EDP Sciences
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PROfil
Les ouvrages de la collection « PROfil » ont pour vocation la transmission des savoirs professionnels dans différentes disciplines. Ils sont rédigés par des experts reconnus dans leurs domaines et contribuent à la formation et l'information des professionnels.
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La roue
Comportement et dynamique du véhicule
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Elian Baron
Baron, Elian
Elian
Baron
<p>Elian Baron, ingénieur et docteur en physique, a mené l’essentiel de sa carrière dans l’industrie automobile, où il a exercé des fonctions à la fois techniques et managériales, alliant recherche appliquée et innovation industrielle.</p>
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pneumatique;véhicule;adhérence;route;roue
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<blockquote>Souvent considérée comme un élément trivial, la roue, et plus largement le système roue-pneumatique, fait pourtant partie des enjeux technologiques actuels dans les domaines du transport, de la compétition automobile, ou encore de l’ingénierie industrielle. Ce livre se propose d’en explorer la richesse mécanique avec clarté, rigueur et pédagogie.<br>Conçu comme un outil pratique à destination des ingénieurs, techniciens et enseignants, cet ouvrage couvre de manière exhaustive les grandes problématiques liées au comportement de la roue à la dynamique longitudinale du véhicule. De la résistance à l’avancement à la cinématique de la roue, de la caractérisation des pneumatiques aux phénomènes de pseudoglissement, en passant par la capacité d’accélération ou de franchissement, l’ensemble des notions fondamentales est traité avec précision, sans recours inutile à des développements mathématiques complexes.<br>Chaque chapitre progresse de manière structurée, s’appuyant sur de nombreuses figures explicatives, des équations didactiques et des modèles adaptés à la réalité du terrain. L’auteur y met en oeuvre une approche résolument opérationnelle, au service de l’analyse et de la modélisation des phénomènes mécaniques rencontrés au quotidien dans les bureaux d’études, les laboratoires ou sur les pistes d’essais.<br>En comblant une lacune persistante dans la littérature technique francophone, ce livre s’impose comme une référence pour quiconque cherche à maîtriser les fondements mécaniques de la roue et du véhicule. Accessible tout en étant rigoureux, il constitue une véritable boîte à outils pour les professionnels, les formateurs et les étudiants avancés. Un guide indispensable pour mieux comprendre, modéliser et anticiper les comportements dynamiques qui conditionnent la sécurité, la performance et l’innovation.</blockquote>
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<p>Conçu comme un outil pratique à destination des ingénieurs, techniciens et enseignants, cet ouvrage couvre de manière exhaustive les grandes problématiques liées au comportement de la roue à la dynamique longitudinale du véhicule.</p>
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<p>Chapitre I</p><p>Résistance à l’avancement……………………………………………... 9</p><p>Introduction………………...……………….9</p><p>I.1. Notions de base…………………………………………......….10</p><p>I.1.1. Couple, force et puissance de traction………………...…………...….... 10</p><p>I.1.2. Résistance au glissement……………………………………......…...….... 13</p><p>I.1.2.1. Constatations expérimentales……………………………....….…..…... 13</p><p>I.1.2.2. Coefficient de frottement statique et angle de frottement….…...…..…. 15</p><p>I.1.2.3. Cône de frottement………………………………………...….............. 16</p><p>I.1.2.4. Lois expérimentales du frottement sec……………………………........ 18</p><p>I.1.2.5. Point d’application de la réaction du support………………....…..….... 19</p><p>. I.1.2.6. Coefficient de frottement dynamique………………………...…....…... 20</p><p>I.1.2.7. Travail résistant dû au frottement………………………….……...…... 22</p><p>I.1.2.8. Valeurs du coefficient de frottement……………………….…......….... 23</p><p>I.1.2.9. Récapitulatif…………………………………………….…...…...…..... 24</p><p>I.1.3. Résistance au roulement 1………………………….……..……................ 25</p><p>I.1.3.1. Constatations expérimentales………………………………..…....….... 25</p><p>I.1.3.2. Couple résistant et paramètre de résistance au roulement.28</p><p>I.2. Forces de résistance à l’avancement……………….………..……….......... 30</p><p>I.2.1. Résistance aérodynamique…………………………………….................. 31</p><p>I.2.1.1. Petite histoire de l’aérodynamique automobile……………...……........ 33</p><p>I.2.1.2. Les forces aérodynamiques………………………………..…..……..... 40</p><p>I.2.1.3. Loi de Bernoulli………………………………………….………......... 42</p><p>I.2.1.4. Coefficient de traînée……………………………………………….… 49</p><p>I.2.1.5. Surface frontale ou « maître-couple »…………………………………. 