introduction aux performances des vÉhicules …

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INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES TERRESTRES Pierre Duysinx Université de Liège Année académique 2018-2019 1

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Page 1: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES TERRESTRES

Pierre Duysinx

Université de Liège

Année académique 2018-2019

1

Page 2: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Références bibliographiques

◼ T. Gillespie. « Fundamentals of vehicle Dynamics », 1992, Society of Automotive Engineers (SAE)

◼ R. Bosch. « Automotive Handbook ». 5th edition. 2002. Society of Automotive Engineers (SAE)

◼ J.Y. Wong. « Theory of Ground Vehicles ». John Wiley & sons. 1993 (2nd edition) 2001 (3rd edition).

◼ W.H. Hucho. « Aerodynamics of Road Vehicles ». 4th edition. SAE International. 1998.

◼ G. Genta. « Meccanica dell ’autoveicolo ». Levrotto & Bella di Gualini. Torino 2000.

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Page 3: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Plan de l’exposé

◼ LOI DU MOUVEMENT

◼ Mouvement longitudinal

◼ LES FORCES DE RESISTANCES

◼ Les forces de résistance aérodynamique

◼ La résistance au roulement

◼ La résistance due à la pente

◼ Forme générale des forces résistantes

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Page 4: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Plan de l’exposé

◼ ELEMENTS DE TECHNOLOGIE DES SYSTEMES DE TRANSMISSION

◼ Embrayage à friction sèche

◼ Embrayage hydraulique

◼ Boîte de vitesses manuelle

◼ Boîte de vitesses automatique

◼ CVT

◼ Différentiel

◼ Arbres de transmission

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Page 5: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Plan de l’exposé

◼ PUISSANCE ET EFFORT DE TRACTION AUX ROUES

◼ Le rendement

◼ Le rapport de réduction

◼ Expression de la puissance et de la force aux roues

◼ CRITERES DE PERFORMANCE

◼ La pente maximale

◼ Pente maximale que l’on peut gravir

◼ Accélérations et reprises

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Page 6: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Plan de l’exposé

◼ CONSOMMATION DE CARBURANT

◼ Définition de la consommation du moteur

◼ Consommation des véhicules

◼ Calcul de la consommation

◼ Consommation à vitesse constante

◼ Consommation sur un cycle à vitesse variable

◼ Mesures normalisées de la consommation

◼ A vitesse constante

◼ Cycles normalisés de consommation

◼ Cycles américains

◼ Cycles européens

◼ Mesure sur bancs à rouleaux

6

Page 7: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Loi du mouvement

7

Page 8: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Loi du mouvement

◼ Equation de Newton:

◼ Si on compte les forces positivement si elles sont orientées vers l’avant (forces de propulsion) et négativement si elles sont dirigées vers l’arrière (forces de résistance à l’avancement), on peut écrire:

◼ Accélération est le taux de modification de la vitesse au cours du temps

8

Page 9: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Loi du mouvement

Frolling = Fr0 + 0.4 10-7 V2

Fr0 = 0.0062 to 0.015; V (km/h)

Fgrade = m . g . sin

Faero = ½ S Cx V2

Ftraction = Fgrade + Frolling + Faero + Finertie ; Ptraction = Ftraction . V

Finertie = m . dv/dt

9

Page 10: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Loi du mouvement

◼ La loi du mouvement longitudinal s’écrit

◼ La puissance du moteur FT sert à vaincre les forces de résistance et à accélérer le véhicule

◼ On distingue 3 forces de résistances principales:

◼ Les forces aérodynamiques

◼ Les forces de résistance au roulement

◼ Les forces de pente

10

Page 11: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Forces de résistance à l’avancement

11

Page 12: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Forces aérodynamiques

◼ Le véhicule est un corps peu fuselé, avec des décollements importants en haut de la lunette arrière, la formation de tourbillons◼ L’effet de sol modifie fortement l’écoulement◼ La rotation des roues crée un écoulement local qui interfère

fortement avec l’aérodynamique générale du véhicule◼ L’aérodynamique interne pour le refroidissement du moteur et du

système de conditionnement d’air augmente également la résistance

12

basse pression

haute pression

traînée

Page 13: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Estimation de la résistance aérodynamique

