rouge : au point G, la force "P-M.a", inclinée vers l'avant du fait du freinage.

Si l'intensité du freinage augmente, les forces s'inclinent encore plus. L'intensité de la force en A diminue alors qu'elle augmente en B. On atteint la limite lorsque la force est nulle en A (la roue arrière ne s'appuie plus sur le sol) et que toute la charge "P-M.a" se reporte en B sur la roue avant. La moto est alors "en équilibre" (elle roule quand même !) sous l'action de deux forces, opposées et dirigées suivant la même droite (BG). C'est la situation limite la plus fréquente, sur piste sèche.

Mais, si l'adhérence est faible, on atteint la perte d'adhérence avant le décollage de l'arrière. C'est ce qui arrive si la géométrie est celle du schéma ci-dessous :

GIZMAG

Gizmag, un site particulièrement riche en nouvelles technologies. Allez y faire un tour...

Superbike et Supersport à Losail

Comme prévu, Seb Charpentier a écrasé la concurrence en Supersport et Bayliss repart en tête du championnat Superbike mais ce dernier n'a remporté aucune des deux manches. Il fait deux fois 2ème, derrière Toseland puis Corser.

Prends LOSAIL et tire-toi !

C'est le début de la saison de vitesse aujourd'hui en Superbike sur le circuit de LOSAIL au Qatar ...Lors des derniers essais, Troy Bayliss a confirmé sa grande forme pour son retour en WSBK. Les Kawas PSG-1 de Régis Laconi et Chris Walker (2 et 4) ne sont pas en reste. C'est un "double cocorico" car la préparation des moteurs est confiée à Akira Technologie (entreprise très dynamique tout près de Bayonne). L'autre Troy (Corser, champion du monde en titre) est 3ème. Le "vieux" Alex Barros issu du MotoGP pointe déjà en 6ème place, en tête du clan Honda, le 5ème (re-cocorico) étant Sébastien Gimbert sur Yamaha. Les essais qualificatifs se poursuivent ce vendredi...du changement en perspective et sûrement une belle bagarre en course (pas de bol, je n'ai pas de parabole).

En supersport, on n'attend rien de moins que la pôle et la victoire pour un autre Seb', Sébastien Charpentier, champion du monde supersport 2005.

Effet aérodynamique

Les études précédentes ont été développées en négligeant la résistance aérodynamique. Si cette hypothèse est acceptable pour des vitesses faibles (moins de 100 km/h) elle ne l'est plus pour les vitesses élevées atteintes en Grand Prix (jusqu'à 340 km/h sur certains circuits).

L'intensité de cette résistance aérodynamique est donnée par le produit :

Cette force est donc proportionnelle au carré de la vitesse. Elle se répartit sur toute la surface frontale exposée mais on obtient un modèle simple en appliquant cette résultante en un point particulier appelé "centre de poussée".

Exemple : A 330 km/h, quelle résistance aérodynamique subit une moto de Cx=0,65 et de surface frontale 0,53 m² , la masse volumique de l'air étant d'environ 1,29 kg/m3 ?

330 km/h = 330 / 3,6 m/s = 91,666 m/s (environ 92 m/s).

R aéro = 0,5 x 1,29 x 0,53 x 0,65 x 91,666 ² = 1867 N (soit le poids d'un objet de 190 kg !)

De quelle puissance à la roue arrière doit-on disposer pour atteindre cette vitesse ?

Puissance P = Force x Vitesse = 1867 x 91,666 = 171152 W = 171 kW c'est à dire près de 233 ch ! (1 ch = 0,736 kW)

La résistance aérodynamique variant avec le carré de la vitesse, la puissance à fournir dépend, elle, du cube de la vitesse ! Si on voulait atteindre 340 km/h soit + 3% il faudrait une puissance de 0,5 x 1,29 x 0,53 x 0,65 x (340 / 3,6 )^3 = 187188 W = 187 kW = 254 ch soit + 9% !