52</p><p>I.2.1.6. Impact de la résistance aérodynamique sur la décélération du véhicule... 54</p><p>I.2.1.7. Action retardatrice de la résistance aérodynamique vs celle des freins… 58</p><p>I.2.1.8. Importance du Cx et de la surface frontale sur la consommation…….... 64</p><p>I.2.1.9. Vent de travers………………………………………………………... 66</p><p>I.2.1.10. Résistance aérodynamique de la roue seule…………………………... 70</p><p>I.2.2. Résistance au roulement 2………………………………………...……... 72</p><p>I.2.2.1. Rôle du pneumatique…………………………………………………. 72</p><p>I.2.2.2. Paramètres influents sur la résistance au roulement du pneumatique….. 75</p><p>I.2.2.3. Modélisation du coefficient de résistance au roulement……………….. 89</p><p>I.2.2.4. Résistance au roulement du véhicule………………………………….. 93</p><p>I.2.2.5. Impact de la résistance au roulement sur la décélération du véhicule….. 94</p><p>I.2.3. Détermination du Cx et du coefficient de résistance au roulement…... 96</p><p>I.2.3.1. Approche théorique…………………………………………………... 96</p><p>I.2.3.2. Méthode « simultanée »……………………………………………….. 98</p><p>I.2.3.3. Méthode « séquentielle »……………………………………………… 100</p><p>I.2.4. Vitesse limite pour négliger la résistance aérodynamique……………... 100</p><p>I.2.5. Cumul des forces de résistance aérodynamique et de roulement…….. 102</p><p>I.2.6. Résistance à la pente……………………………………………………... 106</p><p>I.2.6.1. Impact de la résistance à la pente sur la décélération du véhicule…….... 108</p><p>I.2.7. Résistance totale à l’avancement………………………………………... 110</p><p>I.2.8. Puissance et énergie requise pour chaque type de force résistante….... 111</p><p>I.2.8.1. Résistance au roulement……………………………………………… 111</p><p>I.2.8.2. Résistance aérodynamique……………………………………………. 112</p><p>I.2.8.3. Variations de vitesse…………………………………………………... 114</p><p>I.2.8.4. Variations d’altitude…………………………………………………... 115</p><p>I.2.8.5. Études de cas………………………………………………………..... 116</p><p>I.2.8.6. Bilan sur cycle WLTP………………………………………………… 118</p><p>Conclusion……………………………………………………………….………... 124</p><p>Chapitre II</p><p>La roue et le pneumatique……………………………………………... 127</p><p>Introduction………………………………………………………………...…….. 127</p><p>II.1. Histoire succincte de la roue…………………………………………...….128</p><p>II.2. La justification fondamentale de la roue………………………………... 140</p><p>II.3. Les fonctions du pneu…………………………………………………….. 148</p><p>II.4. Constitution d’un pneu moderne……………………………………..…. 150</p><p>II.5. Les structures du pneumatique……………………………..…………..... 152</p><p>II.5.1. La structure diagonale…………………………………………..………. 152</p><p>II.5.2. La structure radiale…………………………………………...………… 154</p><p>II.5.3. Avantages et inconvénients………………………………………..…… 156</p><p>II.6. Catégories et type de pneumatiques………………………………..…… 157</p><p>II.7. Marquage des pneus modernes………………………………..…………. 161</p><p>II.8. Sculpture de la bande de roulement…………………………………….. 165</p><p>II.9. Système de coordonnées de la roue, forces et moments…………….. 168</p><p>II.10. Empreinte du pneumatique……………………………………………... 170</p><p>II.11. Cinématique de la roue……………………………………………...…… 174</p><p>II.11.1. Vitesse d’un point périphérique de la roue……………………...…… 175</p><p>II.11.2. Vitesse de glissement et roulement sans glissement…………..…….. 176</p><p>II.11.3. Accélération d’un point périphérique de la roue……………….…… 178</p><p>II.11.4. Trajectoire d’un point périphérique de la roue……………...……….. 180</p><p>II.11.5. Point de contact avec le sol……………………………………..…….. 182</p><p>II.11.6. Axe instantané de rotation……………………………………………. 183</p><p>II.12. Les différents rayons de roulement de la roue………………….……. 185</p><p>II.12.1. Rayon sous charge verticale (roue au repos)………………...………. 185</p><p>II.12.2. Rayon dynamique d’une roue libre………………………………..….. 186</p><p>II.12.3. Rayon dynamique d’une roue sous couple moteur ou freineur……..191</p><p>II.13. Raideur du pneumatique………………………………………………… 191</p><p>II.14. Caractérisation de l’écrasement de la roue………………………...….. 198</p><p>II.15. Pseudo-glissement…………………………………………………...…… 201</p><p>II.15.1. Approche mathématique du pseudo-glissement………………....….. 202</p><p>II.15.2. Quelques notions sur le caoutchouc………………………...……….. 208</p><p>II.15.3. Les mécanismes de l’adhérence : indentation et adhésion………….. 211</p><p>II.15.4. Cisaillement et glissement dans l’aire de contact……………….…… 214</p><p>II.15.5. Taux de glissement longitudinal……………………………………… 216</p><p>II.15.6. Cas de la roue chargée (couple moteur ou freineur)……………….... 220</p><p>II.15.7. Forces longitudinales de freinage ou de traction……………….…… 223</p><p>II.15.8. Coefficient d’adhérence longitudinal……………………………...….. 225</p><p>II.15.9. Longueur de cisaillement et de glissement…………………………... 227</p><p>II.15.10. Compréhension de la force tangentielle………………………...….. 230</p><p>II.15.11. Instabilité…………………………………………………...…….……233</p><p>II.15.12. Calcul de la force de traction longitudinale potentielle……………. 