Articles Techniques

Article 1/4 revu le Ma 17/10/2017

 Article 2/4 en cours de création au Ma 17/10/2017

 

PerfectPower propose des articles techniques traitant de tout ce qui concerne les mesures de performances, et en particulier les mesures de puissance qui constituent sa spécialité. 

 

Je suis le rédacteur de ces articles techniques, et mon but en tant que physicien et spécialiste des mesures de puissance / performances est de mettre mes connaissances et mon expérience au service du public, et ceci est d'autant plus nécessaire que l'on observe sur Internet une absence totale ou quasi-totale de communication dans ce domaine de la part des spécialistes, ce qui aboutit à d'innombrables erreurs et/ou fausses idées, en particulier sur les bancs à rouleaux et la notion de puissance aux roues.

 

Mes connaissances et mon expérience dans ce domaine remontent à mon enfance, où j'avais déjà réalisé à 12 ans des logiciels de simulation de performances (voiture & moto, train) et de consommation (voiture & moto) pour mon propre plaisir, que j'ai affinés par la suite avec l'augmentation de mes connaissances, puis j'ai ensuite réalisé des milliers de mesure de puissance sur banc à rouleaux pendant 22 ans (de 1990 à 2012), été ingénieur calculs à Citroën Sport et en contact avec les meilleurs spécialistes de ce domaine (comme Jean-Pierre Roumégoux, Directeur de recherche de l'INRETS, ou Yves Rosnoblet, fondateur de Rotronics), et j'ai réalisé encore bien d'autres fonctions dans ce domaine, que ce soit professionnellement comme chargé ponctuellement des mesures de performances à Montlhéry pour Citroën Sport, ou amicalement comme formateur de nouveaux propriétaires de bancs à rouleaux ou organisateur de nombreuses sessions de passages au banc à rouleaux.

 

Vous saurez donc TOUT sur ce passionnant domaine des mesures de puissance / performances en lisant ces articles, qui en plus d'informer VRAIMENT le public, vont rétablir la vérité sur de nombreux sujets. Je vous en souhaite une bonne lecture!

 

AVERTISSEMENT: Il est strictement interdit de diffuser ces articles sur d'autres sites sans en citer la source à savoir le site www.perfectpower.ch, et/ou en essayant de s'en attribuer la paternité. Si j'ai une grande tolérance pour beaucoup de choses, je n'en ai aucune pour les malpolis et les escrocs... 

 

I) La vérité sur les bancs à rouleaux

II) Modèle de pertes d'une Citroën Saxo VTS 16V (Campagne de recherche Citroën Sport)

III) L'éternel débat: Puissance moteur ou puissance aux roues?

IV) Comparatif PerfectPower / Banc moteur / Banc à moyeux / Banc à rouleaux: Lequel choisir?

 

 

 

I) La Vérité sur les bancs à rouleaux

  

Remarque: Petite particularité de cet article: pour le rendre attrayant et tous publics, il est présenté sous la forme d'une série de questions / réponses de niveau technique croissant. Ainsi, les plus technophiles verront leur intérêt croitre au cours de leur lecture, tandis que les moins férus de technique seront progressivement préparés aux points les plus difficiles, qui restent cependant tout à fait abordables pour celui qui veut vraiment apprendre.

 

1) Généralités sur les bancs à rouleaux

 

C'est quoi au juste, un banc à rouleaux?

 

Les bancs à rouleaux sont des matériels de mesure de la puissance et du couple du moteur d'une voiture.

 

C'est curieux, j'ai entendu dire qu'ils mesuraient plutôt la puissance aux roues de la voiture!

 

Attention: Il est vrai qu'un banc à rouleaux mesure à la base une puissance aux roues (ce qui est d'ailleurs inexact, nous y reviendrons...), mais cela fait plus de 30 ans qu'ils sont programmés pour "remonter" à la puissance moteur! Mais effectivement, un nombre encore incroyable de personnes incluant même des professionnels de l'automobile croit toujours qu'un banc à rouleaux ne mesure que la puissance et le couple aux roues de la voiture, ce qui entraine sur le net nombre de débats sans fin et surtout inutiles, et montre bien l'absence flagrante de communication sur le sujet, et donc l'importance de ces articles que PerfectPower diffuse sur son site. Reportez vous à l'article L'éternel débat: Puissance moteur ou Puissance aux roues pour tout savoir sur ce sujet.

 

Note: Si malgré tout votre préparateur vous soutient le contraire, vous pouvez lui dire de venir prendre son premier cours de bancs à rouleaux ici même. Au passage, cela confirmera des faits énoncés quelques lignes plus bas, à la question "Sont-ils fiables"...

 

Quel est leur principe de fonctionnement?

 

Un jeu de rouleaux installé dans une fosse est entrainé par les roues motrices d'une voiture. On fait accélérer la voiture à fond sur ces rouleaux sur un rapport de boite donné (généralement la 4ème) et sur toute la plage de régimes utile du moteur. L'accélération et la vitesse des rouleaux sont mesurées par des capteurs reliés à un ordinateur. Celui-ci effectue alors des calculs à partir des informations fournies par ces capteurs et de nombreuses autres informations pour connaitre la puissance et le couple du moteur de la voiture en fonction du régime moteur. 

 

Quelle est leur nature? Quels en sont les éléments principaux?

 

Ce sont des systèmes électro-mécaniques composés d'un jeu de rouleaux (un, deux, ou quatre par train de roues motrices) entrainés par les roues motrices de la voiture, de divers capteurs de mesure, d'un frein (pour la majorité), et d'un ordinateur qui en gère le fonctionnement.

 

Existe t-il d'autres instruments de mesure de la puissance et du couple d'une voiture?

 

Oui, il en existe trois autres types:

- Les bancs moteur qui sont des bancs mesurant le moteur seul en laboratoire et qui sont utilisés par tous les constructeurs automobile pour homologuer la puissance et le couple d'un moteur

- Les bancs "à moyeux" (nommés "Hub dyno") qui sont relativement comparables aux bancs à rouleaux, mais qui mesurent la puissance directement sur les moyeux de la voiture grâce à un système de freins couplés aux moyeux des roues motrices de la voiture

- Certains matériels de mesure embarqués, c'est à dire directement placés dans la voiture (ou sur la voiture) se déplaçant sur route, et mesurant ses paramètres cinématiques (position, vitesse, accélération). Tous ces matériels sont de qualité et de fiabilité de résultats très diverses, selon les capteurs sur lesquels ils se basent, leur qualité, le traitement de leurs informations, etc...  PerfectPower fait bien entendu partie de cette catégorie des matériels de mesure embarqués, au même titre que des instruments connus comme la Performance Box, le G-TECH, PowerDyn, etc... 

Au final, ce sont donc pas moins de quatre familles de matériels qui permettent de mesurer la puissance et le couple d'une voiture, et chacune possède véritablement ses avantages comme ses inconvénients. Reportez vous à l'article Comparatif PerfectPower / Banc moteur / Banc à moyeux / Banc à rouleaux: Lequel choisir? pour tout savoir sur ce sujet.

 

Quel est le principal intérêt des bancs à rouleaux par rapport à ces autres instruments de mesure?

 

Le principal intérêt d'un banc à rouleaux par rapport à un banc moteur est qu'on n'a pas à déposer le moteur, ce qui le rend incomparablement plus pratique!

De même, leur principal intérêt par rapport à un banc à moyeux est qu'on n'a pas à déposer les roues, même s'il faut avouer que c'est relativement peu contraignant, et en tout cas incomparablement moins que si l'on devait déposer le moteur!

ET enfin, leur principal intérêt par rapport aux matériels de mesure embarqués est de pouvoir effectuer toutes ses mesures dans un même endroit (le garage où est implanté le banc), de façon parfaitement sécurisée, et dans des conditions de mesure en théorie constantes, puisque la voiture est statique sur le banc! 

 

Qui les utilise? 

 

Certains constructeurs automobiles (mais JAMAIS pour homologuer la puissance et le couple d'un moteur, car seuls les bancs moteurs sont autorisés pour cela), certains préparateurs et certains garages, pour un usage personnel et/ou public.

 

Leur mode de fonctionnement est-il unique? 

 

Non: La majorité de ces bancs possède un frein (différents types possibles), et peuvent donc fonctionner selon trois modes:

- En régime stabilisé (le frein compense exactement le couple moteur pour stabiliser le régime moteur)

- En régime inertiel freiné (le frein agit pour limiter la vitesse de montée en régime)

- En régime inertiel pur (aucun frein n'est appliqué, la montée en régime est libre)

Mais dans les faits, il faut être clair: le seul mode vraiment utilisé (à raison) est le mode "Régime inertiel", freiné ou non. C'est d'ailleurs ce mode qui a été décrit dans la réponse à la question "Quel est leur principe de fonctionnement". Le fonctionnement en régime stabilisé n'est vraiment pratiqué que de façon très ponctuelle par des constructeurs automobile pour des tests spécifiques, en particulier sur les réglages de gestion électronique.

 

Combien coûtent t-ils?

