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[help] Moteur, couple et modélisation

Mardi 13 avril 2010 à 19:29

Épisodes précédents, par ordre chronologique :

La situation actuelle et le problème

J’ai recommencé à me pencher sur la physique des voitures de la future suite de ManiaDrive, après une longue période d’inactivité sur le projet. J’ai en effet dépensé énormément d’énergie à coder la physique des pneus (qui reste le point le plus important d’une simulation de véhicule, selon moi) ce qui fait que dès la première grosse difficulté suivante (celle qui nous intéresse aujourd’hui, donc), ma motivation s’est effondrée d’un seul coup.

Sauf que là, paf, 6 mois après, ça me reprend. Et pour ne pas retomber dans les mêmes travers, j’essaye de décortiquer mon sujet autant que possible avant de me plonger trop dans le code.

Le problème de base est en définitive très simple : mes voitures calent. Quoi que je fasse, quelle que soit la puissance du moteur, elles calent lamentablement dès que j’engage la première vitesse.

L’explication est elle aussi toute simple quand on se penche sur la manière dont j’ai implémenté le moteur et la transmission pour l’instant. En effet, je dois interagir avec le moteur physique ODE (j’en ai déjà longuement parlé), et en l’occurrence mon point d’entrée vers ODE se situe au niveau des liaisons hinge2 de la suspension. Pour schématiser, pour chaque roue (motorisée, donc) je dois fournir à ODE deux informations : dParamVel et dParamFMax. La première indique à quelle vitesse je souhaite que la roue tourne (vélocité angulaire) et le second indique quelle est la force maximum (couple max, ici) que j’autorise pour essayer d’arriver à cette vitesse.

Dans la simulation, le temps est “découpé”en toutes petites étapes (timesteps) et il devient alors facile de simuler l’action d’un moteur en demandant une vitesse angulaire élevée (le pilote écrase l’accélérateur -> il souhaite aller à la vitesse max de la voiture) mais en autorisant une force max relativement faible (en fonction de la “puissance”du moteur) à chaque timestep. Ainsi, le moteur doit accélérer petit à petit la roue, mimant alors l’accélération du véhicule.

Bien sûr, on va intercaler des calculs supplémentaires pour simuler divers équipements nécessaires au bon fonctionnement du tout, et tout particulièrement :

  • Un différentiel, qui va permettre de répartir la force du moteur entres les différentes roues motrices. Un différentiel de base va autoriser les roues à tourner à des vitesses différentes (lors d’un virage à gauche, les roues de droite doivent parcourir plus de chemin que les roues de gauche, qui doivent donc tourner moins vite) alors qu’un différentiel plus évolué (à glissement limité) va aller plus loin, en bloquant plus ou moins une roue qui tournerait nettement plus vite que l’autre, signe qu’elle est train de “glisser”. Imaginez une voiture, dont les roues motrices sont à l’arrière, dans un virage très serré à gauche, à grande vitesse. Dans cette situation, il est tout à fait probable que la roue arrière gauche n’ai que très peu d’adhérence, voire même qu’elle ne touche plus le sol (typiquement avec des suspensions indépendantes). Un différentiel de base va alors envoyer toute la puissance sur la roue qui “tourne le plus facilement”, c’est à dire sur celle qui n’est pas capable de poser cette puissance au sol. Résultat : crissements de pneus, fumée, voiture qui n’avance plus et difficilement contrôlable. Un différentiel à glissement limité va bloquer en partie cette roue pour que la puissance soit bien envoyée à la bonne roue.
  • Une boite de vitesses, pour changer la démultiplication de l’effort du moteur. Pour revenir à nos variables, on va multiplier la vitesse dParamVel par la rapport de boite (typiquement inférieur à 1) et diviser dParamFMax par ce même rapport. Tout bêtement.

Jusque là, tout va bien dans notre simulation. Pour déterminer dParamVel, il suffit de prendre la vitesse de rotation du moteur (celle indiquée sur le compte-tours [par la suite, on va dire RPM]), d’appliquer le rapport de boite (et celui du pont, dans l’absolu) et hop. En revanche, pour dParamFMax les choses se compliquent un peu. En effet, sur un moteur thermique, cette valeur varie en fonction de la vitesse de rotation du moteur.

C’est là que les courbes de couple entrent en jeu. Voilà une courbe typique, ici pour un moteur 2L essence 16 soupapes de chez Peugeot :

A partir de la courbe verte (courbe de couple), il est facile de déterminer le couple du moteur (dParamFMax donc) en fonction des RPM.

Et c’est là que je commence à coincer sérieusement. Quand on regarde ces courbes, elles sont typiquement très plates. Même avec mon petit moteur de test, celui d’une Fiat Panda 45cl, un ridicule moulin de même pas 1L, on arrive à une courbe encore très acceptable :

~ 50 Nm au ralenti, ~70 au max.