◼ Force de traînée:

◼ V : la vitesse du véhicule

◼ : la densité de l’air: 1,22 kg/m³

◼ Cx : le coefficient de trainée du véhicule

◼ S : la surface frontale du véhicule

→ Peut être estimée par la formule

dite de Paul Frère

85.0avec = klhkS

13

h

l

Page 14: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Coefficient de traînée (Cx) des automobiles

(Wong Table 3.1)

Gillespie: Fig 4.20 Cx pour différents véhicules

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Page 15: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Forces de résistance au roulement

◼ Pour un pneu qui roule librement, il est nécessaire d’appliquer un couple moteur pour contrebalancer le moment résistant qui provient du déplacement du centre de pression dans l’emprunte vers la partie avant

◼ Les forces de résistance au roulement recouvrent des effets provenant de différentes sources:◼ le travail de déformation des

pneumatiques

◼ le frottement des roulements

◼ le travail de la suspension

◼ les défauts d’alignements

15

Page 16: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Forces de résistance au roulement du pneu

◼ 1ère cause: hystérésis des matériaux viscoélastiques (caoutchouc) du pneumatique lors de la déformation de la carcasse au cours du roulement

◼ Autres causes:

◼ Frictions lors des glissements

◼ Circulation de l’air

◼ Effet de ventilateur du pneu qui roule

◼ Exemple: à 130 km/h

◼ 90-95 % = hystérésis

◼ 2-10 % friction

◼ 1.5 – 3.5 % résistance de l’air

16

Page 17: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Forces de résistance au roulement

◼ De manière générale, les forces de résistance qui sont rassemblées sous le terme de forces de résistance au roulement peuvent s’exprimer

◼ m: la masse appliquée sur le pneu◼ g=9,81 m/s²◼ f : coefficient de résistance au

roulement

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Page 18: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Forces de résistance au roulement du pneu

La résistance au roulement dépend de:

◼ La structure du pneu: Plus faible avec des pneus à carcasses radiales qu’avec des carcasses diagonales

◼ La résistance au roulement diminue avec la pression de gonflage

◼ La vitesse: la résistance augmente fortement à haute vitesse à cause de l’apparition de vibrations

◼ La résistance au roulement est beaucoup plus basse sur des surfaces dures et lisses

◼ La résistance au roulement augmente sur sol mouillé et sur neige

18

Page 19: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Forces de résistance au roulement du pneu

Wong Fig. 1.8Influence de la nature du solInfluence de la pression de gonflage

Gillespie Fig. 4.31 : influence de la vitesse

19

Page 20: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Forces de résistance due à la pente

◼ Expression des forces de résistance due à la pente

20

déclivitéF

gmP

.=

v

m

normaleF

Page 21: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Expression générale des forces de résistance

◼ Forme générale des forces de résistance

◼ Expression générique

◼ avec A, B > 0

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Page 22: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Forces de résistance pour les véhicules ferroviaires

◼ Pour les véhicules ferroviaires, on distingue en outre plusieurs forces supplémentaires◼ Résistance au roulement (semblable au véhicule routier)

◼ Résistance aérodynamique (semblable au véhicule routier)

◼ Résistance de tunnel: supplément de résistance aérodynamique dû à la proximité des parois

◼ Résistance de pente ou de déclivité (semblable au véhicule routier)

◼ Résistance d’arrachement

◼ Résistance due aux courbes

tunnelcourbedéclivitétarrachemenfrottementext FFFFFF ++++=

22

Page 23: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Force d’arrachement

◼ Elle n’apparaît qu’à très basse vitesse (démarrage) et vaut :

◼ Elle est nulle dès que le train est en mouvement.

gmFarachement ..10.5,7 3−=

23

Page 24: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Résistance due aux courbes

◼ Résistance due aux courbes

◼ La résistance due aux courbes est liée au rayon de courbure (r), à l’écartement, au dévers de la voie, ainsi qu’à la construction du véhicule.