 

Très cher: 30 000 à 120 000 euros en neuf selon le type de banc. Cela les réserve aux constructeurs automobile et aux professionnels de l'automobile (préparateurs et garages), à l'exception des amateurs fortunés. Cependant, nombre de propriétaires de ces bancs proposent au public des passages au banc de leur voiture pour un prix allant généralement de 50 euros à 120 euros, et certains proposent aussi une location de leur banc pour une heure, une demi-journée, ou une journée entière, pour des tarifs divers mais se comptant en centaines d'euros.

 

Sont-ils fiables?

 

Pour leur prix, ils ont intérêt à l'être! Cette boutade cache cependant une terrible vérité qui est à l'origine de cet article et que nombre de fabricants de bancs et surtout nombre d'enseignes possédant un banc à usage public se garderont bien de vous dire: NON, les banc à rouleaux ne peuvent pas être parfaitement fiables sur les valeurs absolues, de par leur propre nature (impossibilité de mesurer certains types de pertes, interactions roues / rouleaux)...

 

Pire: cette nature les rend même moins précis intrinsèquement qu'un excellent matériel de mesure embarqué utilisé dans des conditions idéales de mesure, qui elles par contre sont très difficiles -pour ne pas dire impossibles- à obtenir en pratique (route de mesure parfaitement plate et lisse, absence de vent)...

 

Pour couronner le tout, la fiabilité des résultats au banc à rouleaux (comme en matériels embarqués) est extrêmement dépendante de:

- la qualité du programme utilisé -justesse des calculs de "remontée" à la puissance moteur surtout- 

- la qualité du protocole de mesure

- la justesse du paramétrage effectué

Et c'est bien là qu'est le problème majeur: si ces trois éléments ne posent évidemment aucun problème aux constructeurs automobiles qui ont le sérieux, la rigueur, et surtout les connaissances techniques nécessaires pour cela, ce n'est de toute évidence pas le cas pour nombre de chefs-banc d'enseignes commerciales!

 

En effet, pour la plupart d'entre eux -mais pas tous- et dans le meilleur des cas, ils appliquent systématiquement le mode de paramétrage standard de leur banc pour toutes les voitures des clients qu'ils mesurent alors qu'il faut au contraire un paramétrage spécifique pour chaque voiture mesurée pour obtenir les résultats les plus justes... Et dans le pire des cas, en plus de cela, ils mesurent n'importe comment sans aucune réelle compréhension de ce qu'ils font ni de comment mesure et calcule le banc, ce qui aboutit parfois à des résultats aberrants! 

 

Tout cela n'aurait finalement pas une grande importance si les chefs-banc de ces enseignes se contentaient de mesurer leurs propres voitures et de garder leurs résultats faussés pour eux: après tout, chacun fait ce qu'il veut! Mais le VRAI problème est qu'ils vendent au public et pour un prix plutôt conséquent (50 à 120 euros le passage pour rappel) les services d'un matériel qui EXIGE un sérieux et une rigueur maximums de mesure pour délivrer les résultats les plus justes possibles, mais pour la plupart ils ne le font pas, manifestant ainsi un mépris intolérable des clients contre lequel PerfectPower a décidé d'agir publiquement!

 

Le deuxième problème, c'est que beaucoup de personnes ont une confiance beaucoup trop forte en des résultats de banc à rouleaux, tout simplement parce qu'elles ignorent les nombreuses contraintes / limites de ces matériels et l'importance de leur protocole de mesure et de leur paramétrage, et aussi parce qu'elles ignorent que les chefs-banc n'ont pas toujours toutes les connaissances requises pour mesurer correctement les voitures qui leur sont confiées, et enfin pour certaines parce qu'elles doivent croire que si c'est cher, alors c'est forcément fiable... 

La conséquence de cette confiance excessive est qu'elle entretient littéralement la situation: les enseignes commerciales ne font aucun effort pour fiabiliser au maximum les mesures des voitures qui leurs sont confiées puisqu'elles savent que la majorité des clients sont persuadés d'avance de l'exactitude des résultats que le banc leur donnera, et n'iront jamais ailleurs pour les comparer...

ET pour les rares clients plus intuitifs que la moyenne qui suspecteraient une anomalie dans leurs résultats de banc et/ou iraient ailleurs pour  comparer, la parade est toute trouvée: "Tous les bancs à rouleaux ont une marge d'erreur", ce qui pour le coup est tout à fait vrai, mais permet aussi de "noyer le poisson" et d'anéantir en une phrase tous les efforts de défense du pauvre client qui a commencé à réaliser qu'on se foutait peut-être de lui, et que sa bravoure n'est rien devant la puissance commerciale écrasante des grandes enseignes. Quand aux 50 à 120 euros qu'il aura dépensé pour son passage au banc, il peut à de rares exceptions s'asseoir dessus... 

 

Et encore, nous ne parlons ici "que" de "je-m'en-foutisme" et/ou de fainéantise et/ou d'incompétence, mais en réalité, certaines enseignes trichent délibérément sur des résultats de banc lorsqu'une préparation a été faite chez elles, dans le but de majorer le gain de la préparation effectuée. Ces pratiques malhonnêtes (que PerfectPower a mis en évidence dans cinq contre-mesures de banc sur six qu'elle a faites!) ne seront pas abordées sur le site de PerfectPower qui ne parle que de l'application et de technique sur des sujets annexes à celle-ci comme les mesures de puissance / performances, mais PerfectPower tenait à ce que vous sachiez qu'elles existent...

 

Ceci étant dit, rentrons maintenant dans le vif du sujet afin que vous sachiez vraiment toute la Vérité sur les bancs à rouleaux!

 

2) La Vérité sur les bancs à rouleaux - Aspects théoriques

 

OK, admettons la Vérité: Les bancs à rouleaux ne peuvent pas être parfaitement fiables sur les valeurs absolues, de par leur propre nature. Mais pourquoi? Et pourquoi personne ne le dit?

 

Débarrassons nous tout de suite de la réponse à la seconde question: il n'est évidemment pas dans l'intérêt des fabricants de banc et surtout des enseignes possédant un banc à usage public de dire cette Vérité, même si en réalité certains le font parfois en privé lorsqu'ils savent que cela n'aura pas d'incidence pour leur commerce, voire en public restreint lorsqu'ils sont obligés de le reconnaitre devant une évidence apportée.

ET du côté du public, l'immense majorité n'a tout simplement pas les connaissances techniques sur les bancs à rouleaux pour savoir qu'ils ne peuvent pas être parfaitement fiables sur les valeurs absolues qu'il fournit.

Du coup, cette Vérité ne perce pas par simple manque d'information publique de la part de spécialistes du domaine, malgré quelques tentatives de temps en temps qui hélas ne semblent pas avoir abouti, du moins pas sur un large public. Et j'imagine que les énormes enjeux commerciaux dissuadent les acteurs majeurs du secteur (fabricants de banc et enseignes possédant ces bancs) de communiquer sur ces sujets...

Notez que je n'inclue pas la presse automobile dans les acteurs majeurs du secteur parce que d'expérience j'ai pu constater que s'ils ne communiquent pas sur le sujet; ce n'est pas pour protéger les intérêts de leurs confrères, mais tout simplement parce qu'ils ne connaissent réellement rien au sujet, il n'y a qu'à lire les commentaires de revues comme Auto Plus et Sport Auto lorsqu'ils mesurent des voitures au banc pour s'en convaincre...

MAIS rassurez vous, car PerfectPower est justement là pour combler cette lacune, et informer en profondeur le public non seulement sur le domaine des bancs à rouleaux, mais sur tout ce qui concerne les mesures de puissance / performances d'une manière générale.

 

Passons maintenant à la réponse au pourquoi, et elle tient en trois points: 

 

1) Un banc à rouleaux ne mesure pas directement une puissance moteur, puisque... il en est physiquement incapable! En effet, ce sont les pneus de la voiture qui sont en contact avec les rouleaux, et le banc ne peut donc mesurer physiquement que la puissance délivrée à la surface de contact pneus - rouleaux. Cette puissance est bien sûr délivrée aux rouleaux, on l'appelle la "puissance aux rouleaux". A noter que cette puissance aux rouleaux n'est PAS la puissance aux roues, bien que les deux soient très souvent confondues!

 

Or, une règle élémentaire en Physique est que tout mouvement ET toute transmission de mouvement s'accompagnent d'une perte d'énergie: autrement dit, la puissance réellement délivrée par le moteur est nécessairement bien supérieure à la puissance qui "reste" au niveau de la surface de contact pneus - rouleaux (la fameuse "puissance aux rouleaux") et qui est bien celle mesurée physiquement par le banc, puisqu'une partie de la puissance délivrée par le moteur aura été consommée par tous les éléments de transmission entre le moteur et la surface de contact pneus - rouleaux!