Voilà pourquoi ça me gène : Je ne vais pas vous apprendre que pour lancer une voiture à l’arrêt, on monte un peu le régime moteur, et on “distribue” petit à petit la force du moteur avec l’embrayage. Pour moi, l’utilisation de l’embrayage a donc pour but d’aider le moteur qui n’a pas assez de couple à bas régime pour démarrer la voiture sans caler. Si je résume ma vision d’un embrayage pas complètement relâché : le moteur ne supporte pas toute la charge de la voiture, mais en contrepartie ne peut pas fournir tout son couple à la transmission.

Et c’est pourquoi dans un simulateur comme rFactor, on se permet en général de monter le régime à mort et de lâcher d’un coup sec l’embrayage lorsque le feu passe au vert, comme un dégueulasse, pour faire un départ en trombe et en fumée. On a été chercher le couple très haut dans les tours. J’ai aussi l’impression de voir ça lors du départ d’une course de voiture IRL.

Sauf que ça colle absolument pas avec les fameuses courbes de couple : il n’y pas plus de couple dans les hauts régimes qu’au ralenti. Il y a plus de puissance, certes (Puissance = couple * RPM), mais le couple est sensiblement le même.

Alors pourquoi une voiture cale si on lâche l’embrayage d’un seul coup au ralenti alors que ça ne semble pas être le cas si on fait la même chose à plein régime ?! (notez que je n’ai jamais eu le courage de faire le test sur une vrai voiture, de peur de laisser l’embrayage et la moitié de la boite de vitesses par terre)

Du coup, dans ma simulation actuelle, on commence à comprendre pourquoi la voiture cale systématiquement. J’accélère à plein régime, je passe la première, et comme je n’ai pas encore implémenté l’embrayage, toute la patate est directement balancée à la boite de vitesses puis dans les roues. Sauf que “la patate”, c’est quelques dizaines de Nm * le rapport de boite, c’est à dire pas de quoi faire réellement bouger la voiture. Tout pareil qu’au ralenti en fait.

Résultat, au timestep suivant, je regarde la vitesse de rotation des roues motrices, histoire de mesurer “l’impact” du moteur lors du timestep précédent, je constate que la roue tourne à peine, je traduis ça en RPM moteur (là encore, le ratio de la boite intervient) et j’arrive à peu près à 0 RPM : le moteur cale.

Accessoirement, le fait d’attendre le timestep suivant pour mesurer la charge du moteur semble probablement une méthode immonde, mais ODE ne me donne pas directement cette info (charge moteur), c’est donc la seule idée qui m’en venue pour l’instant.

Bref, résultat : je suis incapable de faire des “smoking starts” avec ma Ford Fiesta et son moteur de Fiat Panda, et ça c’est frustrant.

Les pistes

Je n’ai pour l’heure trouvé que deux explications possibles, peut-êtres complémentaires.

  1. l’embrayage
  2. l’inertie du moteur et de la transmission

En effet, une supposition serait qu’un embrayage, aussi sport soit-il, ne se “solidarise” pas tout de suite lorsqu’on embraye, même de manière violente. Dans mon exemple précédent, l’embrayage pourrait patiner un peu lorsqu’on relâche la pédale, permettant au moteur de ne pas subir tout de suite toute la charge de la voiture. Cela signifie que les RPM tombent toujours, mais moins rapidement, ce qui donnerait effectivement un avantage à un départ “à fond”. Mais je ne suis pas persuadé que cela suffise pour faire un démarrage en burn, puisqu’avec cette solution, on ne transmet aux roues qu’un couple encore amoindri (puisque l’embrayage patine).

C’est pour ça que la seconde piste m’intéresse un peu plus : un moteur lancé à pleine vitesse possède une inertie. Cette inertie, c’est du couple en plus, non ? En clair, je lance le moteur à fond, j’embraye, il devrait caler (= tomber à 0 RPM) mais avant ça il doit perdre son inertie, générant alors un couple en plus de son couple “nominal” (celui qui est sur les courbes). Mais d’après mes permiers tests, qui peuvent très bien êtres faux, pour faire un démarrage en faisant patiner les pneus, ce n’est pas quelques Nm en plus qu’il faut, mais bien quelques centaines ! (et encore, avec mes pauvres petits pneus de Fiat Panda [135/80/13 !]) Est-ce possible ? Comment calculer ce couple ? A partir de quelles données techniques ? Tout ce que j’ai concrètement à l’heure actuelle, c’est les RPM moteur au timestep n et ceux au timestep n+1, l’écart entre ces deux valeurs ayant probablement quelque chose à voir avec ce fameux “couple inertiel”.

J’ai aussi des interrogations du même genre sur la vitesse avec laquelle un moteur monte et descend dans les tours à vide (embrayage enfoncé, donc) … il doit bien y avoir  une histoire d’inertie là aussi.

Bref, que ce soit sur ce dernier point ou sur d’autres pistes, si vous avez des idées sur tout ça, je serais heureux de les lire, et si vous avez des compétences en mécanique, tout pareil. Bref, HALP§

13 avril 2010 à 20:14

Je pense que tu tiens le bon bout avec des deux pistes.
Niveau embrayage, faut pas oublier que dans la réalité tu ne changes jamais d’état instantanément. Il y a toujours quelques bouts de millisecondes qui se baladent, le temps que tu sortes ton pied de la pédale et que les disques se rapprochent. Et puis même pour démarrer en laissant de la gomme, tu relâches pas tout d’un coup, il faut doser, et ne relâcher que quand tu es sur que la roue commence à patiner.