◼ On recourt également à des formules empiriques comme, par exemple :

◼ ke est le coefficient d’écartement. Il est exprimé en mètres et vaut

gmr

kF e

courbe .10. 3−=

ke (m) écartement (mm)

750 1435

530 1000

400 750

325 60024

Page 25: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

SYSTEME DE TRANSMISSION

25

Page 26: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Architecture de la ligne de transmission

Gillespie, Fig 2.3

Moteur

boîte de vitesses

volant moteur

Différentiel

RoueDisqued’embrayage

Roue26

◼ Entre le moteur et les roues on interpose une série de composants qui permettent de réaliser diverses fonctions

Page 27: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Architecture de la ligne de transmission

◼ Transmettre la puissance du moteur vers les roues ➔ Arbres

◼ Moduler le couple (force) et la vitesse du moteur aux conditions de fonctionnement des roues : modulation du couple / vitesse ➔ Boite de vitesses

◼ Inverser le sens de rotation des roues (irréversibilité des moteurs thermiques) ➔ Boite de vitesses

◼ Interrompre l’acheminement de puissance ➔ Embrayage

◼ Répartition de puissance (gauche / droite & avant / arrière) ➔

Différentiel27

Page 28: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Architecture de la ligne de transmission

◼ Un système de transmission se compose généralement de:

◼ Un volant moteur

◼ Un embrayage

◼ Une boîte de vitesses

◼ Un arbre de transmission

◼ Un différentiel

◼ Essieux

◼ Il existe différentes formes de systèmes de transmission de puissance ayant chacun des niveaux de complexité différents

Gillespie: Fig 2.4

Page 29: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Embrayage à sec – commande manuelle

29

Page 30: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Embrayage à sec – commande manuelle

Position embrayéeEmbrayage fermé

Position débrayéeEmbrayage ouvert

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Page 31: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Systèmes de couplage hydraulique

◼ Utiliser l’énergie hydro cinétique pour transférer en douceur de la puissance entre le moteur et la transmission tout en multipliant le couple de sortie

◼ La roue solidaire de l’arbre d’entrée joue le rôle de pompe tandis que la roue solidaire de l’arbre de sortie agit en turbine

◼ On peut ajouter une roue fixe (stator) pour un meilleur rendement hydraulique

31

https://www.youtube.com/watch?v=0oCQVkUePV0

Page 32: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Puissance et efforts de traction aux roues

◼ Rendement des embrayages:

◼ Friction sèche h=100%

◼ Coupleur hydraulique: h=90%

Convertisseur hydrocinétique32

Page 33: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

La boîte de vitesses

33

Page 34: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

La paire engrenage

◼ Deux roues dentées en prise se comportent comme de deux cylindres de diamètres d01 et d02 roulant l’un sur l’autre

◼ Si il n’y a pas de glissement, on peut écrire

◼ Soit le rapport de réduction i

◼ Un engrènement extérieur donne lieu à une inversion du sens de rotation alors qu’un engrènement sur une denture intérieure (comme pour les poulies et les chaînes) préserve le sens de rotation

34

Page 35: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Principe de la boîte de vitesses

Principe de la boîte de vitesses

Arbre d’entrée

Arbre de sortie

Arbre secondairePrise directe

35

Page 36: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Chemin de la puissance dans la boîte

Point mort

1ère 2ème

3ème R

36

Page 37: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Commande de boîte de vitesses

Sélection d’un rapport37

Page 38: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Commande de boîte de vitesses

Sélection d’un rapportet d’une tringle

38

Page 39: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Synchronisation

◼ Lors de tout changement de vitesse, les

vitesses initiales des pignons à mettre en prise

diffèrent.

◼ Pour éviter le chocs (entre pignons pour les

dentures droites, entre les crabots pour les

dentures hélicoïdales), il faut synchroniser les

vitesses de rotations.