 

Cependant, nous savons que les bancs à rouleaux sont programmés depuis plus de 30 ans pour "remonter" à la puissance moteur, et c'est donc la précision de cette "remontée" qui va déterminer en quasi-totalité la précision des résultats finaux délivrés par le banc (qui sont bien des résultats moteur), puisque la puissance réellement mesurée par le banc (la puissance aux rouleaux) peut elle être considérée d'une précision totale étant donné le niveau extrême de précision des capteurs de bancs à rouleaux (de l'ordre du centième de %!), et justifiant une partie de son prix. ET ce procédé de "remontée" s'appelle un "calcul des pertes".

 

Or, si une partie des pertes (pertes indépendantes du couple transmis, dites "passives", et modélisables par une loi de type a + bV + cV^2) est mesurable par le banc en effectuant une simple décélération en roue libre en fin de mesure, une autre partie de ces pertes (pertes liées au couple transmis, dites "sous charge", et modélisables par une loi de type alpha C) est évidemment immesurable par le banc, et on ne peut qu'en faire la meilleure estimation possible pour remonter à la puissance moteur avec la meilleure justesse! 

 

De plus, et cela va forcément étonner, bien que les lois physiques qui régissent ces pertes soient évidemment uniques, il existe plusieurs façons de les calculer, avec forcément plus ou moins de justesse, et tous les bancs à rouleaux ne les calculent pas de la même façon, même si en réalité il n'existe que deux modèles de base, chacun ayant des sous-modèles.

 

Au final, certains bancs feront un calcul des pertes des plus justes et parviendront donc à s'approcher de la puissance moteur réelle avec une étonnante précision (2% en moyenne), tandis que d'autres seront beaucoup moins précis et auront une marge d'erreur sur la puissance moteur pouvant atteindre voire dépasser 5% sur certaines voitures, ce qui est énorme, surtout quand on se rappelle qu'au départ, intrinsèquement, le banc peut mesurer des accélérations et des vitesses avec une précision absolument époustouflante de l'ordre du centième de %!

 

Et encore, ces marges ne valent QUE si le protocole de mesure est respecté à la lettre, ET si le paramétrage du banc est parfaitement juste et réalisé spécifiquement pour chaque voiture mesurée, sinon elles sont encore augmentées, dans des proportions pouvant parfois être catastrophiques!

 

Retenez au final qu'il est admis pour les bancs à rouleaux modernes (qui ont bénéficié de résultats de recherche poussées faites par leurs fabricants) une marge d'erreur moyenne de 2% sur la puissance moteur mesurée et le couple moteur mesuré, c'est à dire que les résultats moteurs réels se situent à +- 2% des résultats moteur mesurés sur le banc à rouleaux, ce qui soyons honnêtes n'est pas si mal (PerfectPower se situe lui à +- 1%, soit deux fois mieux), et permet à la fois de considérer des résultats de banc à rouleaux comme résultats moteur officiels à +- 2%, et de pouvoir les comparer directement aux valeurs moteur constructeurs. Pour information et pour anecdote, en Physique, un résultat de mesure est accepté s'il se situe dans une marge étonnamment élevée de... 5% de la valeur réelle! 

 

2) L'interaction roues-rouleaux est génératrice d'effets d'inertie ayant systématiquement tendance à fausser les courbes de puissance / couple mesurées par le banc qui ne correspondent pas EXACTEMENT aux puissances / couples réellement produits par le moteur lors de la mesure, et ce d'autant plus que le moteur a un comportement de style ON/OFF (comme les moteur turbos violents) et que l'intensité de freinage du banc est faible... EN effet, pendant la mesure, les roues motrices de la voiture communiquent leur énergie cinétique aux rouleaux qui ont tendance à en restituer une partie aux roues par inertie dès que l'accélération de celles-ci diminue, et cette interaction néfaste a donc tendance à fausser les courbes de puissance / couple mesurées par le banc... 

 

Ainsi, les résultats de voitures très violentes mesurées en 3ème ou 4ème sur des bancs à rouleaux non freinés ne valent strictement rien, et la seule façon de limiter ce phénomène (sans jamais pouvoir l'annuler complètement...) est ou de mettre suffisamment de frein sur les bancs freinés mais cela engendre alors de nouveaux problèmes (risques de patinage des roues sur les rouleaux!), ou de mesurer sur le tout dernier rapport de boite sur les bancs non freinés mais on atteint alors souvent les limites de vitesse du banc, sans parler du risque d'échauffement excessif et donc d'éclatement des pneus à cause de leur déformation non naturelle sur les rouleaux... il m'est ainsi arrivé d'assister en direct à l'éclatement du pneu d'une Astra T16 mesurée en 6ème sur le banc!

 

Veuillez noter que ce phénomène d'interaction néfaste des roues avec les rouleaux au banc à rouleaux n'existe pas sur route, puisque la route ne peut pas accumuler l'énergie cinétique des roues, et elle ne peut donc évidemment pas la restituer: elle se "contente" de réagir par propulsion à la force exercée par les roues motrices sur le sol (diminuée bien sûr des pertes par frottement des pneus sur le sol), et c'est déjà énorme puisque c'est grâce à cela que nous pouvons rouler, accélérer, freiner, et tourner sur route!

 

AU FINAL, cette interaction roues-rouleaux rend donc intrinsèquement les mesures moins fiables au banc à rouleaux que sur route, ce qui n'est évidemment pas crié sur tous les toits par les fabricants de bancs à rouleaux...

 

Par pur souci d'honnêteté, je précise cependant que les fabricants de banc à rouleaux et en particulier Rotronics avec leur technologie Autoscan Fi (faible inertie) ont énormément travaillé sur ce point ces 15 dernières années pour en limiter au maximum les effets, et arriver à d'excellents résultats.

 

3) L'environnement statique (la voiture est statique sur les rouleaux!) et artificiel (effets néfastes de l'interaction roues-rouleaux vue précédemment + déformation non naturelle des pneus sur les rouleaux + refroidissement non naturel du moteur / transmission sur banc à rouleaux + vitesse nulle des roues non motrices sur les bancs 2RM ou 4RM non synchronisés) au banc à rouleaux limite de toutes façons la précision des mesures et pose dans certains cas des problèmes parfois rédhibitoires, ce qui ne risque pas d'arriver lors de mesures sur route, puisque par définition une voiture est conçue pour se déplacer sur route, soit dans un environnement dynamique et naturel... 

 

Toutefois, et encore par pur souci d'honnêteté, la même remarque qu'au 2ème point s'applique, avec des bancs comme le dernier Rotronics Autoscan Fi synchronisés & mono-rouleaux & avec soufflerie très puissante limitant tous ces effets. 

 

Intéressant, tout cela.... Mais finalement, tout va bien alors si les résultats de banc à rouleaux modernes comme les Rotronics Autoscan Fi peuvent être considérés comme des résultats moteur officiels à +- 2%?

 

ET bien justement NON, puisqu'il a bien été précisé que ces marges d'erreur ne valent QUE si le protocole de mesure est respecté à la lettre, ET si le paramétrage du banc est parfaitement juste et réalisé spécifiquement pour chaque voiture mesurée, sinon ces marges d'erreur peuvent être multipliées...

 

OR c'est précisément sur ces deux points que l'on constate une incroyable lacune de la part des enseignes possédant un banc à rouleaux à usage public, dont nombre d'entre elles semblent clairement ignorer ces deux règles d'or, ou ne les appliquent pas, mais au final cela revient au même: 

 

Les résultats de banc obtenus dans ces enseignes n'ont pas la fiabilité qu'ils devraient avoir, et quand cet article parle de Vérité sur les bancs à rouleaux, il ne veut pas parler QUE des 2% de marge d'erreur d'un banc à rouleaux moderne -qui sont une marge très correcte en regard des difficultés inhérentes au procédé de calcul des pertes de transmission-, MAIS il veut aussi et surtout souligner cet aspect de manque de sérieux et de laxisme de la part de nombreuses enseignes possédant un banc à rouleaux à usage public, conduisant à délivrer des résultats de mesure n'ayant pas le niveau de précision qu'ils devraient avoir!

 

Si vous alliez chez un constructeur automobile, vous pourriez là VRAIMENT être certains que les mesures effectuées seront parfaites, jusqu'au respect d'une règle toute simple mais systématiquement "oubliée" par les enseignes publiques de sur-gonfler systématiquement sur banc à rouleaux les pneus de 300 grammes par rapport à la pression constructeur pour tenir compte de la déformation excessive et non naturelle des pneux sur les rouleaux et pour coller ainsi au mieux aux coefficients internes de frottement pneus / rouleaux programmés dans le logiciel du banc (et ce n'est qu'un exemple parmi d'autres)... 

 

Le fait que certaines enseignes ne traitent pas leurs clients comme elles le devraient et comme le ferait par exemple un constructeur automobile est vraiment anormal, et devrait vraiment faire réfléchir aussi bien les tenants de ces enseignes que les clients qui y vont bien trop souvent avec une confiance que l'enseigne ne mérite pas! 

 

Quoiqu'il en soit, j'espère bien que par ces articles, PerfectPower pourra faire avancer les choses à ce niveau (et bien d'autres!).

 

Bien, maintenant que les aspects théoriques ont été présentés, passons à la technique pure!