Quant à l’inertie du moteur, je dirais que ça joue aussi, mais pour quantifier…….

Quoi qu’il en soit, je te souhaite bonne chance dans tes investigations !

par superdeltree
13 avril 2010 à 21:04

dédiou ca a l’air compiqué!

par Shasdo
13 avril 2010 à 22:31

En effet je pense qu’il y a toujours un peu de patinage sur l’embrayage.

par elpopo
13 avril 2010 à 23:53

Dans mon ancienne boite, ils faisaient beaucoup de simu de ce genre, mais c’était surtout orienté sur les amortisseurs, je sais pas si tu gères ça dans ton projet.

par redeyed_
14 avril 2010 à 0:29

Aucune idée du pourquoi, je pencherais au pif plus pour l’embrayage à relâcher progressivement.

Tes articles sont super intéressants en tt cas, bon courage pour la suite et merci de faire partager ça.

par Craignus
14 avril 2010 à 4:56

Les flares c’était pas obligé

par Xfennec
14 avril 2010 à 8:59

elpopo : Actuellement non, et c’est la raison principale pour laquelle les voitures sont encore très instables (enfin j’espère). Ce sujet étant réputé comme complexe, je vais probablement tricher beaucoup et me baser au maximum sur ce qu’ODE propose (ERP, CFM) et en rajoutant des trucs comme des barres anti-roulis qui devraient déjà beaucoup aider. Enfin là encore, j’espère :)

Merci pour vos réponses, je creuse, je creuse …

par skaven
14 avril 2010 à 9:17

Wouah c’est fou ton truc.
Attention aux choses trop réalistes, tu peux y perdre le coté fun & jouissif du pilotage.
Courage ;)

par Redeyed
14 avril 2010 à 10:54

Alors pourquoi une voiture cale si on lâche l’embrayage d’un seul coup au ralenti alors que ça ne semble pas être le cas si on fait la même chose à plein régime ?

A mon avis et après réflexion:
A plein régime, le moteur déploie beaucoup plus d’énergie. C’est indiscutable car il consomme plus d’essence. Cette énergie doit être complètement absorbée avant que le moteur cale. Il y a donc un “tampon” d’énergie beaucoup plus grand dans un moteur qui tourne à fond que dans un moteur au repos. Ceci n’est pas AMA une “inertie” pure, dépendante de la masse des pièces en rotation.

C’est plutot (la encore AMHA) la somme de l’énergie déployée par le moteur entre le moment ou l’embrayage commence à s’enclencher et où il est complètement solidarisé. Cette somme est fonction des tours du moteur à plein régime, ce qui colle avec la physique IRL.

Autre chose qui me vient à l’esprit: lorsque le moteur tourne à fond, la différence de vitesse entre les disques de l’embrayage est très grande. Il est plauisible de penser que tant que cette différence est grande les disques ne se solidarisent pas entre eux. Il doit falloir attendre que la force de friction entre les disques puisse absorber la force du moteur complètement pour que ces disques soient solidaires.
Ca revient au même que le § d’avant en fait.

par Blodfelag
14 avril 2010 à 11:13
par Xfennec
14 avril 2010 à 12:08

Redeyed : D’accord, mais cette énergie, c’est quoi concrètement alors ?

Pour moi si un moteur consomme plus d’essence dans les hauts régimes, c’est parce qu’il tourne plus vite, et s’il tourne plus vite, il produit plus de puissance (kW, ch, DIN, …), mais pas plus de couple.

Or, la puissance n’est que le résultat du produit du couple et de la vitesse de rotation du moteur. Enfin je crois [1]. Et dans la situation qui m’intéresse, c’est bien seulement le couple que je suis supposé donner en entrée de mon moteur ODE. Enfin, là encore, je crois.

[1] Je viens de faire le test pour me le confirmer : Si j’applique “P (en ch) = c (en Nm) * n (en tr/min) / 7023″ (qui semble être la formule “officielle” pour calculer la puissance) à ma courbe de couple, j’arrive à cette courbe de puissance, qui me semble terriblement réaliste, et qui colle parfaitement à la réalité de cette voiture : 45ch au max.

par Lord GoF
14 avril 2010 à 12:23

@ Skaven : Vu le peu de simulations auto de nos jours, y’aura toujours un bon public pour les simulations hardcore. Y’a qu’a voir les communautées de LFS, GTR, Rfactor, RBR… Même GP4 ou GP Legends y’a encore du monde dessus.

Tout simplement parceque des jeux comme Grid, NFS Shift, Forza, GT et cie sont assez plaisants pour l’utilisateur lambda mais pas assez exigeants pour de la vraie simu automobile; pas de quoi foueter un G25, franchement.