◼ On utilise un synchroniseur

◼ Le synchroniseur joue le rôle d’embrayage

conique entre le baladeur et le pignon

◼ Les deux éléments tournant désormais à la

même vitesse, les crabots peuvent s’engager

sans bruit.

Page 40: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

La boîte automatique

◼ L’élément de base des systèmes de réduction des boîtes automatiques = le train épicycloïdal

Sun = planétaire Planet = satellite Annulus = Couronne40

Page 41: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

La boîte automatique

41

Page 42: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

La boîte automatique

Principle of an automatic gear box based on double planetary gear trains

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Freins actionnés par pistons

hydrauliques

Embrayages actionnés par

pistons hydrauliques

Page 43: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

CVT : Système Van Doorne

◼ PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

◼ En modifiant la distance entre les deux faces des poulies coniques, le rayon effectif des poulies peut être modifié et par là le rapport de réduction.

◼ A l’origine, modification par un système mécanique basé sur un dispositif avec des poids centrifuges et un moteur à actionnement par dépression.

◼ Actuellement, système contrôlé par un microprocesseur.

◼ PERFORMANCES

◼ Rapport de réduction variable dans un rapport 4 à 6.

◼ Efficacité variable avec le couple d’entrée et la vitesse de rotation

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Page 44: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Le différentiel

PRINCIPE DU DIFFÉRENTIEL

Arbre d’entrée (moteur)

Arbre sortie (roue)

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Page 45: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Le différentiel

◼ Le différentiel est un dispositif permettant de diviser le couple entre deux arbres de sortie.

◼ Pour les essieux, le différentiel divise le couple entre roue droite et gauche.

◼ Lorsque le véhicule est en virage, le différentiel permet un mouvement à vitesses différentes entre les essieux et les roues

Page 46: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Forces de propulsion

46

Page 47: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Puissance et efforts de traction aux roues

PUISSANCE AUX ROUES

◼ La puissance aux roues est directement liée à la puissance du moteur via le rendement de la transmission h

◼ Rendement h :

En première approximation on propose:◼ Boîte de vitesses rapport en prise directe: h = 100%

◼ Boîte de vitesses rapport sans prise directe: h = 97,5%

◼ Pont et ligne de transmission: h = 97,5 - 98,5%

Page 48: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Puissance et efforts de traction aux roues

VITESSE AUX ROUES

◼ Lien entre vitesse de rotation de la roue et vitesse d’avance

◼ Rapport de réduction i>1

◼ Vitesse de translation et vitesse de rotation des roues

◼ R/i: longueur de transmission: distance d’avance par tour de moteir

Page 49: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Puissance et efforts de traction aux roues

FORCES AUX ROUES

◼ Puissance aux roues et puissance moteur

◼ Il vient

◼ Force aux roues

Page 50: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Diagrammes de la puissance et de la force aux roues

v

I

II

III

IV

◼ Pour tracer la courbe, il faut:

◼ Multiplier l’échelle des abscisses par R/i

◼ Multiplier les ordonnées par h i/R

50

Enveloppe descourbes de forcepour les différents rapports en 1/v

Page 51: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Diagrammes de la puissance et de la force aux roues

Proues(v)

v

h Pmax

I II III IV

Page 52: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Critères de performance

52

Page 53: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Critères de performance

◼ Critères en vitesse stationnaire (constante)◼ Vitesse maximale

◼ Pente maximale franchissable

◼ Pente franchissable à une vitesse donnée

◼ Accélérations et reprises◼ Accélérations : 0-60 km/h, 0-100 km/h, 0-200 km/h

◼ Accélérations : 1000 m, 2000 m départ arrêté

◼ Reprises : 40-60 km/h, 40-120 km/h, 90-120 km/h

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Page 54: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Critère de performance stationnaire

◼ Vitesse constante ➔ Egalité entre forces de traction et forces

de résistance

◼ Ou sous forme de puissance: la puissance développée par le moteur compense celle dissipée par les forces de résistance (aérodynamique, pente…)

◼ La performance est déterminée par le point d’intersection entre les courbes de forces aux roues et des forces de résistance

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Page 55: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Critère de performance stationnaire

◼ Accélérations et reprises ➔ Le supplément de forces de traction

permet d’accélérer le véhicule

◼ Soit

◼ Une grande force nette donne lieu à une accélération importante

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Page 56: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Plus grande vitesse maximale

◼ Les forces de résistances augmentent rapidement avec la vitesse

◼ On a l’égalité des puissances motrices et des forces résistantes

◼ La plus grande vitesse maximale est obtenue en utilisant la toute la puissance disponible c.-à-d. la puissance maximale.