Dragster

La recherche unique de l'accélération est le propre des dragsters. Ici, il n'est pas question de freinage (même s'il faut bien s'arrêter à la fin du run !) ni de maniabilité en courbe. On cherche donc à éviter le wheeling en abaissant et avançant le centre de gravité (droite AG très près de l'horizontale) et on utilise des gommes et des dimensions de pneus offrant l'adhérence maximale (bien chauffer avant usage !).

Comme le risque de wheeling n'est jamais complètement écarté, on ajoute des roulettes à l'arrière, à l'extrémité d'un treillis (les fameux "wheelie bars"). L'étude mécanique de l'accélération de ce véhicule se traiterait comme celle d'une voiture à traction avant chargé d'un gros poids à l'avant du pare-choc...La roue avant de ce dragster ne sert qu'à l'arrêt et au freinage.

Et comme on trouve que ça n'accélère pas assez fort, on s'affranchit de l'adhérence du pneu en utilisant une propulsion par moteur fusée. Dans ce dernier cas, les roues ne servent que de support au véhicule et non à sa mise en mouvement. Pour rappel, le principe du moteur fusée repose sur l'éjection à grande vitesse d'une masse de gaz. Si on néglige la résistance aérodynamique, on peut écrire Masse du véhicule x Accélération du véhicule = Débit massique de gaz éjecté x vitesse d'éjection.

Limites de l'accélération

On a vu grâce aux deux paragraphes précédents quelles sont les deux limites physiques de l'accélération de la moto : la perte d'adhérence et le wheeling.

Si la moto patine avant de cabrer, elle est stable mais ne permet pas d'exploiter les performances du moteur. On dit qu'elle n'a pas une bonne motricité.

Si la moto cabre avant de patiner alors la motricité est bonne mais l'instabilité du véhicule ne permet pas non plus d'exploiter tout le potentiel moteur.

Ces deux limites étant incontournables, il faut chercher à ce qu'elles soient le plus proche possible l'une de l'autre.

Plusieurs méthodes :

- le pilote adapte sa position en roulant par un déplacement avant/arrière,

- au stand, on joue sur divers réglages (si possible) :

choix de pneumatiques, hauteur de selle, longueur de bras oscillant, réglages de suspensions (hauteur, assiette, compression, détente...), quantité d'essence embarquée, position du moteur dans le cadre...etc.

Et tout ceci se complique si on pense maintenant à la phase de freinage !

Actuellement, les Motos GP semblent favoriser l'accélération pour passer le maximum de la puissance en sacrifiant les performances au freinage. La moto est plutôt chargée sur l'avant avec un centre de gravité assez haut. On constate, à l'entrée des virages, que la roue arrière décolle assez facilement (tout est relatif, il faut être pilote !). Le délestage de l'arrière favorise alors les techniques de virage "en glisse".

Malgré tout, la puissance est fortement limitée sur les premiers rapports (via l'injection) car le patinage (et le risque de chute) serait systématique sans cet artifice.

La moto ne bénéficie pas, hélas, de l'appui aérodynamique d'ailerons.

Les effets aérodynamiques ne sont absolument pas négligeables en moto (surtout au delà de 150 km/h) mais sans commune mesure avec ceux des Formules 1.

Wheeling

Pour des conditions d'adhérence données, le wheeling dépend de la position du centre de gravité de l'ensemble (moto+pilote) et de l'accélération de cet ensemble.

D'après le principe de la dynamique, la somme des forces appliquées est égale au produit de la masse par le vecteur accélération. On peut ramener ceci à un problème de "statique" à 3 forces concourantes (merci M. d'Alembert) en regroupant en une force le poids P et (- M.a).

en vert : au point A, la force du sol sur le pneu arrière,

en violet : au point B, la force du sol sur le pneu avant,

en rouge : au point G (centre de gravité), la force P-M.a (en vecteurs)

La somme vectorielle des 3 forces devant être nulle, on obtient le triangle ci-dessus quand on place les vecteurs bout-à-bout.