14 avril 2010 à 13:12

Un peu comme skaven : t’as besoin de faire aussi compliqué pour que le joueur ait de bonnes sensations ?

“Pour moi si un moteur consomme plus d’essence dans les hauts régimes, c’est parce qu’il tourne plus vite”
J’y connais rien en mécanique et je suis ptet hors sujet, mais un jour qqu’un qui s’y connait m’a expliqué que la consommation de carburant ne dépend pas des RPM mais du degré d’enfoncement de la pédale d’accélérateur.

par Gebeka
14 avril 2010 à 13:22

Bonjour,

Bravo pour votre projet, vos réflexions m’ont l’air bien orientées. Votre équation puissance / couple est correcte.
J’ai réfléchi à quelques pistes qui pourraient peut-être vous aider.

Je crois que le point crucial est de passer d’un raisonnement “statique” à un raisonnement “dynamique”.

En effet, le démarrage d’une voiture est plus un “changement d’état” qu’une accélération. Le rôle de l’embrayage est de permettre au moteur de faire progressivement tourner les roues tout en conservant un régime suffisant pour ne pas caler .

Nous avons tous fait l’expérience suivante :
Sur presque n’importe quelle voiture, il est possible de démarrer sans accélérer du tout. Simplement avec l’aide du ralenti et un très lent mouvement de l’embrayage;
Ceci est dû au rôle même de l’embrayage : celui de maintenir un mouvement malgré une vitesse de rotation différente entre l’arbre moteur et l’arbre de la boite de vitesses.

Dans le cas contraire (embrayage brusque) le couple inverse appliqué au moteur (l’inertie de la voiture à l’arrêt) suffit à la faire caler.

Que faut-il en déduire en termes de modélisation ?
Là je ne sais pas quoi vous dire, j’imagine qu’un régime transitoire (une seconde ?) doit être envisagé pendant lequel le couple appliqué au roues n’est qu’une fraction, croissante, du couple moteur.
Cela fait sens du point de vue de la réalité, mais je ne connais pas les détails de votre modélisation.

En espérant vous avoir aidé.

Bonne journée

par Xfennec
14 avril 2010 à 13:45

J’avais essayé de m’exprimer sur le besoin de “réalisme” lors de précédents articles. ManiaDrive était déjà très arcade, et j’avais tenté d’aller encore plus loin pour la suite, car les joueurs trouvaient malgré tout la physique plutôt ardue et même presque aléatoire.

Je m’étais alors retrouvé avec un truc à la Mario Kart : tu appuies sur le bouton, ça tourne. Point. Or, la découverte de rFactor il y a quelques années m’a montré qu’en ce qui concerne les voitures, je trouve infiniment plus amusant, en tant que joueur, de faire n’importe quoi avec une physique réaliste (et que je te brûle de la gomme, que je t’entre la voiture n’importe comment dans le virage à pleine balle, et que je t’explose le moteur, la suspension ou la boite de vitesses, …) que de juste faire une course avec une physique arcade de base.

Des modèles de l’arcade, comme Mario Kart, mais aussi des jeux comme Wipeout ou Burnout sont très sympa à jouer, mais je me lasse finalement très vite. A coté de ça, je joue pour ainsi dire non stop à rFactor depuis près de 4 ans. Et même si je commence doucement à apprécier l’aspect compétition de rFactor (parce que mon niveau augmente un peu avec le temps), mes plus grosses tranches de fun, c’est ça ou ça. C’est à dire des ballades, cascades et autres conneries entres potes dans des voitures pourries qui fument, qui grincent et qui tombent en miettes, mais qu’on pousse au bout quand même, en se débrouillant pour que la jauge de température d’huile reste sous les 125° et que le pneu avant droit n’explose pas alors que la carrosserie défoncée frotte allègrement dessus. Et paradoxalement, pour offrir ça, il faut une base physique très réaliste.

Et puis si de temps en temps on peut avoir la satisfaction de réussir à faire un tour de circuit a peu près correct avec une jolie voiture de légende surpuissante sans la mettre au tas, c’est très gratifiant aussi :)

Enfin voilà, c’est, en très résumé, l’esprit que j’essaye de suivre pour cette suite, même si j’en chie sur des choses très terre à terre pour l’instant.

par skaven
14 avril 2010 à 14:11

OK :)
Courage alors.
Encore une question à la con:
Est-ce que tu as fait un environnement de dev/test pour ta physique? c’est à dire un éditeur de script pour le codage de ta physique et 1 appli 3D que tu n’as pas besoin de recompiler/relancer à chaque test?
vu le travail, si tu n’as pas un bon environnement de test, tu vas galerer.

par Nwks
14 avril 2010 à 14:20

N’ayant pas beaucoup de connaissances en mécanique automobile, j’ai néanmoins de bonnes notions en mécanique générale, et à mon avis, le problème se situe effectivement là où tu le pense, c’est-à-dire l’embrayage et l’inertie de transmission.
Cela a déjà été dit dans les commentaires mais voici ma version un peu plus détaillée :