 

3) La Vérité sur les bancs à rouleaux - Aspects techniques

 

Quelles sont les formules physiques que le banc à rouleaux utilise pour calculer la puissance et le couple?

 

Les quatre formules de base sont les suivantes:

 

(1) F = m * a 

Avec F = Force (N), m = Masse (kg), a = Accélération (m/s2)

 

(2) C = J * Teta"

Avec C = Couple (N.m), J = Moment d'inertie (kg.m2), Teta" = Accélération angulaire (rad/s2)

 

(3) P = F * V

Avec P = Puissance (W), F = Force (N), V = Vitesse (m/s)

 

(4) P = C * Omega

Avec P = Puissance (W), C = Couple (N.m), Omega = Vitesse angulaire (rad/s)

 

Vous pouvez déjà constater que la puissance peut se calculer de deux façons différentes, selon que l'on soit dans le cas d'un mouvement de translation (P = F * V), ou d'un mouvement de rotation (P = C * Omega).

 

Le logiciel du banc combine les formules (2) et (4) pour effectuer le calcul de la puissance aux rouleaux, en utilisant la formule:

 

P = J * Teta" * Omega

 

Cette formule est la formule de base du banc! Ce calcul de la puissance aux rouleaux est à la base de tous ceux faits par le banc (enfin par le logiciel du banc bien entendu), c'est celui sur lequel vont s'appuyer tous les autres, et il est important de bien le comprendre. 

 

Le calcul de la puissance aux rouleaux se fait donc en multipliant les 3 paramètres  J, Téta", et Omega tous connus avec une précision quasi totale:

 

J = Moment d'inertie des rouleaux sur leur axe de rotation (kg.m2). Il est connu par calculs très précis sur leur masse et leur dimension, avec une précision quasi totale dépendant uniquement des marges de tolérance à la fabrication des rouleaux

 

Téta" = Accélération angulaire des rouleaux (rad/s2). Elle est connue par dérivation de la vitesse angulaire (mesurée par le capteur de vitesse angulaire des rouleaux) avec une précision de l'ordre du centième de % (soit celle du capteur de vitesse angulaire des rouleaux, puisque l'horloge de l'ordinateur a une précision encore bien meilleure!)

 

Omega = Vitesse angulaire des rouleaux (rad/s). Elle est connue par mesure directe du capteur de vitesse angulaire des rouleaux avec une précision de l'ordre du centième de %.

 

Note 1: Certains logiciels de banc combinent plutôt les formules (1) et (3) pour obtenir leur formule de base qui est alors P = m * a * V. Cela marche tout aussi bien, sauf que cela implique d'effectuer des calculs intermédiaires pour calculer la masse équivalente des rouleaux (m = J / r2), l'accélération linéaire (a = Delta V / Delta t), et V la vitesse linéaire (V = Omega * r), où r est le rayon des rouleaux, et t la mesure du temps. 

 

Note 2: En réalité, les deux formules P = J * Téta" * Omega et P = m * a * V sont exactement la même chose, juste vue selon deux points de vue différents (le point de vue "rotation" pour la première et le point de vue "translation" pour la seconde).

 

Note 3: Toujours en réalité, cette formule de base de la puissance aux rouleaux n'est parfaitement valable qu'en l'absence de frein appliqué au banc! C'est pour vous expliquer prioritairement le principe de base des calculs d'un banc que j'ai choisi de vous le présenter dans ce cadre simplifié d'absence de frein. Cependant, en présence de frein appliqué au banc, il suffit de rajouter dans l'équation le couple de freinage Cf appliqué aux rouleaux (constant ou variable selon les types de freins et surtout leur paramétrage), et l'on obtient la formule: P = (J * Téta" + Cf) * Omega

  

Une fois calculée la puissance aux rouleaux avec une extrême précision, il reste à "remonter" à la puissance moteur, avec toutes les difficultés inhérentes à ce procédé que nous avons précédemment évoquées...

 

Tout cela est très intéressant, mais c'est curieux, car j'ai entendu dire qu'un banc à rouleaux mesurait d'abord le couple aux roues C pour en déduire la puissance aux roues P par la formule P = C * Omega, or ce couple aux roues ne semble apparaitre nul part dans la formule de base d'un banc, et il semble que la puissance aux roues (enfin aux rouleaux comme tu dis) soit directement calculée. Aurais-je loupé un épisode?

 

Non, vous n'avez rien loupé du tout: un banc à rouleaux calcule bien directement la puissance aux roues (enfin aux rouleaux comme vous le savez maintenant!), et n'a absolument pas besoin du couple aux roues dont il se moque éperdument. Cependant, en réalité, il calcule bien un couple quand il fait le produit J * Téta", mais... ce n'est pas le couple aux roues, c'est le couple reçu par les rouleaux, qui n'est PAS le couple aux roues (ça ne le serait que si le diamètre des roues était exactement identique à celui des rouleaux -aux pertes près des frottements pneus / rouleaux bien sûr-, ce qui n'est évidemment quasiment jamais le cas). Et ce couple reçu par les rouleaux ne l'intéresse pas non plus, le banc s'intéresse à mesurer directement la puissance aux roues, et à partir de celle-ci il va par contre déduire plusieurs autres puissances jusqu'à remonter à la seule puissance qui l'intéresse, la puissance moteur normée (nous verrons plus loin ce que cela signifie), pour seulement tout à la fin calculer le couple moteur normé, en "inversant" la formule P = C * Omega, qui devient: C = P / Omega.

 

Note: Cependant, un banc à rouleaux pourrait très bien procéder comme vous avez entendu dire, en mesurant d'abord le couple aux roues (il a tout ce qu'il faut pour cela puisque la dimension des pneus est rentrée dans le logiciel), pour en déduire la puissance aux roues par la formule P = C * Omega. 

Cependant, la façon de procéder qui a été retenue avec calcul direct de la puissance aux roues (aux rouleaux...) puis remontée sur "chaque" puissance jusqu'à la puissance moteur normée pour enfin terminer sur le couple normé est la MEILLEURE tant sur le plan de la précision des résultats moteur finaux que sur le plan pratique, pour des raisons que nous n'évoquerons pas ici car ce n'est pas l'objet de cet article. Mais soyez assurés que c'est bien pour son efficacité optimale dans les calculs de puissance moteur normée & couple moteur normé qu'elle a été retenue... 

 

Avant d'aller plus loin, je veux enfin savoir pourquoi la puissance brute mesurée par le banc est une puissance dite "aux rouleaux" et non une puissance aux roues ? C'est vraiment la première fois que j'entends cela!

 

C'est la première fois que vous l'entendez parce que l'immense majorité des personnes (incluant même des professionnels de l'automobile!) fait encore la confusion entre les deux puissances par méconnaissance du sujet, et que l'immense minorité des spécialistes du domaine ne se fait pas suffisamment entendre pour "remettre l'église au milieu du village"! 

Cependant, il est vrai que le terme "puissance aux rouleaux" n'est pas un terme fréquent dans le jargon mécanique, tout simplement car il ne concerne que les mesures de puissance avec ce type de matériel, MAIS ce terme est pourtant parfaitement légitime pour deux raisons:

1) D'une part, il illustre bien le fait que la puissance brute mesurée par un banc à rouleaux est localisée au niveau des rouleaux: il s'agit très exactement de la puissance reçue par les rouleaux (diminuée en réalité des frottements des roulements des rouleaux sur leur axe).

2) D'autre part, il permet d'éviter toute confusion avec la VRAIE puissance aux roues, car la puissance aux rouleaux n'est PAS la puissance aux roues: elle lui est nécessairement INFERIEURE en raison des frottements des pneumatiques sur les rouleaux (énormes!) ET des frottements des roulements des rouleaux sur leur axe. 

En définitive, tous les spécialistes du domaine savent bien que cette puissance brute initialement mesurée par un banc à rouleaux n'est PAS une puissance aux roues au sens strict du terme, et le fait que le public l'appelle ainsi est un simple abus de langage, comme il en existe énormément (le poids au lieu de la masse en étant l'exemple académique). A la différence près toutefois que autant tout le monde sait que le poids dont on parle dans la vie courante est en fait une masse, autant la majorité des utilisateurs de banc à rouleaux sont persuadés que la puissance directement mesurée par un banc est une vraie puissance aux roues, et diffusent donc bien malgré eux cette fausse idée, qui est devenue vérité dans nombre d'esprits...

 

D'accord, mais qu'est ce donc qu'une vraie puissance aux roues alors?

 

Il suffit de connaitre la définition d'une roue: c'est une pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre (définition Wikipédia, qui est absolument parfaite) (notez que dans le cas d'une voiture, la roue est bien évidemment l'ensemble jante + pneu).

Est-il fait mention que cette roue doit s'appuyer sur un support quelconque comme le sol ou des rouleaux (!) pour tourner? Non! 

Eh bien la puissance aux roues est tout simplement la puissance disponible aux roues motrices "avant" contact des roues sur un éventuel support, et croyez bien que cela fait toute la différence avec la puissance aux rouleaux qui est une puissance aux roues "après" contact des pneus sur les rouleaux du banc, et qui est donc bien inférieure à la "vraie" puissance aux roues! 