235</p><p>II.15.13. Couple et force de traction avec pseudo-glissement…………….… 237</p><p>II.15.14. Rendement de la roue…………………………………………...…… 240</p><p>II.15.15. Équations du mouvement du véhicule (avec glissement)……….… 243</p><p>II.16. Quelques situations particulières de la roue………………………..… 245</p><p>II.16.1. Masses et inerties ramenées à l’axe de roue………………………….. 245</p><p>II.16.2. Roue libre décélérant sur un plan horizontal………………………....249</p><p>II.16.3. Roue décélérant sur une pente ascendante………………………...… 251</p><p>II.16.4. Roue accélérant sur une pente descendant………………………..…. 253</p><p>II.16.5. Roue porteuse accélérant sur un plan horizontal………………...…. 254</p><p>II.16.6. Roue tractrice accélérant grâce à un couple……………………….… 257</p><p>II.16.7. Roue décélérant grâce à un couple…………………………...………. 259</p><p>II.16.8. Roue montant un trottoir…………………………………………...… 261</p><p>II.16.9. Véhicule montant un trottoir…………………………………….…… 265</p><p>II.16.10. Automobile en accélération (traction avant)……………………….. 268</p><p>II.16.11. Automobile en accélération (propulsion arrière)………………...… 276</p><p>II.16.12. Automobile en freinage…………………………...…………………. 278</p><p>II.16.13. Bicyclette en démarrage……………………………………………... 281</p><p>II.16.14. Bicyclette en freinage sur le plat (roue avant)………………...……. 283</p><p>Conclusion……………………………………………………………………….... 285</p><p>Chapitre III</p><p>Équilibre statique du véhicule……………………………………….. 287</p><p>Introduction…………………………………………………………………….… 287</p><p>III.1. Véhicule sur plat…………………………………………………………... 287</p><p>III.1.1. Détermination de la position horizontale du centre de gravité……... 291</p><p>III.1.2. Détermination de la position verticale du centre de gravité…………291</p><p>III.2. Véhicule sur pente……………………………………………………….... 293</p><p>III.2.1. Limite de glissement et de basculement…………………………….... 296</p><p>III.3. Véhicule sur sol en dévers………………………………………………. 298</p><p>III.4. Véhicule avec remorque…………………………………………………. 303</p><p>Conclusion………………………………………………………………………… 308</p><p>Chapitre IV</p><p>Éléments de dynamique longitudinale…………………………... 309</p><p>Introduction………………………………………………………………………. 309</p><p>IV.1. Modèle général du véhicule……………………………………………... 310</p><p>IV.2. Traction avant…………………………………………………………..….. 312</p><p>IV.2.1. Vitesse du véhicule……………………………………………….……. 316</p><p>IV.2.2. Accélération du véhicule………………………………………...…….. 317</p><p>IV.2.3. Forces tangentielles sol-roues………………………………………… 318</p><p>IV.2.4. Forces normales sol-roues…………………………………………….. 320</p><p>IV.2.5. Roulement sans glissement……………………………………………. 321</p><p>IV.2.6. Décollement des roues……………………………………………...…. 324</p><p>IV.2.7. Vitesse maximum du véhicule……………………………………..….. 324</p><p>IV.2.8. Vitesse instantanée du véhicule………………………….……………. 325</p><p>IV.2.9. Vitesse limite de prise en compte de la résistance aérodynamique….327</p><p>IV.2.10. Temps de montée en vitesse……………………………………...…. 329</p><p>IV.3. Propulsion arrière…………………………………………………….…… 330</p><p>IV.3.1. Accélération du véhicule………………………………………………. 331</p><p>IV.3.2. Forces tangentielles sol-roues………………………………………… 332</p><p>IV.3.3. Forces normales sol-roues………………………………………..…… 333</p><p>IV.4. Quatre roues motrices sur pente…………………………………..……. 334</p><p>IV.4.1. Équations de mouvement………………………………………...…… 335</p><p>IV.4.2. Accélération du véhicule………………………………………………. 338</p><p>IV.4.2.1. Cas où l’embrayage ne patine pas…………………………………… 339</p><p>IV.4.2.2. Cas où l’embrayage patine…………………………………………... 343</p><p>IV.4.3. Reports de charge……………………………………………………… 344</p><p>IV.4.3.1. Reports de charge « complets »……………………………………... 345</p><p>IV.4.3.2. Reports de charge « simplifiés »……………………………………... 347</p><p>IV.4.4. Couples de traction……………………………………………………. 349</p><p>IV.4.4.1. Cas où l’embrayage ne patine pas…………………………………… 349</p><p>IV.4.4.2. Cas où l’embrayage patine…………………………………………... 349</p><p>IV.4.5. Démarrage du véhicule……………………………………………...… 350</p><p>IV.4.5.1. Accélération maximum au démarrage……………………………….. 350</p><p>IV.4.5.2. Couples aux roues au démarrage……………………………………. 351</p><p>IV.4.5.3. Forces de traction au démarrage…………………………………….. 351</p><p>IV.4.5.4. Forces de contact normales sol-roues au démarrage………………… 351</p><p>IV.4.5.5. Adhérence utilisée des roues………………………………………... 352</p><p>IV.4.5.6. Démultiplication maximum en 1e (démarrage limite adhérence)…….. 352</p><p>IV.5. Véhicule avec remorque………………………………………………….. 354</p><p>IV.6. Démarrage du véhicule via les caractéristiques de l’embrayage…….357</p><p>IV.6.1. Modèle et hypothèses……………………………………………..…… 357</p><p>IV.6.2. Les phases du démarrage……………………………………………… 359</p><p>IV.6.3. Mise en équations des différentes phases……………………..……… 361</p><p>IV.6.4. Résolution des équations……………………………………………… 362</p><p>IV.6.5. Application numérique……………………………………………….... 