1) L’embrayage ne peut effectivement pas se solidariser instantanément. Les discontinuités n’existant pas dans la physique générale, il y aura donc toujours un régime transitoire (négligeable ou pas).
Le rôle de l’embrayage est justement de permettre de coupler le moteur avec les roues grâce à ce régime transitoire qui se déroule comme ceci :

- La pédale est relâchée brusquement (disons pour un burn), les ressorts de l’embrayage appliquent une force de pression sur les disques.
- Les disques entrent en contact, avec un glissement initial total (les disques moteurs tournent alors que les disques boite sont à l’arrêt).
- L’embrayage transmet alors un couple proportionnel à la force de serrage des ressorts via le coefficient de frottement dynamique entre les disques (formule assez simple, cf. wikipedia par ex.).
- Ce couple va mettre progressivement en mouvement la suite de la chaine de transmission (boite et roues), diminuant le glissement dans l’embrayage.
- Lorsque le glissement est suffisamment faible pour que le coefficient de frottement statique entre en jeu (loi de Coulomb), les disques se solidarisent (avec un transitoire négligeable) et le glissement devient nul. A cet instant, l’embrayage n’a plus d’influence sur la chaine de transmission.

L’embrayage permet donc de transférer progressivement la puissance du moteur vers les roues que cela soit pour arriver à vaincre le moment d’inertie de la voiture lorsque la pédale est relâchée progressivement (démarrage normal), ou bien pour vaincre les forces de frottement statique des pneus (burn) lorsque on applique directement la totalité de la force de pression des ressorts en relâchant brusquement la pédale.
Dans le premier cas, le couple transmit par l’embrayage augmente progressivement (la force de pression sur les disques augmente lorsqu’on relâche la pédale) alors que dans le second cas, la totalité du couple (transmissible par l’embrayage lorsque le glissement est total) est appliqué dès le début.

2) L’inertie du moteur (pistons, bielles, vilebrequin, volant d’inertie…) joue le rôle de tampon durant cette phase en s’opposant à la baisse de régime lié à la « consommation » du couple par l’embrayage.

Le moment d’inertie total « I » du moteur peut s’assimiler à un cylindre en rotation doté d’une certaine masse. Prenons une valeur arbitraire mais potentiellement plausible de 0.2 Kg.m² (ça doit pouvoir se trouver sur la doc du moteur)
L’énergie cinétique stockée par le moteur est exprimée par : Ec = 0.5*I*w² = 0.5*I*(RPM*2*Pi/60)²
Pour 6000 RPM, on a donc Ec = 40kJ. Ce qui n’est pas tout à fait négligeable.

Ce moment d’inertie s’oppose ainsi aux variations de vitesse :
Imaginons que tu ralentisses ton moteur de 6000 RPM à 4000 RPM, en un temps t = 0.2s. La puissance générée est égale à l’énergie correspondant à la variation de vitesse, divisée par le temps. Ici, la variation est de 2000 RPM, ce qui génère 4.3kJ en 0.2s, donc 22kW.
Ramenée à la nouvelle vitesse du moteur (4000 RPM), cela nous donne un couple de 52 N.m qui vient s’ajouter à celui produit par le fonctionnement du moteur.
La réciproque est également vraie, lorsque le moteur accélère, l’inertie vient réduire le couple produit.

L’influence du moment d’inertie du moteur dépend grandement du type de voiture, puisque sur les voitures sportives (voir très sportives, eg. F1), la puissance du moteur est telle qu’on va plutôt chercher à réduire l’inertie de manière à permettre des variations de régime très rapides.
Pour les voitures de tourisme, on va plutôt avoir tendance à l’augmenter (par le volant d’inertie), de manière à stabiliser le fonctionnement du moteur.

Dans ton cas, je pense que la principale cause de tes problèmes provient de l’absence de gestion du glissement de l’embrayage.

Un autre truc concernant la consommation :

L’essence apporte la puissance (chimique) au moteur qui la transforme en puissance mécanique (l’apport varie évidement selon l’ouverture du carburateur ou de l’injection).
Dans un monde idéal, le moteur pourrait ainsi fournir un couple très important à très bas régime ou un couple faible à haut régime en consommant la même quantité d’essence (de puissance).
En pratique, plus le moteur tourne vite, plus les frottements visqueux (du moteur lorsqu’on est au point mort, et principalement de l’air lorsqu’on roule) augmentent, et donc plus le moteur doit dépenser de la puissance pour les contrecarrer, d’où l’augmentation de la consommation.

Voila donc mon (humble) avis sur la question, en espérant que cela t’aide !

par Redeyed
14 avril 2010 à 14:26

Xfennec a dit :

Or, la puissance n’est que le résultat du produit du couple et de la vitesse de rotation du moteur. Enfin je crois [1]. Et dans la situation qui m’intéresse, c’est bien seulement le couple que je suis supposé donner en entrée de mon moteur ODE. Enfin, là encore, je crois.

Oui oui mais je parle d’autre chose en fait. Pour résumer, tant que l’embrayage n’est pas implémenté, on peut pas savoir si c’est normal que ça cale. Au lieu de donner tout le couple de suite essaie de le répartir sur plusieurs frames et regarde le résultat.