◼ Cela permet de calculer le plus grand rapport de boite

Page 57: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

v

I

II

III

vmax

IV

Fa

Frlt

Plus grande vitesse maximale

Max speed of the vehicle

Page 58: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Pente maximale franchissable

◼ Pour calculer la pente maximale franchissable, deux critèressont en concurrence:

◼ La puissance et la force disponible pour la traction

◼ La force maximale transmissible par les roues régie par la limite du coefficient de friction roue - sol

◼ 1/ Force de résistance due à la pente

◼ 2/ Limitation due au coefficient de friction

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Page 59: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Etude des performances à l’aide du diagramme des forces

v

I

II

III

IV

Vmax

mg sin3

max

mg sin4

max

Fa

Frlt

Pente maximale franchissablepour un rapport donné

59

Page 60: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Etude des performances à l’aide du diagramme des forces

v

I

II

mg sin1

max

mg sin1

maxmax

Sliding clutch

Fa

Frlt

Pente maximale franchissabledans le 1er rapport

60

Page 61: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Accélérations et reprises

◼ En régime variable: La force utile permet de calculer facilement l’accélération disponible

◼ Les accélérations sont calculées en résolvant l’équation de Newton

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Page 62: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

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 boite peuvent également être pris en compte

G. Genta Fig 4.21: Vitesse en fonction du temps. Prise en compte des changements de rapport

Page 63: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation

63

Page 64: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Introduction

◼ La consommation des véhicules est devenu un facteur très important

◼ Elle dépend d’un nombre de facteurs:

◼ Les caractéristiques de consommation du moteur

◼ Les caractéristiques de la transmission (rapport de réduction, rendement)

◼ Le poids du véhicule

◼ La résistance aérodynamique

◼ La résistance au roulement

◼ Le cycle de conduite (conditions de conduite)

◼ Le comportement du chauffeur...

64

Page 65: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation du moteur thermique

◼ La consommation spécifique du moteur est la quantité de carburant (mf) utilisée pour produire un travail W donné:

◼ Pour un fonctionnement en régime variable:

◼ La consommation spécifique dépend du point de fonctionnement du moteur

◼ Elle est cartographiée sur le diagramme puissance ou couple en fonction du régime

65

Page 66: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation spécifique du moteur

Wong. Fig. 3.41 et 3.42Moteur essence

Moteur diesel

66

Page 67: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation spécifique du moteur

◼ Aujourd’hui avec le défi climatique lié aux émissions de CO2, il est courant d’exprimer la consommation en émissions de CO2.

◼ Compte tenu de la composition chimique moyenne des carburants, on peut établir un équivalent entre le litre de carburant et la masse de CO2

émise

g CO2 / litre

Essence 2 360

Diesel 2 730

Gaz naturel 1 891

Propane 1 500

67

Page 68: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation spécifique du moteur

◼ Exercice:

◼ Une consommation normalisée d’essence de 5 l équivaut à une émission 5*2360 /100 = 118 gr CO2/km

◼ L’objectif de 120 g de CO2 par km équivaut à

◼ 120 *100/2360 = 5,08 l/100 km en essence

◼ 120 *100/2730 = 4,39 l/100 km de Diesel

68

Page 69: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation des véhicules

◼ Pour les véhicules, on préfère souvent parler de consommation pour une distance parcourue

◼ En Europe: consommation aux 100 km: [litres / 100 km]

◼ Aux USA: distance parcourue par galon consommé (fuel economy) [miles per gallon]