368</p><p>IV.7. Accélération sur le plat et reports de charge…………………………. 372</p><p>IV.8. Potentiel et capacité d’accélération, accélération maximum………... 377</p><p>IV.8.1. Potentiel d’accélération…………………………………..……………. 378</p><p>IV.8.1.1. Traction av. : force max. d’adhérence et potentiel d’accélération……. 378</p><p>IV.8.1.2. Propulsion ar. : force max. d’adhérence et potentiel d’accélération….. 379</p><p>IV.8.1.3. Quatre roues motrices (équiadhérence AV/AR)…………………….. 381</p><p>IV.8.1.4. Analyse……………………………………………………………... 381</p><p>IV.8.2. Capacité d’accélération……………………………………………...…. 383</p><p>IV.8.3. Prise en compte des inerties tournantes……………………………… 389</p><p>IV.8.4. Etude de cas : accélération maximum……………………………..….. 391</p><p>IV.8.5. Soulèvement d’un essieu - Retournement longitudinal…………….... 393</p><p>IV.9. Potentiel et capacité de franchissement, pente franchissable……… 396</p><p>IV.9.1. Potentiel de franchissement………………………………………...…. 398</p><p>IV.9.1.1. Traction avant………………………………………………………. 398</p><p>IV.9.1.2. Propulsion arrière………………………………………………….... 400</p><p>IV.9.1.3. 4 roues motrices…………………………………………………….. 401</p><p>IV.9.1.4. Potentiel de franchissement et couple AV/AR (cas du 4x4)………… 401</p><p>IV.9.2. Capacité de franchissement…………………………………………… 406</p><p>IV.9.3. Pente franchissable - Etude de cas 1……………………………….… 407</p><p>IV.9.4. Pente franchissable traction, propulsion, 4x4 - Etude de cas 2…….. 409</p><p>IV.9.5. Pente franchissable avec couple donné à l’arrière……………..…….. 419</p><p>IV.10. Accélération en pente et reports de charge…………………….……. 423</p><p>IV.11. Potentiel et capacité de pente démarrable, pente démarrable……. 426</p><p>IV.11.1. Potentiel de pente démarrable et accélération associée……………. 428</p><p>IV.11.1.1. Traction avant……………………………………………………... 428</p><p>IV.11.1.2. Propulsion arrière………………………………………………….. 431</p><p>IV.11.1.3. 4 roues motrices……………………………………………………433</p><p>IV.11.1.4. Synthèse potentiel de pente démarrable……………………………. 435</p><p>IV.11.2. Capacité de pente démarrable et accélération associée…………….. 436</p><p>IV.11.3. Pente démarrable - Etude de cas 1……………………….…………. 437</p><p>IV.11.4. Couple essieu ar. pour démarrer sur une pente - Etude de cas 2…. 439</p><p>IV.11.5. Influence du rendement de transmission sur la pente démarrable... 444</p><p>IV.12. Vitesse max. du véhicule à partir de la puissance de traction…….. 445</p><p>IV.13. Montée en vitesse………………………………………………………... 448</p><p>IV.13.1. Temps de montée en vitesse…………………………………...…….. 448</p><p>IV.13.2. Distance de montée en vitesse………………………………………. 450</p><p>Conclusion…………………………………………………………………………452</p><p>Annexe A</p><p>Modélisation d’un système torsionnel…………………………… 453</p><p>A.1. Le modèle complet…………………………………………………...……. 454</p><p>A.2. Masses et inerties ramenées à l’axe moteur ou à l’axe roue………….. 456</p><p>A.2.1. Masse de translation équivalente de la chaîne cinématique…………... 456</p><p>A.2.2. Inertie équivalente du véhicule…………………………………...……..459</p><p>A.2.3. Inertie équivalente globale ramenée à l’axe moteur…………………... 459</p><p>A.2.4. Inertie équivalente globale ramenée à l’axe de roue…………………... 460</p><p>A.3. Modification d’un système torsionnel……………………………...…… 460</p><p>A.4. Application numérique……………………………………………………. 463</p><p>Annexe B</p><p>Éléments d’adaptation véhicule…………………………………….. 467</p><p>B.1. La motorisation…………………………………………………….……….. 467</p><p>B.1.1. Caractéristique motrice idéale……………………………….…………. 468</p><p>B.1.2. Choix de base du moteur……………………………………………….. 471</p><p>B.2. Nécessité d’une boîte de vitesses (ou d’un réducteur)………………... 476</p><p>B.2.1. Multiplier le couple moteur…………………………………………….. 476</p><p>B.2.2. Démultiplier la vitesse moteur…………………………………...…….. 477</p><p>B.2.3. Domaine d’utilisation…………………………………………………... 478</p><p>B.3. Choix des rapports de boîte de vitesses………………………………… 479</p><p>B.3.1. Démultiplication du rapport de 1re…………………………………….. 480</p><p>B.3.2. Démultiplication du rapport le plus élevé………………………..……. 481</p><p>B.3.3. Sélection des rapports intermédiaires…………………………….……. 482</p><p>B.4. Diagramme de traction……………………………………………….…….483</p><p>Annexe C</p><p>Fonctions de poussée d’un véhicule 4x4………………………... 487</p><p>C.1. Poussées aux interface roues-sol……………………………………...….. 487</p><p>C.2. Définition et étude des fonctions de poussée…………………………. 488</p><p>C.3. Interprétation des fonctions de poussée……………………………..…. 496</p><p>Références…………………………………………………………...……… 501</p><div><br></div>
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La tribune des auto-écoles
Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur la roue || "L'ouvrage comporte également des chapitres plus abordables pour le commun des lecteurs comme une « petite histoire de l'aérodynamique automobile ou une « histoire succincte de la roue»".