Plus le moteur tourne vite et plus la force du moteur sera répartie sur les frames suivantes AMHA. Si tu me demande pk exactement, j’en sais rien. Ca me parait bizarre que ce soit que le couple qu’il faille passer au moteur physique.

par ZeD
14 avril 2010 à 15:03

L’inertie tient tant du domaine dynamique que statique, l’embrayage à pour utilité “d’égaliser” les différentes inerties du système, à savoir :

- L’inertie dynamique du moteur
- L’inertie statique de la chaine arbre de transmission & roues

Une fois l’inertie égalisée, le couple propre du moteur est utilisé pour emporter le système de transmission à sa vitesse nominale. L’accélération “consomme” l’énergie du moteur. L’accélération est donc à prendre en compte dans ton calcul de puissance.

par ultr4
14 avril 2010 à 15:08

Bah ca vient de ca, c’est évident. Ta puissance globale est fonction de ton couple et de tes RPM. Donc pédale a fond a couple a peu pres constant sur un moteur ta puissance augmente donc ton energie aussi (energie = puissance x temps).
Du coup tu fais patiner ton embrayage pourquoi?
Parceque a bas régime tu as du couple, mais pas de vitesse, donc pas assez de puissance pour ne pas caller (a cause du couple nécessaire aux roues pour faire bouger l’engin, frottements, etc.).
Si t’envoies le tout a plein régime, tu peux effectivement relacher ton embrayage d’un coup tu n’auras pas de problemes (Et encore, si l’embrayage empeche un patinage intrinseque qui ammenerai progressivement le deuxieme disque a vitesse du disque moteur (sans action sur le levier d’embrayage) tu callerai a coup sur)

Prend l’exemple d’une boite auto. Les boites auto entrée de gamme on une plage de patinage très grande (et ca avait tendance a enormement m’enerver sur une toyota lancer qu’on m’avait filé au taff, du coup j’lai dégagé parceque quand j’enfoncais l’accel, un rapport tombait mais le moteur patinait longtemps avant de “prendre” :/ ).

Par contre une fois a pleine vitesse, ce probleme n’existe plus car la conception des boites etant ce quelle est l’embrayage n’a a récuperer un differentiel de RPM que de l’ordre de 4-800 rpm.
Alors que a l’arret ce différentiel se situe autour de 2000 - 2500 rpm…
vois tu le probleme?

C’est quelques piste qui me viennent en vrac. Je suis pas un spécialiste moteur, mais j’ai un peu se genre de probleme sur des embrayages hydrauliques de machines tournantes en industrie :).

Bonne chance en tout cas !

par Xfennec
14 avril 2010 à 15:14

skaven : Oui et non. Je modifie mon code et recompile très régulièrement. Mais cette compilation est pour ainsi dire instantanée (99% du code est dans une lib partagée : Raydium), il m’est facile de laisser le monde “en l’état” d’un lancement sur l’autre avec les replays que proposent le moteur, j’ai accès à une console qui me permet de modifier les variables qui m’intéressent, et surtout j’utilise Linux (tu es au courant je crois, non ? :) qui me laisse un très grande liberté d’interaction entre mon appli et mon shell (donc mes outils, mon éditeur de code, …). Par exemple, les graphs que je montrent sur les derniers articles sortent directement des applis : un printf(”%f %f %f …”) et hop, avec gnuplot, ça me trace des graphs en temps réel, me remonte des stats dans mon éditeur texte, …

J’adore :) Alors après, c’est sûr que c’est autrement plus “roots” qu’un SDK tout scriptable, avec éditeur de graph et tout hein.

par pomme
14 avril 2010 à 15:32

pour ton probleme de callage en 1ere qu’il y a un multiplicateur/diviseur (comme les vélos, pignon/plateau). Là j’ai l’impression que tu essaies de démarrer en 5eme et c’est normal que tu calles…
Au passage, je te conseille plutôt de te caller sur Iracing(et les simus papyrus)/RBR/Netkar pour le realisme et le feeling, et les rapports de boite. J’ai un gros probleme avec rfactor (il a une gestion du train avant bizarre au ressenti)

Sinon, ce n’est pas décrit dans phor de Brian Beckman? http://phors.locost7.info/contents.htm

par skaven
14 avril 2010 à 16:22

gnuplot…je me disais bien aussi que pour etre aussi repoussant, ces graphs devaient êtres fait par un soft datant de 1995/1996.

par Xfennec
14 avril 2010 à 17:15

skaven : N’importe quoi …

G N U P L O T
Version 4.2 patchlevel 4
System: Linux 2.6.31.5-desktop586-1mnb
Copyright (C) 1986 - 1993, 1998, 2004, 2007, 2008

14 avril 2010 à 19:28

DindonPoilu a dit :
“Pour moi si un moteur consomme plus d’essence dans les hauts régimes, c’est parce qu’il tourne plus vite”
J’y connais rien en mécanique et je suis ptet hors sujet, mais un jour qqu’un qui s’y connait m’a expliqué que la consommation de carburant ne dépend pas des RPM mais du degré d’enfoncement de la pédale d’accélérateur.