Voilà traité le cas de l'accélération (en négligeant les effets aérodynamiques).

On remarque (comme indiqué au paragraphe "adhérence") que la composante horizontale de la force verte est égale à M.a.

Donc plus on accélère, plus la force verte est penchée vers l'avant. En même temps, la force violette diminue quand l'accélération augmente. Le wheeling est obtenu quand cette force devient nulle. A ce moment, tout le poids est reporté sur l'arrière (transfert maxi) et on obtient deux forces opposées, sur la même droite support (AG).

La force verte ne peut pas être inclinée plus loin que cette droite (AG).

Si on cherche à accélérer plus fort, le wheeling ayant été amorcé, la moto se cabre de plus en plus, le centre de gravité "recule" de plus en plus, amplifiant le wheeling et on fait un beau soleil. Si on prend en plus en compte les effets aérodynamiques lorsque la moto est cabrée, on comprend bien qu'on peut se retourner comme une crêpe (demandez à un certain pilote Kawa lors du Bol 2005 !).

Adhérence

Imaginons une moto en phase d'accélération. La force (en vert) exercée par le sol sur le pneu arrière est inclinée vers l'avant. Si on néglige les forces aérodynamiques, la composante horizontale (en rouge) de cette force est égale en intensité au produit de la masse M de l'ensemble (moto + pilote) par l'accélération a de cet ensemble. Cette inclinaison vers l'avant a une limite fonction de l'adhérence du pneu sur le sol.

A la limite du patinage, la force est inclinée par rapport à la verticale d'un angle habituellement nommé "phi". La tangente de cet angle est le facteur de frottement (pour simplifier, on peut considérer que facteur de frottement et facteur d'adhérence sont identiques). Exemple : pour un facteur de 1, l'inclinaison maxi est de arctan(1) = 45 degrés. On apprend souvent à l'école que le facteur de frottement ne peut jamais dépasser 1 mais dans le cas du contact d'un pneu sur le sol il faut revoir sa copie. En effet, la déformation du pneu et son "adaptabilité" aux inégalités du sol réalisent un quasi "engrènement". L'adhérence peut donc être extrèmement forte, en particulier avec des pneus de compétition sur une piste sèche où on peut obtenir un facteur de l'ordre de 1,6 ! Ceci correspond à une inclinaison de 58 degrés ! Cela veut dire aussi que la composante horizontale de la force de contact peut être supérieure à la force verticale.

Ceci nous indique donc que la force exercée sur le pneu ne peut jamais être plus inclinée que l'angle limite d'adhérence.

Un deuxième limite à l'accélération est celle de la perte de contact de la roue avant (wheeling).

Centre de gravité

Afin de mieux comprendre les problèmes de géométrie et d'équilibre de la moto, commençons par une notion incontournable : le centre de gravité. Il s'agit du point particulier d'un objet (ou d'un ensemble d'objets) qui permet une modélisation simple des actions de pesanteur. Considérer l'ensemble de ces actions de pesanteur en tout point d'un objet ou regrouper toutes ces actions en une seule concentrée au centre de gravité est absolument équivalent.

Dans le cas la moto, on peut distinguer le centre de gravité du pilote, celui de la moto et celui de l'ensemble moto+pilote. C'est ce dernier qui est le plus utile pour comprendre le comportement du véhicule. Ce qui corse l'affaire c'est que ces points ont des positions très variables : le pilote est un "système articulé" qui se déplace sur la moto et celle-ci n'est pas rigide car équipée de suspensions. De plus, la position par rapport au sol de tout cet ensemble mobile varie beaucoup (en particulier à cause de la prise d'angle en virage). Le comportement de la moto (malgré ses 2 roues) est donc beaucoup plus complexe que celui de la voiture (4 roues je le rappelle) dont le pilote est très "statique" dans son habitacle et pour laquelle les mouvements de châssis ont des amplitudes relativement plus limitées (si on parle de F1 et non de 4x4 du Dakar).