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Littérature technique
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La roue
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PROfil
Les ouvrages de la collection « PROfil » ont pour vocation la transmission des savoirs professionnels dans différentes disciplines. Ils sont rédigés par des experts reconnus dans leurs domaines et contribuent à la formation et l'information des professionnels.
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La roue
Comportement et dynamique du véhicule
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A2390
Elian Baron
Baron, Elian
Elian
Baron
<p>Elian Baron, ingénieur et docteur en physique, a mené l’essentiel de sa carrière dans l’industrie automobile, où il a exercé des fonctions à la fois techniques et managériales, alliant recherche appliquée et innovation industrielle.</p>
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Ingénierie
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Physique Générale
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|Ingénierie|
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|Technologie|
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pneumatique;véhicule;adhérence;route;roue
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2011
SCI055000
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<blockquote>Souvent considérée comme un élément trivial, la roue, et plus largement le système roue-pneumatique, fait pourtant partie des enjeux technologiques actuels dans les domaines du transport, de la compétition automobile, ou encore de l’ingénierie industrielle. Ce livre se propose d’en explorer la richesse mécanique avec clarté, rigueur et pédagogie.<br>Conçu comme un outil pratique à destination des ingénieurs, techniciens et enseignants, cet ouvrage couvre de manière exhaustive les grandes problématiques liées au comportement de la roue à la dynamique longitudinale du véhicule. De la résistance à l’avancement à la cinématique de la roue, de la caractérisation des pneumatiques aux phénomènes de pseudoglissement, en passant par la capacité d’accélération ou de franchissement, l’ensemble des notions fondamentales est traité avec précision, sans recours inutile à des développements mathématiques complexes.<br>Chaque chapitre progresse de manière structurée, s’appuyant sur de nombreuses figures explicatives, des équations didactiques et des modèles adaptés à la réalité du terrain. L’auteur y met en oeuvre une approche résolument opérationnelle, au service de l’analyse et de la modélisation des phénomènes mécaniques rencontrés au quotidien dans les bureaux d’études, les laboratoires ou sur les pistes d’essais.<br>En comblant une lacune persistante dans la littérature technique francophone, ce livre s’impose comme une référence pour quiconque cherche à maîtriser les fondements mécaniques de la roue et du véhicule. Accessible tout en étant rigoureux, il constitue une véritable boîte à outils pour les professionnels, les formateurs et les étudiants avancés. Un guide indispensable pour mieux comprendre, modéliser et anticiper les comportements dynamiques qui conditionnent la sécurité, la performance et l’innovation.</blockquote>
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<p>Conçu comme un outil pratique à destination des ingénieurs, techniciens et enseignants, cet ouvrage couvre de manière exhaustive les grandes problématiques liées au comportement de la roue à la dynamique longitudinale du véhicule.</p>
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<p>Chapitre I</p><p>Résistance à l’avancement……………………………………………... 9</p><p>Introduction………………...……………….9</p><p>I.1. Notions de base…………………………………………......….10</p><p>I.1.1. Couple, force et puissance de traction………………...…………...….... 10</p><p>I.1.2. Résistance au glissement……………………………………......…...….... 13</p><p>I.1.2.1. Constatations expérimentales……………………………....….…..…... 13</p><p>I.1.2.2. Coefficient de frottement statique et angle de frottement….…...…..…. 15</p><p>I.1.2.3. Cône de frottement………………………………………...….............. 16</p><p>I.1.2.4. Lois expérimentales du frottement sec……………………………........ 18</p><p>I.1.2.5. Point d’application de la réaction du support………………....…..….... 19</p><p>. I.1.2.6. Coefficient de frottement dynamique………………………...…....…... 20</p><p>I.1.2.7. Travail résistant dû au frottement………………………….……...…... 22</p><p>I.1.2.8. Valeurs du coefficient de frottement……………………….…......….... 23</p><p>I.1.2.9. Récapitulatif…………………………………………….…...…...…..... 24</p><p>I.1.3. Résistance au roulement 1………………………….……..……................ 25</p><p>I.1.3.1. Constatations expérimentales………………………………..…....….... 25</p><p>I.1.3.2. Couple résistant et paramètre de résistance au roulement.28</p><p>I.2. Forces de résistance à l’avancement……………….………..……….......... 30</p><p>I.2.1. Résistance aérodynamique…………………………………….................. 31</p><p>I.2.1.1. Petite histoire de l’aérodynamique automobile……………...……........ 33</p><p>I.2.1.2. Les forces aérodynamiques………………………………..