Différence fondamentale entre les deux: la première est totalement indépendante du support, alors que la seconde lui est au contraire totalement dépendante!

 

Remarque: Pour éviter cette confusion sur la notion de puissance aux roues, le terme "puissance à la jante" est parfois employé dans le milieu automobile pour désigner la vraie puissance aux roues, le but étant de créer dans l'esprit de l'interlocuteur l'image d'une puissance aux roues... AVANT CONTACT des roues sur le sol, qui est en réalité la VRAIE puissance aux roues!

  

OK, j'ai bien compris la différence, merci! ET j'imagine que lorsqu'une voiture accélère sur route, on pourrait aussi définir une "puissance sur route", comparable à la "puissance aux rouleaux" obtenue sur banc à rouleaux, et inférieure également à la "puissance aux roues", n'est ce pas?

 

Tout à fait, et votre remarque démontre que vous avez parfaitement compris mon explication!

Et ce qui est amusant, c'est que de la même façon que l'immense majorité des personnes (incluant des professionnels de l'automobile) fait encore la confusion entre "puissance aux rouleaux" et "puissance aux roues", elle la fait également pour la "puissance sur route" et la "puissance aux roues", souvent indifférenciées! Mêmes causes, mêmes effets... 

 

Mais peut-être cette différenciation entre les deux puissances n'est-elle pas faite -au moins par les professionnels de l'automobile- parce que justement la différence entre ces deux puissances est négligeable, non?

 

Négligeable ??? Mais bien au contraire, cette différence entre la puissance aux roues et la puissance aux rouleaux due aux frottements pneumatiques est énorme et elle fait justement toute la différence, et sachez que dans bien des cas elle est même supérieure à la différence entre la puissance moteur et la puissance aux roues, due aux pertes de transmission! Pertes de transmission qui elles pour le coup sont en réalité bien inférieures à ce que bien des gens s'imaginent, bien en dessous des 15 % généralement avancés sur le net, même en 4 roues motrices! 

 

Pour couronner le tout, toutes ces pertes ne se comportent pas du tout de la même façon: certaines sont proportionnelles au couple transmis (les fameuses "pertes sous charge"), d'autres sont relativement constantes, d'autres encore dépendent de la vitesse, et enfin d'autres (une bonne partie même...) dépendent du carré de la vitesse, et toutes sans exception dépendent bien sûr de certaines caractéristiques de la voiture, et il est évidemment absurde de vouloir modéliser toutes ces pertes comme un bête pourcentage applicable à l'ensemble des voitures, sur tous les rapports de boite et à toute vitesse, comme le préconise la (fausse!) règle des 15%: seules des personnes ignorant tout de ce sujet peuvent le faire! 

 

Bref, vous comprenez donc à quel point ce domaine des pertes est vraiment méconnu du public, mais j'ai une double bonne nouvelle:

- Moi je vais le faire avec ces articles techniques, par pure passion et par pur plaisir d'informer...

- Mais je vais également créer un article technique dans lequel je vais fournir un VRAI modèle de pertes très précis tiré d'une campagne de recherche réalisée par Citroën Sport (à l'époque où j'étais ingénieur calculs chez eux) menée sur Citroën Saxo VTS 16V, et -vous le devinez bien- que j'utilise en grande partie dans mes calculs dans PerfectPower pour les voitures en traction... Cet article (en cours d'écriture) est disponible à ce lien: Modèle de pertes d'une Citroën Saxo 16V (campagne de recherche Citroën Sport)

 

Bien sûr, je ne vais pas dévoiler TOUTES les valeurs car il s'agit de valeurs top-secrètes qui contribuent vraiment à la précision phénoménale de PerfectPower en résultats moteur (puissance & couple), mais j'en donnerai quand même certaines qui prises de façon isolée ne permettront pas même aux meilleurs ingénieurs d'arriver à reproduire l'extrême précision du calcul de pertes réalisé par PerfectPower... sans compter qu'en réalité et je vais vous l'avouer, le plus dur pour créer une application smartphone de mesure de puissance ultra précise n'est pas d'appliquer un modèle de calcul de pertes ultra précis, mais bien d'arriver à mesurer le plus précisément possible la puissance aux roues (sur route...), ce qui ne peut se faire qu'en combinant de façon précise, permanente et astucieuse les infos accéléromètre et GPS, ET en utilisant des techniques avancées de traitement du signal pour en tirer la quintessence, et cela demande des connaissances pointues ET surtout des dizaines d'heures de mise au point dont je ne me fais aucun souci que personne d'autre que moi ne fera l'effort de le faire parce que je sais comment ce monde aveuglé par l'argent fonctionne, mais ceci est un autre sujet! 

 

OK, merci pour toutes ces précieuses infos! Mais dis moi alors, si la puissance sur route ou aux rouleaux dépend du support, cela veut-il dire qu'elle dépend donc du type de route (pour la première) et du type de banc (pour la seconde)?

 

ABSOLUMENT !!! Du coup, nul besoin de réfléchir longtemps pour comprendre qu'une puissance sur route ou aux rouleaux n'a AUCUNE valeur, puisqu'elle sera dépendante de la route pour les mesures sur route, et de la nature même des rouleaux (matériau, dimension, nombre par roue) pour les mesures sur banc... sans compter qu'en plus, cette puissance dépend aussi de la vitesse de la voiture et donc du rapport de boite engagé pour les mesures! 

EN conséquence, la "puissance aux rouleaux" sera différente aussi bien d'un banc à l'autre que de la "puissance sur route" mesurée sur route où la déformation naturelle des pneus et la moindre résistance au roulement la rendront supérieure...

 

Ceci est évidemment beaucoup moins vrai pour la "puissance aux roues" (la vraie!) puisque comme dit, elle ne dépend PAS du support, mais en revanche elle dépend aussi de la vitesse voiture (dans une moindre mesure toutefois) et du rapport de boite engagé, du coup elle continue à dépendre légèrement des conditions de mesure, et surtout on ne peut pas vraiment définir de "standard" de mesure de référence... 

 

Contrairement à la puissance moteur qui est absolument indépendante ET du support évidemment, ET de la vitesse voiture, ET du rapport de boite de mesure (évidemment puisque la boite de vitesses est située en aval du moteur!), ET qui est corrigeable avec une étonnante efficacité sur les conditions météo ce qui permet de définir un standard de conditions météo de mesure de référence (DIN, CEE, SAE, JIS, ISO)! Ce qui fait qu'elle constitue vraiment une puissance de référence, plus que la puissance aux roues, et infiniment plus que la puissance sur route ou aux rouleaux!

 

Encore et encore, il faut comprendre que la seule et unique puissance à considérer, que ce soit au banc moteur, au banc à rouleaux, ou en matériel embarqué, est la puissance moteur (idéalement normée, ce que fait bien sûr PerfectPower), et je répète que tous les fabricants de banc à rouleaux (au moins les fabricants Européens) l'ont bien compris depuis plus de 30 ans et donnent donc TOUS des résultats moteur et non aux roues (en résultats principaux bien entendu, puisque très souvent ils affichent la puissance aux roues en complément -qui bien souvent n'est même pas une vraie puissance aux roues d'ailleurs mais une puissance moteur simplement diminuée des pertes "passives"...-)!

 

OK, c'est parfaitement clair! Je veux donc maintenant tout savoir sur les calculs du banc pour remonter de la puissance aux rouleaux qu'il mesure à la fameuse puissance moteur normée!

 

Le banc doit tout simplement effectuer un calcul de pertes, et additionner la puissance aux rouleaux mesurée et ces pertes calculées pour remonter à la puissance moteur

 

EN effet, la perte d'énergie (Ppertes) entre le moteur (Pmoteur) et les rouleaux (Prouleaux) est telle que:

Prouleaux = Pmoteur - Ppertes ==> Pmoteur = Prouleaux + Ppertes

 

Le problème est que ces pertes sont à la fois nombreuses (trois types de pertes: inerties des pièces en mouvement -rotatives en majorité-, pneumatiques, transmission) et ne se comportent pas du tout de la même façon comme expliqué précédemment, y compris au sein même d'un type de pertes!

 

Il était donc indispensable de créer des modèles de pertes les plus réalistes possibles pour obtenir la puissance moteur la plus juste possible, et deux grands modèles ont été crées à cet effet (chacun d'eux ayant des sous-modèles!):

- Un modèle de pertes avec mesure des pertes "passives" (indépendantes du couple transmis) en roue libre 

- Un modèle de pertes avec calcul dynamique de toutes les pertes ("sous charge" et "passives")

Le premier a l'avantage de pouvoir mesurer directement une partie des pertes et ainsi fiabiliser le calcul global de ces pertes, mais il présente l'inconvénient d'être plus "lourd" à manier par le chef-banc et d'augmenter la durée d'une mesure, tout en nécessitant une rigueur exemplaire de la part du chef-banc...