◼ Relation entre les deux:

69

Page 70: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation des véhicules

◼ Calcul de la consommation B [L/100 km] en intégrant le débit volumique instantané de carburant [L/s] consommé durant un parcours de durée totale T:

◼ Le débit volumique instantané est fonction de la consommation spécifique be, de la puissance instantanée requise et de la masse volumique du fuel:

70

Page 71: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation pour un cycle à vitesse variable

◼ Pour un cycle de conduite variable, on calcule la consommation à chaque instant en fonction de la puissance moteur à fournir et du régime moteur

◼ On note l’influence de

◼ la masse (forces d’inertie et de pente, force de résistance au roulement)

◼ le Cx et les forces aérodynamiques

◼ le coefficient de résistance au roulement

71

Page 72: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation pour un cycle à vitesse variable

◼ Influence des paramètres sur la consommation

◼ Masse du véhicule

◼ Aérodynamique

◼ Résistance au roulement

◼ En général, pour une voiture on estime les gains de consommation suivant en fonction d’une amélioration de 10% des paramètres masse, Cx et f:

72

Page 73: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation des véhicules

◼ Le travail produit peut servir à

◼ Augmenter l’énergie potentielle (force de pente)

◼ Augmenter l’énergie cinétique = accélération. Un parcours avec beaucoup d’arrêts et de démarrages est plus consommateur d’énergie

◼ Vaincre la résistance aérodynamique, les résistances au roulement (en fonction de la vitesse, des réglages, etc.)

◼ L’utilisation du frein moteur

◼ L’arrêt du moteur lors des arrêts (stop/start system)

◼ Du choix des paramètres : point de fonctionnement, rapport de boîte, violence des accélérations…

◼ La consommation dépend fortement du cycle de conduite et du conducteur !

73

Page 74: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Consommation des véhicules

◼ Conclusion: nécessité de définir des conditions standards pour une comparaison objective ➔Notion de cycles de conduite

◼ Les cycles de conduite = parcours standardisés au cours desquels la vitesse, l’accélération et les rapports de boîte pour les boîtes manuelles doivent être suivis à chaque instant selon les spécifications du cycle.

◼ Deux types de cycles:

◼ Les cycles réalistes: sont déduits directement d’observation du trafic.

◼ Les cycles synthétiques sont élaborés à partir de vitesses et d’accélérations obtenues à partir d’observations classées et pondérées en fonction de leur durée et de leur fréquence

74

Page 75: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Cycles US

◼ Les cycles US sont définis par l’EPA (Environment Protection Agency).

◼ Cycles réalistes

◼ Différents

◼ Le cycle FTP75 (Federal Test Protocol) est un cycle

◼ Le cycle HWFET est un cycle autoroutier

◼ Le SC03 et le US06, cycles agressifs et avec air co.

◼ Ils servent à la détermination de la consommation

75

Page 76: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

US Urban Emissions and Fuel Economy test (FTP75)

76

Page 77: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

US Highway Fuel Economy Test (HWFET)

77

Page 78: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Cycles US

◼ Plusieurs inconvénients:

◼ Procédure assez lourde à mettre en œuvre du point de vue pratique et technique (cycle compliqué)

◼ Véhicules classés en catégorie de poids, de sorte que la masse prescrite n’est pas la masse réelle sur la route

◼ Etude de sensibilité de la masse n’est pas possible

◼ Discordance entre études (masse exacte) et tests officiels (masse prescrite en catégorie)

78

Page 79: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Cycles US et cycle poids lourds

Cycle New York city pour bus urbains

79

Page 80: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Cycle européen

◼ Jusqu’en 1978, chaque pays avait ses règles propres

◼ Les premiers cycles

◼ Premiers cycle des années 1970: E-75 et E-80.