…..……..... 40</p><p>I.2.1.3. Loi de Bernoulli………………………………………….………......... 42</p><p>I.2.1.4. Coefficient de traînée……………………………………………….… 49</p><p>I.2.1.5. Surface frontale ou « maître-couple »…………………………………. 52</p><p>I.2.1.6. Impact de la résistance aérodynamique sur la décélération du véhicule... 54</p><p>I.2.1.7. Action retardatrice de la résistance aérodynamique vs celle des freins… 58</p><p>I.2.1.8. Importance du Cx et de la surface frontale sur la consommation…….... 64</p><p>I.2.1.9. Vent de travers………………………………………………………... 66</p><p>I.2.1.10. Résistance aérodynamique de la roue seule…………………………... 70</p><p>I.2.2. Résistance au roulement 2………………………………………...……... 72</p><p>I.2.2.1. Rôle du pneumatique…………………………………………………. 72</p><p>I.2.2.2. Paramètres influents sur la résistance au roulement du pneumatique….. 75</p><p>I.2.2.3. Modélisation du coefficient de résistance au roulement……………….. 89</p><p>I.2.2.4. Résistance au roulement du véhicule………………………………….. 93</p><p>I.2.2.5. Impact de la résistance au roulement sur la décélération du véhicule….. 94</p><p>I.2.3. Détermination du Cx et du coefficient de résistance au roulement…... 96</p><p>I.2.3.1. Approche théorique…………………………………………………... 96</p><p>I.2.3.2. Méthode « simultanée »……………………………………………….. 98</p><p>I.2.3.3. Méthode « séquentielle »……………………………………………… 100</p><p>I.2.4. Vitesse limite pour négliger la résistance aérodynamique……………... 100</p><p>I.2.5. Cumul des forces de résistance aérodynamique et de roulement…….. 102</p><p>I.2.6. Résistance à la pente……………………………………………………... 106</p><p>I.2.6.1. Impact de la résistance à la pente sur la décélération du véhicule…….... 108</p><p>I.2.7. Résistance totale à l’avancement………………………………………... 110</p><p>I.2.8. Puissance et énergie requise pour chaque type de force résistante….... 111</p><p>I.2.8.1. Résistance au roulement……………………………………………… 111</p><p>I.2.8.2. Résistance aérodynamique……………………………………………. 112</p><p>I.2.8.3. Variations de vitesse…………………………………………………... 114</p><p>I.2.8.4. Variations d’altitude…………………………………………………... 115</p><p>I.2.8.5. Études de cas………………………………………………………..... 116</p><p>I.2.8.6. Bilan sur cycle WLTP………………………………………………… 118</p><p>Conclusion……………………………………………………………….………... 124</p><p>Chapitre II</p><p>La roue et le pneumatique……………………………………………... 127</p><p>Introduction………………………………………………………………...…….. 127</p><p>II.1. Histoire succincte de la roue…………………………………………...….128</p><p>II.2. La justification fondamentale de la roue………………………………... 140</p><p>II.3. Les fonctions du pneu…………………………………………………….. 148</p><p>II.4. Constitution d’un pneu moderne……………………………………..…. 150</p><p>II.5. Les structures du pneumatique……………………………..…………..... 152</p><p>II.5.1. La structure diagonale…………………………………………..………. 152</p><p>II.5.2. La structure radiale…………………………………………...………… 154</p><p>II.5.3. Avantages et inconvénients………………………………………..…… 156</p><p>II.6. Catégories et type de pneumatiques………………………………..…… 157</p><p>II.7. Marquage des pneus modernes………………………………..…………. 161</p><p>II.8. Sculpture de la bande de roulement…………………………………….. 165</p><p>II.9. Système de coordonnées de la roue, forces et moments…………….. 168</p><p>II.10. Empreinte du pneumatique……………………………………………... 170</p><p>II.11. Cinématique de la roue……………………………………………...…… 174</p><p>II.11.1. Vitesse d’un point périphérique de la roue……………………...…… 175</p><p>II.11.2. Vitesse de glissement et roulement sans glissement…………..…….. 176</p><p>II.11.3. Accélération d’un point périphérique de la roue……………….…… 178</p><p>II.11.4. Trajectoire d’un point périphérique de la roue……………...……….. 180</p><p>II.11.5. Point de contact avec le sol……………………………………..…….. 182</p><p>II.11.6. Axe instantané de rotation……………………………………………. 183</p><p>II.12. Les différents rayons de roulement de la roue………………….……. 185</p><p>II.12.1. Rayon sous charge verticale (roue au repos)………………...………. 185</p><p>II.12.2. Rayon dynamique d’une roue libre………………………………..….. 186</p><p>II.12.3. Rayon dynamique d’une roue sous couple moteur ou freineur……..191</p><p>II.13. Raideur du pneumatique………………………………………………… 191</p><p>II.14. Caractérisation de l’écrasement de la roue………………………...….. 198</p><p>II.15. Pseudo-glissement…………………………………………………...…… 201</p><p>II.15.1. Approche mathématique du pseudo-glissement………………....….. 202</p><p>II.15.2. Quelques notions sur le caoutchouc………………………...……….. 208</p><p>II.15.3. Les mécanismes de l’adhérence : indentation et adhésion………….. 211</p><p>II.15.4. Cisaillement et glissement dans l’aire de contact……………….…… 214</p><p>II.15.5. Taux de glissement longitudinal……………………………………… 216</p><p>II.15.6. Cas de la roue chargée (couple moteur ou freineur)……………….... 220</p><p>II.15.7. Forces longitudinales de freinage ou de traction……………….…… 223</p><p>II.15.8. Coefficient d’adhérence longitudinal……………………………...….. 225</p><p>II.15.9. Longueur de cisaillement et de glissement…………………………... 227</p><p>II.15.10. Compréhension de la force tangentielle………………………...….. 230</p><p>II.15.11. Instabilité…………………………………………………...…….