 

Alors ll est évident que tous les fabricants de banc ne sont pas égaux sur ce plan puisque ne disposant pas tous des mêmes moyens humains, techniques, et financiers pour élaborer le meilleur modèle de pertes possible, mais depuis le début des années 80, ils se sont plutôt bien débrouillés pour arriver pour les meilleurs et ce dès le début des années 2000 à avoir des résultats moteurs étonnamment justes (+- 2% d'erreur moyenne) malgré nous l'avons vu les difficultés inhérentes à ce calcul des pertes!

Il faut avouer qu'ils ont bénéficié de campagnes d'essai sérieuses sur différents types de voitures (traction, propulsion, 4 roues motrices, essence, diesel, etc...) pour maitriser au mieux le sujet, et être capables de remonter le plus efficacement possible à la puissance moteur!

Maintenant soyons honnêtes, ce sujet des pertes est tellement vaste qu'il nécessite un article complet à lui tout seul pour être traité correctement, et il ne sera donc pas abordé dans cet article présent qui se "limite" à dire la Vérité sur les bancs à rouleaux. Mais vous savez que cet article existe (même s'il est encore en cours de création), il est disponible à ce lien: Modèle de pertes d'une Citroën Saxo 16V (campagne de recherche Citroën Sport)

 

 

Mais pour ne pas vous laisser sur votre faim, je vais vous dévoiler le schéma-type de remontée à la puissance moteur normée qu'il FAUT utiliser pour obtenir les résultats moteur les plus justes possibles au banc à rouleaux, et ce quelque soit le modèle de pertes utilisé. 

Les meilleurs bancs à rouleaux adoptent ce schéma, MAIS pas toujours forcément dans cet ordre, et tous les autres adoptent un schéma simplifié (parfois trop, comme en intégrant ensemble les pertes par inertie des pièces en mouvement et toutes les pertes sous charge via un coefficient global, suivez mon regard -les bancs Amercains DynoJet et DynoCom-...). Enfin j'exclue bien entendu les très rares bancs à rouleaux qui n'effectuent aucun calcul de pertes et donnent donc uniquement une bête puissance aux rouleaux, cela fait plus de 30 ans (oui, 30 ans!) que de tels bancs n'existent plus (du moins en Europe). 

Le schéma-type que je présente ici est le plus fiable, celui qui permet d'obtenir les résultats moteur les plus justes.

 

I) Mesure de la puissance apparente aux rouleaux: P-app-rouleaux

II) Calcul des pertes par inertie des pièces en mouvement (schématisé en pertes roues + pertes moteur): Ppertes-i

III) Calcul de la puissance aux rouleaux: P-rouleaux = P-app-rouleaux + Ppertes-i

IV) Calcul des pertes pneumatiques "passives" (indépendantes du couple transmis) = Résistance au roulement: Ppertes-p-pa

V) Calcul des pertes pneumatiques "sous charge" (proportionnelles au couple transmis): Ppertes-p-sc

VI) Calcul de la puissance aux roues: P-roues = P-rouleaux + Ppertes-p-pa + Ppertes-p-sc

VII) Calcul des pertes de transmission "passives" (indépendantes du couple transmis): Ppertes-tr-pa

VIII) Calcul des pertes de transmission "sous charge" (proportionnelles au couple transmis): Ppertes-tr-sc

IX) Calcul de la puissance moteur: P-moteur = P-roues + Ppertes-tr-pa + Ppertes-tr-sc

X) Calcul de k, coefficient de correction sur les conditions météo de la norme utilisée (DIN, CEE, SAE, JIS, ISO)

XI) Calcul de la puissance moteur normée: P-moteur-normee = P-moteur * k

XII) Calcul du couple moteur normé: C-moteur-norme = P-moteur-normee / Omega

 

Pour information, ce schéma-type est à très peu de choses près celui réalisé par... PerfectPower, qui doit juste y ajouter le calcul des pertes aérodynamiques, pour les résultats parfaits que vous connaissez! Alors on pourrait penser que PerfectPower prend un risque à dévoiler ce schéma publiquement car il pourrait inspirer des concurrents en application smartphone, MAIS je vous ai expliqué peu avant pourquoi ça n'était pas le cas! 

Bref, soyez rassurés, PerfectPower restera au sommet de la catégorie aussi longtemps que je vivrai! 

 

Note: Il n'aura pas échappé aux plus fins que la puissance aux rouleaux mesurée par le banc en étape I n'est en fait pas une vraie puissance aux rouleaux, mais... une puissance apparente aux rouleaux!!! La vraie puissance aux rouleaux est calculée à l'étape III... Alors merci d'avance de ne pas vous jeter par la fenêtre, et merci de comprendre que je ne vous en avais pas parlé jusqu'à présent uniquement pour ne pas vous embrouiller... Mais retenez simplement que:

- La puissance apparente est une puissance particulière utilisée en Physique lorsque l'on calcule la puissance inertielle d'un système en régime inertiel (c'est à dire en accélération ou en décélération) uniquement à partir de son accélération "observable", sa vitesse "observable", et sa masse  "observable" (ou "mesurable" ou "statique") selon la fameuse formule P = m * a * V. Cette puissance apparente diffère légèrement de la puissance inertielle lorsque l'accélération ou la décélération du système s'accompagne d'une variation de la vitesse des masses internes en mouvement -majoritairement rotatives-, comme un volant moteur ou des roues.

- Le fait d'avoir volontairement omis de préciser que la puissance brute (aux rouleaux) mesurée par le banc à rouleaux était en fait une puissance apparente ne change absolument RIEN à tout ce que vous avez appris jusqu'à présent qui reste parfaitement vrai soyez en assuré, et en fait il ne m'était même pas indispensable d'en parler: je l'ai fait uniquement parce que j'ai voulu vous présenter le schéma-type de "remontée" à la puissance moteur normée d'un banc à rouleaux, et que j'étais donc bien obligé d'en parler... Cependant, sachez pour les plus technophiles que j'en parlerai abondamment dans le deuxième article technique de cette rubrique évoqué précédemment!

 

Super, j'ai tout compris de A à Z, merci! La puissance moteur normée est en fait la puissance moteur corrigée selon les conditions météo au moment de la mesure pour la "ramener" dans un standard de mesure bien précis (DIN, SAE, CEE, JIS, ISO) la rendant officialisable quelque soient les conditions météo au moment de la mesure, et le couple moteur normé se calcule bien tout en fin de chaine en inversant la fameuse formule P = C * Omega qui devient C = P / Omega. C'est limpide!!!  

 

Absolument! Bravo, vous ne seriez pas un utilisateur de PerfectPower pour être aussi brillant? Quoiqu'il en soit, vous en savez déjà beaucoup maintenant sur les bancs à rouleaux, et PerfectPower vous remercie d'avoir lu avec attention cet article!

 

 

 

II) Modèle de pertes d'une Citroën Saxo VTS 16V (Campagne de recherche Citroën Sport) 

 

0) Introduction

 

Cet article va vous présenter les différents types de pertes se produisant dans la transmission et les pneumatiques d'une voiture, en utilisant comme modèle une petite sportive bien connue: La Citroën Saxo VTS 16V! 

 

Il constitue un excellent complément au précédent article La Vérité sur les bancs à rouleaux (que je vous recommande de lire avant cet article pour une meilleure compréhension), car il va vous expliquer en détail les différents types de pertes se produisant dans la transmission et les pneumatiques d'une voiture, et il va donc vous montrer que le sujet est infiniment plus complexe que ce qui se dit habituellement et que ces pertes sont loin de s'exprimer comme un bête pourcentage de la puissance moteur, applicable à l'ensemble des voitures sur tous les rapports de boite et à toute vitesse, comme le préconise la (fausse) règle des 15% de pertes de transmission: cette approximation grossière ne rend en rien compte de la réalité du phénomène, déjà parce que les pertes de transmission sont en réalité bien inférieures à 15% même en 4 roues motrices (sinon vous casseriez des boites de vitesse très souvent...), et ensuite parce qu'aussi bien les pertes de transmission que les pertes pneumatiques et donc les pertes totales qui sont la somme des deux ne se comportent pas uniquement comme un pourcentage de la puissance moteur appliquée: la réalité est bien plus complexe... et elle explique d'emblée une partie des écarts relevés en résultats de puissance moteur & couple moteur entre différents bancs à rouleaux! 

 

Il convient donc d'étudier les différents types de pertes se produisant dans la transmission et les pneumatiques d'une voiture, afin de bien les comprendre et donc d'en faire la meilleure modélisation possible si l'on veut être capable de remonter le plus précisément possible à la puissance moteur à partir d'une puissance mesurée sur route ou sur des rouleaux de banc (puissance volontairement différenciée de la puissance aux roues car comme expliqué dans l'article sur les bancs à rouleaux, ce n'est pas la même chose!)... ce qui est évidemment capital aussi bien pour moi en tant que créateur du système embarqué de référence en mesure de puissance que pour les fabricants de bancs à rouleaux qui désirent bien entendu que leur matériel donne des résultats moteurs les plus justes possibles... 