L’accélérateur commande la quantité de carburant que tu vas injecter, c’est un fait. Mais il ne faut pas non plus oublier qu’à 3000 RPM, tu injectes du carburant dans ton cylindre 3 fois plus souvent qu’à 1000RPM.

par lythaniel
14 avril 2010 à 19:42

En fait tu vas chercher un peu trop compliqué. C’est juste un probléme d’inertie. La loi de newton donne que l’accéleration est egale a la force appliqué divisé par la masse. D’autre part, l’accéleration est la dérivé de la vitesse c’est a dire la variation de vitesse. Vu que la vitesse initiale est nulle, l’acceleration theorique nécessaire est infinie (en fait cela est partiellement compensé par l’inertie du moteur heureusement). Du coup au moment du démarrage le couple nécéssaire est trés important mais pendant un temps trés court, l’embrayage permet de faire cette transition.

14 avril 2010 à 20:05

Excellent post, tu t’y connais autant en mécanique, qu’en physique, qu’en programmation, respect.

Par contre je ne suis pas autant “calé” sur le sujet, mais si j’ai bien saisi, la principale différence entre le fait que si au ralenti on relâche l’embrayage d’un coup sans accélérer, le moteur cale, et que si on accélère comme un cochon et que le moteur ne cale pas, c’est peut être tout simplement parce que les roues patinent, et que donc la puissance requise pour faire avancer un véhicule d’un tonne n’en est que réduite puisque la voiture patine, les roues tournent, donc le moteur ne cale pas, mais la puissance requise pour déplacer cette tonne est moindre puisque l’adhérence n’est plus assurée.

Voilà ça me parait logique, mais bon, peut être que ce n’est pas le sujet.

par Wanou
14 avril 2010 à 21:20

Et bien !
Bon, déjà, moi, il y a deux points qui me chiffonnent:
1) tu sembles ignorer (ou omettre volontairement) que dans un moteur standard, tu as un volant, et que ce volant est là pour une bonne raison: pour te donner du couple.
Sur un moteur de compétition, tu vas effectivement monter dans les tours pour augmenter l’inertie du moteur liée au volant.
Tu as donc, lorsque le moteur n’est pas en prise, bien plus de ‘couple’ disponible que lorsque tu es en prise.
2) sur les rapports de boites.
Je ne sais pas si tu sais qu’une première, ca tire super court.
A titre d’exemple, le rapport de boite de premiere pour un Touran (la doc que j’ai sous la main):
0,0726 (il ne faut pas oublier le couple réducteur)
Soit 8.29 km/h par 1000 tr.
Et meme la 6e n’est qu’à 0.3782. On est TRES loin d’un rapport de 1:1 !
En 6e, 1000tr/min = 43.75 km/h.
On obtient bien sa vitesse max à 4500rpm, soit 500 tours avant la zone rouge.

par NZN
14 avril 2010 à 23:32

Quand tu apprends à conduire pour la première fois sur une essence tu cales obligatoirement si tu fais pas patiné suffisamment l’embrayage…si on pouvait se passé de l’embrayage ça fais longtemps qu’il n’y en aurait plus sur les voitures d’aujourd’hui. Bravo pour tout le boulot déjà accompli!!

par Cyric
15 avril 2010 à 9:49

Petite précision sans doute utile, vu que tu suppose le principe de fonctionnement de l’embrayage.
Le principe est la mise en contact de deux disque à friction, l’un lié à l’arbre moteur l’autre lié à l’arbre de transmission (enfin vers les roues). La mise en contact progressive de ces deux disques va transmettre progressivement le couple du moteur vers les roues. Et vice-versa le moteur ne se voit pas brusquement solidarisé avec un élément fixe, il se voit juste appliqué progressivement un couple résistant.
La loi représentant le couple transmis est (relativement, y’a ni sinus ni autres choses sympathiques) “simple”, celle sur wikipédia est la même que celle que j’ai vu en cours (je peux toujours te fournir un lien vers les transparents relatifs à l’embrayage) elle dérive de la loi de frottement sec.

En lisant ton article j’ai l’impression que tu lies directement le moteur à la roue (via la boite de démultiplication) à l’instant t, que tu applique à la roue le couple disponible à la vitesse du moteur. En t+1, après intégration, tu regardes la vitesse des roues, calcul la vitesse du moteur et en déduis le couple transmissible du moteur vers les roues en t+1. Et vu la vitesse comme tu dis le moteur cale. Essaye sans doute avec un timestep beaucoup plus grand (1s? pour tester) même si ce n’est pas utilisable pour jouer, ça donnera sans doute assez de vitesse à la voiture pour avoir une vitesse minimum au moteur (j’entends par là qu’il ne cale plus).

Bon ça soulève (probablement) une autre question: comment le régime moteur va-t-il évoluer (en couple/vitesse) si on lui applique un couple résistant… Et là je ne sais pas (j’ai cru voir des graphes à ce sujet mais je devais dormir à ce cours).