……233</p><p>II.15.12. Calcul de la force de traction longitudinale potentielle……………. 235</p><p>II.15.13. Couple et force de traction avec pseudo-glissement…………….… 237</p><p>II.15.14. Rendement de la roue…………………………………………...…… 240</p><p>II.15.15. Équations du mouvement du véhicule (avec glissement)……….… 243</p><p>II.16. Quelques situations particulières de la roue………………………..… 245</p><p>II.16.1. Masses et inerties ramenées à l’axe de roue………………………….. 245</p><p>II.16.2. Roue libre décélérant sur un plan horizontal………………………....249</p><p>II.16.3. Roue décélérant sur une pente ascendante………………………...… 251</p><p>II.16.4. Roue accélérant sur une pente descendant………………………..…. 253</p><p>II.16.5. Roue porteuse accélérant sur un plan horizontal………………...…. 254</p><p>II.16.6. Roue tractrice accélérant grâce à un couple……………………….… 257</p><p>II.16.7. Roue décélérant grâce à un couple…………………………...………. 259</p><p>II.16.8. Roue montant un trottoir…………………………………………...… 261</p><p>II.16.9. Véhicule montant un trottoir…………………………………….…… 265</p><p>II.16.10. Automobile en accélération (traction avant)……………………….. 268</p><p>II.16.11. Automobile en accélération (propulsion arrière)………………...… 276</p><p>II.16.12. Automobile en freinage…………………………...…………………. 278</p><p>II.16.13. Bicyclette en démarrage……………………………………………... 281</p><p>II.16.14. Bicyclette en freinage sur le plat (roue avant)………………...……. 283</p><p>Conclusion……………………………………………………………………….... 285</p><p>Chapitre III</p><p>Équilibre statique du véhicule……………………………………….. 287</p><p>Introduction…………………………………………………………………….… 287</p><p>III.1. Véhicule sur plat…………………………………………………………... 287</p><p>III.1.1. Détermination de la position horizontale du centre de gravité……... 291</p><p>III.1.2. Détermination de la position verticale du centre de gravité…………291</p><p>III.2. Véhicule sur pente……………………………………………………….... 293</p><p>III.2.1. Limite de glissement et de basculement…………………………….... 296</p><p>III.3. Véhicule sur sol en dévers………………………………………………. 298</p><p>III.4. Véhicule avec remorque…………………………………………………. 303</p><p>Conclusion………………………………………………………………………… 308</p><p>Chapitre IV</p><p>Éléments de dynamique longitudinale…………………………... 309</p><p>Introduction………………………………………………………………………. 309</p><p>IV.1. Modèle général du véhicule……………………………………………... 310</p><p>IV.2. Traction avant…………………………………………………………..….. 312</p><p>IV.2.1. Vitesse du véhicule……………………………………………….……. 316</p><p>IV.2.2. Accélération du véhicule………………………………………...…….. 317</p><p>IV.2.3. Forces tangentielles sol-roues………………………………………… 318</p><p>IV.2.4. Forces normales sol-roues…………………………………………….. 320</p><p>IV.2.5. Roulement sans glissement……………………………………………. 321</p><p>IV.2.6. Décollement des roues……………………………………………...…. 324</p><p>IV.2.7. Vitesse maximum du véhicule……………………………………..….. 324</p><p>IV.2.8. Vitesse instantanée du véhicule………………………….……………. 325</p><p>IV.2.9. Vitesse limite de prise en compte de la résistance aérodynamique….327</p><p>IV.2.10. Temps de montée en vitesse……………………………………...…. 329</p><p>IV.3. Propulsion arrière…………………………………………………….…… 330</p><p>IV.3.1. Accélération du véhicule………………………………………………. 331</p><p>IV.3.2. Forces tangentielles sol-roues………………………………………… 332</p><p>IV.3.3. Forces normales sol-roues………………………………………..…… 333</p><p>IV.4. Quatre roues motrices sur pente…………………………………..……. 334</p><p>IV.4.1. Équations de mouvement………………………………………...…… 335</p><p>IV.4.2. Accélération du véhicule………………………………………………. 338</p><p>IV.4.2.1. Cas où l’embrayage ne patine pas…………………………………… 339</p><p>IV.4.2.2. Cas où l’embrayage patine…………………………………………... 343</p><p>IV.4.3. Reports de charge……………………………………………………… 344</p><p>IV.4.3.1. Reports de charge « complets »……………………………………... 345</p><p>IV.4.3.2. Reports de charge « simplifiés »……………………………………... 347</p><p>IV.4.4. Couples de traction……………………………………………………. 349</p><p>IV.4.4.1. Cas où l’embrayage ne patine pas…………………………………… 349</p><p>IV.4.4.2. Cas où l’embrayage patine…………………………………………... 349</p><p>IV.4.5. Démarrage du véhicule……………………………………………...… 350</p><p>IV.4.5.1. Accélération maximum au démarrage……………………………….. 350</p><p>IV.4.5.2. Couples aux roues au démarrage……………………………………. 351</p><p>IV.4.5.3. Forces de traction au démarrage…………………………………….. 351</p><p>IV.4.5.4. Forces de contact normales sol-roues au démarrage………………… 351</p><p>IV.4.5.5. Adhérence utilisée des roues………………………………………... 352</p><p>IV.4.5.6. Démultiplication maximum en 1e (démarrage limite adhérence)…….. 352</p><p>IV.5. Véhicule avec remorque………………………………………………….. 354</p><p>IV.6. Démarrage du véhicule via les caractéristiques de l’embrayage…….357</p><p>IV.6.1. Modèle et hypothèses……………………………………………..…… 357</p><p>IV.6.2. Les phases du démarrage……………………………………………… 359</p><p>IV.6.3. Mise en équations des différentes phases……………………..……… 361</p><p>IV.6.4. Résolution des équations……………………………………………… 362</p><p>IV.6.5. Application numérique……………………………………………….... 368</p><p>IV.7. Accélération sur le plat et reports de charge…………………………. 372</p><p>IV.8. Potentiel et capacité d’accélération, accélération maximum………... 