 

ET c'est précisément ce que je vais faire dans cet article: donner un modèle de pertes de référence, appliqué à la fameuse Citroën Saxo VTS 16V, sur laquelle j'ai eu la chance de travailler lorsque j'étais Ingénieur Calculs à Citroën Sport, et que je considère personnellement comme la meilleure petite sportive jamais créée (dans sa catégorie bien sûr)! 

Je précise que je dispose pour cette voiture des résultats d'une campagne de recherche effectuée par Citroën Sport, et que les valeurs dont je dispose sont des valeurs top-secrètes... Je ne vais donc pas TOUTES les donner car elles contribuent vraiment à la précision phénoménale de PerfectPower en résultats moteur (puissance & couple), mais je vais quand même en donner certaines qui prises de façon isolée ne permettront pas même aux meilleurs ingénieurs d'arriver à reproduire l'extrême précision du calcul de pertes réalisé par PerfectPower... sans compter qu'en réalité et je vais vous l'avouer, le plus dur pour créer une application smartphone de mesure de puissance ultra précise n'est pas d'appliquer un modèle de calcul de pertes ultra précis, mais bien d'arriver à mesurer le plus précisément possible la puissance aux roues (sur route...), ce qui ne peut se faire qu'en combinant de façon précise, permanente et astucieuse les infos accéléromètre et GPS, ET en utilisant des techniques avancées de traitement du signal pour en tirer la quintessence, et cela demande des connaissances pointues ET surtout des dizaines d'heures de mise au point dont je ne me fais aucun souci que personne d'autre que moi ne fera l'effort de le faire parce que je sais comment ce monde aveuglé par l'argent fonctionne, mais ceci est un autre sujet! 

Nous pouvons donc maintenant aborder le premier chapitre.

 

1) Quatre types de pertes... et deux types de comportements!

 

Tout est résumé dans le titre du chapitre! En effet, il existe quatre types de pertes lorsqu'une voiture se déplace sur route:

- Les pertes de transmission

- Les pertes pneumatiques

- Les pertes aérodynamiques

- Les pertes par inertie des pièces en mouvement -rotatives en majorité- 

 

Cependant, nous ne nous intéresserons qu'aux deux premières dans cet article. En effet, nous voulons nous focaliser ici sur les pertes se produisant entre le moteur et les roues, en incluant toutefois celles (importantes!) se produisant à la surface de contact pneu-route (ou pneu-rouleau sur banc à rouleaux), et en nous plaçant dans le cadre du régime stabilisé (donc non inertiel), où il n'existe par définition aucune perte par inertie des pièces en mouvement ==> ainsi, nous pouvons vraiment nous focaliser sur les pertes "pures" se produisant dans la transmission et les pneumatiques, et vous verrez que malgré tout le problème est déjà notablement complexe...

 

Etudions donc les pertes de transmission et les pertes pneumatiques! Ce sont des pertes dues au frottements des pièces en mouvement, non seulement entre elles (frottements dits solides -ou secs-, comme dans les couples de pignons de boite "pignon menant / pignon mené"), mais aussi avec leur environnement (frottements dits fluides -ou visqueux-, comme dans le barbotage des pignons de boite dans l'huile).

OR, ces deux familles de frottements sont de nature et de comportement fondamentalement différents: les frottements solides sont surtout fonction surtout de l'intensité des forces / couples mis en jeu, tandis que les frottements fluides sont eux surtout fonction de la vitesse ou du carré de la vitesse (selon la viscosité du fluide)!  

Vous le voyez donc, le problème est en réalité extrêmement complexe, et l'objet de cet article ne va pas être de vous expliquer en détail la nature, la modélisation et le calcul de tous ces types de pertes car c'est un livre qu'il me faudrait écrire dessus (!), mais de vous présenter la modélisation que nous, physiciens, retenons au final pour calculer ces pertes, et cette modélisation est d'une efficacité -et même finalement d'une simplicité- redoutable, en rapport de la complexité réelle du problème! 

C'est bien entendu cette modélisation que j'adopte dans les calculs de pertes de PerfectPower (enfin uniquement pour les pertes de transmission et pneumatiques, puisque j'y rajoute évidemment les pertes aérodynamiques et les pertes par inertie des pièces en mouvement), et que les fabricants des meilleurs bancs à rouleaux adoptent également. 

D'ailleurs, en réalité, sachez que toute l'histoire de la Physique est là: nous ne calculons JAMAIS exactement la réalité, mais nous utilisons les meilleurs modèles possibles pour calculer la réalité (ce qui n'est pas la même chose!), et le miracle est que souvent, ce calcul est incroyablement proche de la réalité malgré parfois de grosses simplifications... (cependant l'exact inverse existe aussi, en particulier en mécanique des fluides, mais c'est un autre sujet!).

 

En définitive, qu'il s'agisse des pertes de transmission ou des pertes pneumatiques, nous constatons qu'elles possèdent deux types de comportement:

- un comportement linéaire, où elles sont proportionnelles au couple transmis

- un comportement quadratique, où elles se comportent comme une fonction polynomiale de degré 2 de la vitesse 

 

Les premières sont appelées "pertes sous charge", puisqu'elles dépendent directement et linéairement du couple transmis, et elles sont modélisables par une loi de type "alpha C".

Les secondes sont appelées "pertes passives", puisqu'elles sont indépendantes du couple transmis, et elles sont modélisables par une loi de type "a + bV + cV^2".

 

ET tout l'objet de la recherche en Physique automobile dans ce domaine est de déterminer avec précision les valeurs de ces quatre coefficients alpha, a, b, et c, pour différents types de voiture (transmission surtout: traction, propulsion, quatre roues motrices), et sur différents rapports de boite (du premier au dernier), afin d'être en mesure d'établir le meilleur modèle possible de pertes, valable pour le maximum de voitures avec la meilleure précision!

Et c'est précisément ce qu'aussi bien Citroën Sport en 1997 que l'INRETS en 2005 ou moi-même en Février et Décembre 2016 avons réalisé, et je vous propose de vous donner maintenant les résultats de celui établi par Citroën Sport en 1997 sur une Saxo VTS 16V, avec toutefois la réserve de discrétion évoquée un peu plus haut, merci de votre compréhension! 

 

2) Les pertes de transmission

 

Définition: Ce sont les pertes de produisant dans toute la chaine de transmission de puissance du moteur (en sortie du volant moteur) aux roues.

 

Ces pertes sont constituées par les frottements des pièces en mouvement dans la transmission, classables en deux catégories comme expliqué auparavant:

- Frottements solides des pièces en mouvement à chaque transmission de puissance (embrayage, boite de vitesses -couples de pignons de boite "pignon menant / pignon mené"-, pont / différentiel, cardans / roulements, boite de transfert en quatre roues motrices)

- Frottements fluides des pièces en mouvement dans leur environnement (barbotage des pignons de boite dans l'huile en immense majorité)

 

Les frottements solides ont un comportement fortement linéaire (c'est à dire qu'une grande part de ces frottements s'exprime comme un pourcentage du couple d'entrée: f = alpha * Ce), et assez peu quadratique (seul a a un certain "poids" -devenant rapidement négligeable lorsque Ce augmente-, b et c peuvent eux franchement être considérés comme nuls), soit tout le contraire des frottements fluides qui eux sont uniquement quadratiques ET sans terme constant (autrement dit alpha = a = 0, seuls b et c existent). 

 

Ainsi, la somme de ces deux types de frottement nous permet d'établir le modèle de pertes suivant (exprimé en puissance) dans la transmission:

 

1) A chaque transmission (i) de puissance possédant son environnement propre:

 

Puissance-Pertes-Transmission(i) = [alpha(i) * Ce(i)] * Omega-e(i) + [a(i) + b(i) * V(i) + c(i) * V(i)^2] *  V(i) 

 

Note: [alpha(i) * Ce(i)] * Omega-e(i) représente la puissance perdue en pertes "sous charge" (pertes liées au couple transmis), tandis que [a(i) + b(i) * V(i) + c(i) * V(i)^2] *  V(i) représente la puissance perdue en pertes "passives" (pertes indépendantes du couple transmis).

 

2) Dans la chaine de transmission totale comprenant n transmissions de puissance:

 

Puissance-Totale-Pertes-Transmission = Somme (i = 1 ; i = n) [Puissance-Pertes-Transmission(i)]

 

Note 1: Pourquoi exprimer ce modèle en puissance plutôt qu'en force? Parce que c'est plus pratique pour homogénéiser facilement les différentes termes de pertes entre eux: en effet, alpha * Ce est un couple exprimé en N.m tandis que a, b * V et c * V^2 sont des forces exprimées en N.

 

Note 2: J'ai écrit ce modèle en puissance des pertes puisque nous nous intéressons aux pertes dans cet article, mais sachez qu'en pratique lorsque nous effectuons ce genre de calculs, nous l'écrivons plutôt en puissance de sortie en fonction de la puissance d'entrée car c'est bien ce qui nous intéresse avant tout! Et c'est d'ailleurs ce que nous allons faire par la suite!