◼ Consommation souvent mesurée sur les cycles américains

◼ En 1978: réglementation 80/1266/EEC et indicateur EUROMIX

◼ Cycle urbain

◼ consommation à vitesse constante à 90 et 120 km/h

◼ Consommation composite EUROMIX:

◼ En 1996: nouveau cycle européen (NEDC) pour la mesure à la fois de la consommation et des émissions dans la CE

80

Page 81: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Cycle européen

Partie extra urbainePartie urbaine: 4 fois le cycles de base

Nouveau cycle européen (1996)

81

Page 82: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Cycle européen

◼ Le nouveau cycle européen est

◼ valable pour la consommation et les émissions de polluants des voitures et des véhicules utilitaires légers

◼ remplace les parties à vitesse constante à 90 et 120 km/h par une partie périurbaine de vitesse moyenne plus lente

◼ moins sensible à l’aérodynamique que l’EUROMIX et son influence quasi identique à l’EPA.

◼ phases d’accélération augmente l’influence de la masse

◼ représente une image de la situation de conduite européenne

◼ Est souvent critiqué parce que

◼ il ne représente pas une situation réelle de conduite

◼ autres cycles d’associations et magazines d’automobile (ex. ADAC)

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Page 83: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Cycle SORT pour les bus

◼ Proposition de la UITP: cycles SORT (standardized on-road test) pour les bus

SORT 1 : Heavy urban SORT drive cycle

SORT 2: Easy urban SORT drive cycle

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Page 84: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

WLTP

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NEDC WLTP

Cycle de test Cycle de test uniqueCycle dynamique plus représentatif des conditions de conduite réelle

Durée du cycle 20 minutes 30 minutes

Distance du cycle 11 kilomètres 23,25 kilomètres

Phases de conduite2 phases, 66 % de conduite urbaine et 34 % de conduite rurale

4 phases plus dynamiques, 52 % de conduite urbaine et 48 % de conduite rurale

Vitesse moyenne 34 km/h 46,5 km/h

Vitesse maximum 120 km/h 131 km/h

Influence des options individuelles

Le NEDC ne tient pas compte de l’impact sur les émissions de CO2 et sur la performance énergétique

Les caractéristiques additionnelles (pouvant varier selon les modèles) sont prises en compte

Changements de vitesse Changements de vitesse fixesPoints de passage calculés pour chaque véhicule

Températures de testMesures réalisées entre 20 et 30 °C

Essais réalisés à 23 °C, CO2

corrigé à 14 °C

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WLTP

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Page 86: INTRODUCTION AUX PERFORMANCES DES VÉHICULES …

Banc à rouleaux

◼ La réalisation des différents tests de consommation et d’émission doit être fait dans des conditions d’environnement maîtrisées.

◼ Le banc à rouleaux est un dispositif expérimental qui permet de reproduire les conditions de fonctionnement du véhicule sur la route au sein d’un laboratoire

◼ Le banc à rouleaux consiste en un ou deux rouleaux menés par les roues motrices et connectés à un système d’absorption de puissance capable de contrôler la charge appliquées au rouleaux et aux roues du véhicule.

◼ Un dispositif de contrôle et d’acquisition permet de contrôler la vitesse, la force aux roues et d’enregistrer les mesures

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Banc à rouleaux

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Banc à rouleaux

Mise en place du véhicule sur le banc

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Banc à rouleaux

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Banc à rouleaux

◼ Avantages du banc à rouleaux:

◼ Possibilité de tester les performances du véhicule complet ou d’un moteur monté sur véhicule

◼ Pas nécessaire de retirer le moteur du véhicule

◼ Simplifie la procédure

◼ Tient compte de l’environnement

◼ Désavantages

◼ Précision et répétabilité plus faible qu’un banc moteur (perte dans la ligne de transmission, glissement des pneumatiques)

◼ Accessibilité des capteurs limitée

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Banc à rouleaux

◼ Utilisation des bancs à rouleaux

◼ Effectuer une vérification rapide de la puissance

◼ Réaliser des tests supplémentaires sur le moteur

◼ Mesurer les pertes de la ligne de transmission

◼ Réaliser des tests requérant la puissance précise développée par le véhicule

◼ Effectuer des tests exigeant la présence du véhicule complet pour la mesure de la consommation, des émissions, du bruit…

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