377</p><p>IV.8.1. Potentiel d’accélération…………………………………..……………. 378</p><p>IV.8.1.1. Traction av. : force max. d’adhérence et potentiel d’accélération……. 378</p><p>IV.8.1.2. Propulsion ar. : force max. d’adhérence et potentiel d’accélération….. 379</p><p>IV.8.1.3. Quatre roues motrices (équiadhérence AV/AR)…………………….. 381</p><p>IV.8.1.4. Analyse……………………………………………………………... 381</p><p>IV.8.2. Capacité d’accélération……………………………………………...…. 383</p><p>IV.8.3. Prise en compte des inerties tournantes……………………………… 389</p><p>IV.8.4. Etude de cas : accélération maximum……………………………..….. 391</p><p>IV.8.5. Soulèvement d’un essieu - Retournement longitudinal…………….... 393</p><p>IV.9. Potentiel et capacité de franchissement, pente franchissable……… 396</p><p>IV.9.1. Potentiel de franchissement………………………………………...…. 398</p><p>IV.9.1.1. Traction avant………………………………………………………. 398</p><p>IV.9.1.2. Propulsion arrière………………………………………………….... 400</p><p>IV.9.1.3. 4 roues motrices…………………………………………………….. 401</p><p>IV.9.1.4. Potentiel de franchissement et couple AV/AR (cas du 4x4)………… 401</p><p>IV.9.2. Capacité de franchissement…………………………………………… 406</p><p>IV.9.3. Pente franchissable - Etude de cas 1……………………………….… 407</p><p>IV.9.4. Pente franchissable traction, propulsion, 4x4 - Etude de cas 2…….. 409</p><p>IV.9.5. Pente franchissable avec couple donné à l’arrière……………..…….. 419</p><p>IV.10. Accélération en pente et reports de charge…………………….……. 423</p><p>IV.11. Potentiel et capacité de pente démarrable, pente démarrable……. 426</p><p>IV.11.1. Potentiel de pente démarrable et accélération associée……………. 428</p><p>IV.11.1.1. Traction avant……………………………………………………... 428</p><p>IV.11.1.2. Propulsion arrière………………………………………………….. 431</p><p>IV.11.1.3. 4 roues motrices……………………………………………………433</p><p>IV.11.1.4. Synthèse potentiel de pente démarrable……………………………. 435</p><p>IV.11.2. Capacité de pente démarrable et accélération associée…………….. 436</p><p>IV.11.3. Pente démarrable - Etude de cas 1……………………….…………. 437</p><p>IV.11.4. Couple essieu ar. pour démarrer sur une pente - Etude de cas 2…. 439</p><p>IV.11.5. Influence du rendement de transmission sur la pente démarrable... 444</p><p>IV.12. Vitesse max. du véhicule à partir de la puissance de traction…….. 445</p><p>IV.13. Montée en vitesse………………………………………………………... 448</p><p>IV.13.1. Temps de montée en vitesse…………………………………...…….. 448</p><p>IV.13.2. Distance de montée en vitesse………………………………………. 450</p><p>Conclusion…………………………………………………………………………452</p><p>Annexe A</p><p>Modélisation d’un système torsionnel…………………………… 453</p><p>A.1. Le modèle complet…………………………………………………...……. 454</p><p>A.2. Masses et inerties ramenées à l’axe moteur ou à l’axe roue………….. 456</p><p>A.2.1. Masse de translation équivalente de la chaîne cinématique…………... 456</p><p>A.2.2. Inertie équivalente du véhicule…………………………………...……..459</p><p>A.2.3. Inertie équivalente globale ramenée à l’axe moteur…………………... 459</p><p>A.2.4. Inertie équivalente globale ramenée à l’axe de roue…………………... 460</p><p>A.3. Modification d’un système torsionnel……………………………...…… 460</p><p>A.4. Application numérique……………………………………………………. 463</p><p>Annexe B</p><p>Éléments d’adaptation véhicule…………………………………….. 467</p><p>B.1. La motorisation…………………………………………………….……….. 467</p><p>B.1.1. Caractéristique motrice idéale……………………………….…………. 468</p><p>B.1.2. Choix de base du moteur……………………………………………….. 471</p><p>B.2. Nécessité d’une boîte de vitesses (ou d’un réducteur)………………... 476</p><p>B.2.1. Multiplier le couple moteur…………………………………………….. 476</p><p>B.2.2. Démultiplier la vitesse moteur…………………………………...…….. 477</p><p>B.2.3. Domaine d’utilisation…………………………………………………... 478</p><p>B.3. Choix des rapports de boîte de vitesses………………………………… 479</p><p>B.3.1. Démultiplication du rapport de 1re…………………………………….. 480</p><p>B.3.2. Démultiplication du rapport le plus élevé………………………..……. 481</p><p>B.3.3. Sélection des rapports intermédiaires…………………………….……. 482</p><p>B.4. Diagramme de traction……………………………………………….…….483</p><p>Annexe C</p><p>Fonctions de poussée d’un véhicule 4x4………………………... 487</p><p>C.1. Poussées aux interface roues-sol……………………………………...….. 487</p><p>C.2. Définition et étude des fonctions de poussée…………………………. 488</p><p>C.3. Interprétation des fonctions de poussée……………………………..…. 496</p><p>Références…………………………………………………………...……… 501</p><div><br></div>
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La tribune des auto-écoles
Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur la roue || "L'ouvrage comporte également des chapitres plus abordables pour le commun des lecteurs comme une « petite histoire de l'aérodynamique automobile ou une « histoire succincte de la roue»".
https://laboutique.edpsciences.fr/review/677
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Land Mag
Littérature technique
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La roue
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EDP Sciences
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EDP Sciences
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