Parler de répartition avant / arrière d'une moto seule, sans son pilote n'a guère d'intérêt. En effet, il serait beaucoup plus utile de connaitre les chiffres avec un conducteur dans 2 ou 3 positions caractéristiques (droit, un peu penché, couché...) avec éventuellement la présence d'un passager pour avoir une bonne idée du comportement routier de la machine. Il suffit de peu de pratique pour se rendre compte que la position de conduite sur la moto a une très grande influence. La hauteur de selle est donc à connaitre mais aussi la position avant/arrière de l'assise...même si, encore une fois, le pilote doit beaucoup se déplacer sur sa machine pour être efficace (suivant les phases d'accélération, freinage ou virage).

Cette notion de centre de gravité étant acquise, je vous montrerai plus tard comment évaluer les limites d'adhérence, de cabrage à l'accélération ou de décollage de l'arrière au freinage...

Vitesse et accélération de piston

Le piston d'un moteur thermique traditionnel se déplace en translation rectiligne dans son cylindre. Ce mouvement est alternatif : le piston monte et descend. Quand le piston arrive "tout en haut" (au Point Mort Haut) il doit repartir dans l'autre sens, sa vitesse s'annule donc pendant un temps infiniment court pour changer de signe. On retrouve la même chose au PMB (Point Mort Bas). La vitesse de translation du piston varie donc fortement. Mais on peut en calculer la valeur moyenne en fonction du régime du moteur.

Exemple : notre Pocket a une course de 32 mm et le régime maxi est de 11000 tr/min.

Sur un tour, le piston parcourt 2 fois la course soit 64 mm.

La durée d'un tour au régime maxi est de 60/11000 = 0,00545 s (oui, je sais, c'est très peu ; en une seconde le moteur fait plus de 183 tours !).

La vitesse moyenne du piston est donc 64 / 0,00545 = 11733 mm/s = 11,7 m/s = 42 km/h.

Bon, vous allez me dire "42 km/h c'est pas bien rapide !"...OK, mais connaissez-vous un mécanisme capable d'atteindre cette vitesse sur quelques centimètres de déplacement ? Sans faire de calcul, on peut imaginer l'accélération colossale que cela représente.

Rocket

A l'opposé du pocket,
voici la Triumph Rocket !
Alésage 101,6 mm Course 94,3 mm et 3 cylindres
Cylindrée = (PI x alésage ² / 4 ) x course x nombre de cylindres = 2294 cm3 soit environ 2,3 litres de cylindrée totale, la cylindrée unitaire (par cylindre) étant de 765 cm3. Par comparaison, prenons le gromono Suzuki 800 DR, alésage x course = 105 x 90, cylindrée calculée : 779 cm3 soit 3 fois moins à peu près.
La Rocket c'est donc comme trois DR 800 accouplés ! C'est même mieux pour beaucoup de raisons (équilibrage, injection...etc.) car la 800 DR affiche un couple maxi de 59 N.m à 5400 tr/min contre 200 N.m à 2500 tr/min pour la Rocket, soit 3,4 fois plus à un régime 2 fois plus faible.

Cylindrée Pocket Bike

D'après la notice fournie, les pocket bikes du lycée sont des 49,9 cm3. J'ai voulu vérifier. l'alésage est de 40 mm et la course de 31 ou 32 mm (plus difficle à mesurer avec mes petits outils avec un minimum de démontage). Pour rappel, la cylindrée de ce monocylindre se calcule ainsi : section d'alésage x course = ( PI x alésage ² / 4 ) x course . On a donc en prenant les cotes en cm (pour obtenir des cm3) : cylindrée = (3,14159 x 4 ² / 4 ) x 3,2 = 40,2 cm3 !!!
On est un peu loin des 49,9 annoncés ou même de 49 ou 47 comme écrit bien souvent pour un mono d'alésage x course = 40 x 32 .....