Mais bien entendu, les pertes sont évidemment présentes à l'identique dans les deux modèles puisque Puissance de sortie = Puissance d'entrée - Puissance des pertes, ce n'est qu'une simple question de présentation! 

 

Une fois ce modèle posé, on peut démontrer facilement (en effectuant une minime approximation consistant à additionner séparément les pertes "sous charge" et les pertes "passives") que la puissance de sortie Psortie (la puissance aux roues) peut s'exprimer en fonction de la puissance d'entrée Pentrée (la puissance moteur) selon la relation suivante:

Psortie = [ Produit (i = 1 ; i = n) [1 - alpha(i)] ] * Pentrée - Somme (i = 1 ; i = n) [ [a(i) + b(i) * V(i) + c(i) * V(i)^2] *  V(i) ]

 

Et c'est terminé! Alors voyez vous une différence entre ce modèle (extrêmement performant mais comportant cependant déjà une minime simplification...) qui dépend clairement du type de transmission, du rapport de boite engagé et du régime moteur / vitesse voiture, et la (fausse) règle des 15% de pertes globales de transmission qui serait applicable à l'ensemble des voitures (donc tout type de transmission) sur tous les rapports de boite et à toute vitesse et qui consiste à dire Psortie = 0,85 * Pentrée pour tout le monde? 

Inutile d'en dire plus, vous voyez bien que cette règle ne rend en rien compte de la réalité / complexité du phénomène, et que seules des personnes ignorant tout de ce domaine peuvent encore s'y référer!

Mais tout cela n'a aucune importance à partir du moment où je choisis moi via ces articles techniques PerfectPower de vous informer de l'exacte réalité / complexité du phénomène, de sorte que désormais vous la connaissiez! 

 

Maintenant, pour clore ce chapitre sur des valeurs numériques bien précises concernant les pertes se produisant dans une transmission, je vais juste vous dévoiler une partie des résultats de la campagne d'essais Citroën Sport menée en 1997 sur une Saxo VTS 16V, concernant les pertes "sous charge" (loi de type alpha C) se produisant dans la boite de vitesses sur les différents rapports de boite (huile de boite à sa température normale de fonctionnement) à un régime stabilisé de 3000 rpm, selon le fameux modèle Psortie = f (Pentrée)!

Autrement dit, en définissant alpha-i comme le coefficient de pertes "sous charge" sur le rapport de boite i (i variant de 1 à 5) de sorte que la puissance de ces pertes "sous charge" soit égale à alpha-i * Pentrée, alors la puissance de sortie Psortie est égale à (1 - alpha-i) * Pentrée!

Exemple: Si l'on a 5% de pertes sur un rapport de boite i donné, alors alpha-i = 0,05, et Psortie = (1 - alpha-i) * Pentrée = (1 - 0,05) * Pentrée = 0,95 * Pentrée. Cela signifie tout simplement que la puissance de sortie vaut 95% de la puissance d'entrée, et que par définition le rendement de cette transmission de puissance R-trans est donc de 0,95!

Même si en réalité le véritable rendement de cette transmission de puissance devrait inclure également les pertes "passives" (loi de type a + bV + cV^2), mais d'une part nous ne les étudions pas ici, et surtout d'autre part les calculs montrent qu'elles restent très minoritaires pour ne pas dire négligeables devant les pertes "sous charge", surtout à pleine charge (c'est en effet moins vrai en charge partielle).

 

Valeur des R-trans d'une boite de vitesses de Citroën Saxo VTS 16V à un régime de 3000 rpm

 

En 1ère: R-trans = 0,951 ==> Psortie = 0,951 * Pentrée 

En 2ème: R-trans = 0,965 ==> Psortie = 0,965 * Pentrée 

En 3ème: R-trans = 0,970 ==> Psortie = 0,970 * Pentrée 

En 4ème: R-trans = 0,974 ==> Psortie = 0,974 * Pentrée 

En 5ème: R-trans = 0,978 ==> Psortie = 0,978 * Pentrée 

 

Ces résultats nous enseignent immédiatement deux choses: 

- Les pertes de transmission se produisant dans une boite de vitesses sont beaucoup moins importantes que les valeurs couramment admises de 8 à 12%: en effet, elles varient dans une gamme allant de seulement 2,2% (en 5ème) à 4,9% (en 1ère)...

- Mais surtout elles dépendent nettement du rapport de boite engagé, avec des variations de plus du simple au double entre la 5ème (2,2%) et la 1ère (4,9%)!

 

Le 1er point était en fait une évidence, car les calculs montrent que si les pertes de transmission dans une boite de vitesses atteignaient des valeurs aussi élevées que 8 à 12% de la puissance moteur, l'énergie thermique libérée sur des voitures très puissantes dépasserait assez rapidement les capacités d'évacuation de l'huile de boite, ce qui finirait par faire casser la boite, ce qui est contraire à ce que l'on observe: CQFD.

Quand au second point, il se comprend finalement très bien: en effet, les deux derniers rapports de boite sont généralement très proches du rapport 1 (pour la Saxo VTS 16V: 1,054 en 4ème et 0,854 en 5ème) dans lequel les dimensions du pignon menant (celui situé sur l'arbre primaire et qui transmet le couple) et du pignon mené (celui situé sur l'arbre secondaire et qui reçoit le couple) sont identiques, tandis que les rapports de boite inférieurs s'en écartent de plus en plus en augmentant jusqu'à atteindre des valeurs beaucoup plus élevées en 1ère (pour la Saxo VTS 16V: 1,357 en 3ème, 1,95 en seconde, et 3,417 en 1ère), et chacun peut concevoir que la proximité géométrique des pignons de transmission favorise le rendement de la transmission de puissance, et que plus ils s'en écartent, plus cela l'affecte!

 

Maintenant je souhaite conclure ce chapitre sur une note extrêmement positive: c'est que si l'on pouvait redouter que les pertes de transmission varient beaucoup d'une voiture à une autre (surtout d'un type de transmission à un autre et d'une boite à une autre -en incluant le pont / différentiel-, puisque l'on peut facilement admettre que les pertes au niveau de l'embrayage et des cardans / roulement qui sont des mécanismes relativement standards varient elles relativement peu), eh bien il n'en est rien, et les résultats d'autres campagnes d'essai réalisées cette fois par l'INRETS en 2005 avec quelques autres voitures françaises confirment avec une étonnante proximité les résultats de la campagne d'essais réalisée par Citroën Sport en 1997 sur Saxo VTS 16V! 

Bien sûr tous ces tests ont été faits dans des conditions de laboratoire avec une vraie rigueur scientifique, en particulier sur le choix de voitures en parfait état et d'huiles de boite de qualité et sur le respect de conditions de mesures cliniques (notamment sur la température d'huile de boite), mais réellement la proximité de résultats sur ces différentes voitures est une excellente nouvelle et montre que finalement on peut arriver à modéliser avec une étonnante précision les pertes se produisant dans une transmission pour le maximum de voitures dès lors que l'on applique les modèles adéquats (incluant quand même des lois polynomiales à créer pour tenir compte des rapports de boite et de pont), et je tenais à rappeler dans cet article que c'est exactement ce que fait PerfectPower dans ses calculs pour "remonter" le plus précisément possible aux résultats moteur, et que cela contribue bien évidemment à sa redoutable précision!

 

Bien, le chapitre des pertes de transmission étant terminé, abordons maintenant celui des pertes pneumatiques!

 

3) Les pertes pneumatiques

 

Définition: Ce sont les pertes de produisant dans les pneumatiques de la voiture se déplaçant sur route. On l'appelle communément la résistance au roulement.

 

Contrairement aux pertes de transmission, ces pertes sont uniquement constituées par le frottement des pneumatiques sur le sol soit des frottements solides: en effet, les frottements fluides de la roue dans son environnement (l'air!) sont non seulement négligeables devant les frottements des pneumatiques sur le sol en raison de la très faible masse volumique de l'air (1,205 kg/m3 à 1013 hPa et 20° C) et des dimensions modestes d'une roue, mais ils appartiennent de toutes façons à la catégorie des frottements aérodynamiques de la voiture toute entière appelée résistance de l'air

 

De plus, et toujours contrairement aux pertes de transmission, ces pertes se produisent au niveau d'une seule transmission de puissance, celle se produisant à la surface de contact pneu-route.

 

Tout ceci rend leur étude beaucoup plus facile et rapide... ce qui ne veut pas dire que ses résultats ne soient pas surprenants, et je vous le dis tout de suite, ils le sont! Au moins en comparaison de ceux obtenus dans l'étude des pertes de transmission...

 

Pourquoi? Parce que cette fois la proportion entre le comportement linéaire et le comportement quadratique de ces pertes constituées uniquement de frottements solides est radicalement différent! ET aussi parce que cette fois le terme c dans la loi de pertes "passives" (loi de type a + bV + cV^2) ne peut plus être négligé, ce qui signifie que la résistance au roulement dépend de la vitesse de la voiture (et même de son carré!), alors que bien souvent elle est considérée comme constante et indépendante de la vitesse! 

 

Suite à venir...