Sur la deuxième piste, je ne suis pas trop sûr. Le volant moteur est certes présent pour rajouter de l’inertie au moteur, mais son rôle (principale) est de lisser la vitesse angulaire du moteur sur un cycle. Maintenant il joue sans doute un rôle dans ce cas aussi, à nouveau je ne sais pas.

Bon courage

par Alpha
15 avril 2010 à 10:12

Ma version à moi :
le résistance de roulement dépend de la vitesse (fonction affine de la vitesse) or comme tu l’as montré, le couple développé ne dépend que peu de la vitesse(une constante en gros). Ainsi en demandant une trop grande vitesse il arrive un moment où le couple fournit n’est plus suffisant pour faire bouger tes roues et tu cales.

par meca
15 avril 2010 à 10:15

Je passais par là (lien nofrag) et j’ai vu les discutions sur “pourquoi ça cale ?” j’ai quelques connaissances qui j’espère permettra de compléter les propos de redeyed et iron_morno, qui font de bonne références au temps et à l’énergie.

Ton problème est un problème dynamique et non statique. Le paramètre temps est fondamentale. Tu sais que la masse par l’accélération est homogène à une force. donc pour résumer, si tu considère un embrayage qui devient solidaire instantanément, cela te donne une force infinie (bien sûr le moteur ne peut pas fournir une telle force).

Remarque ça arrive à tout le monde d’oublier qu’on était en première et pas au point mort et de relâcher l’embrayage, on voit bien que la voiture fait un bon un peu violent en avant c’est la dissipation de l’énergie cinétique du moteur dans les roue en un temps très court.

L’intérêt de l’embrayage est de moduler la charge à la sortie du moteur. L’embrayage ne peut transmettre (et donc imposer à l’arbre moteur) seulement une force dépendante des forces de friction.

Cela permet d’apporter de l’énergie cinétique à la voiture “doucement”. La puissance est la dérivé dans le temps de l’énergie. transfert rapide d’énergie = puissance énorme.

Le problème du calage, c’est un transfert d’énergie cinétique trop rapide, le moteur perd toutes son énergie cinétique, donc son régime tombe (Ec=0.5mv²) et sous un certain seuil, il cale.
En augmentant le régime, t’accrois l’énergie cinétique du moteur et de manière moins significative son énergie de travail disponible (augmentation du couple). Ce qui te permet un transfert d’énergie entre le moteur et les roues plus rapides (parce que t’as plus de “réserve” dans le moteur.

19 avril 2010 à 19:03

Horrible l’inscription à NoFrag, je t’avais préparé une réponse de fou y’a une semaine… enfin bon

je vais essayer de résumer les principaux éléments.

Concernant tes pistes, oui oui et re oui !!! les deux sont très important et complémentaire.

Alors l’inertie du moteur
Avant la transmission il y a normalement un volant d’inertie (un gros disque qui emmagasine

l’énergie cinétique) je pense qu’on peut faire l’hypothèse que l’inertie du moteur est égale à

l’inertie de ce volant. Donc renseigne toi sur leur poids et dimension ensuite pour les formules

google “moment d’inertie”.

J’ai bien réfléchie au pourquoi du comment un moteur cale, et j’en ai parlé à des collègues on est plutôt d’accord sur l’hypothèse suivante. Le moteur cale quand son niveau d’énergie passe sous une certaine valeur seuil. Ce niveau d’énergie est égale à son énergie cinétique (peut-être faut-il ajouté l’énergie de travail développé par le moteur, mais c’est un peu bancale au niveau équation, à méditer).

Ensuite l’embrayage permet de réguler le “débit” d’énergie transféré aux roues. de 0% à 100% selon comment t’appuie dessus.

(petit rappel quand les roues patines l’effort est moindre que lorsque tu tire dessus à fond sans

patiné, principe de l’abs, et l’effort resistif lorsqu’elle patinent est constant, à l’inverse lorsqu’elle ne patine elle dépende de l’accélération et de la masse de la voiture (c’est évident))

L’idée au démarrage tu est débrayé, 0% de l’énergie moteur passe dans les roues. Lorsque tu

embrayes, on va dire à 50%, pour l’exemple, tu transferts ton énergie dans les roues “petit à petit” l’énergie cinétique moteur décroit, si celle ci passe sous le seuil limite , tu cales, sinon non et la voiture avance. Pour faire patiner les roues au démarrage, il faut envoyer assez de purée dans les roues sans pour autant mangé tout l’énergie moteur disponible. C’est donc un jeu entre l’énergie moteur qui va dépendre de l’accélérateur, et le coefficient de transmission qui va dépendre de l’embrayage, comme dans la vrai vie.

Autre piste pour l’étude de l’embrayage, je viens d’y penser à l’instant, passer par des méthodes du traitement su signal. Dans ce cas là l’embrayage serait un filtre passe bas avec une valeur variant selon comment la pédale d’embrayage est enfoncé.

Bon c’est peu confus encore, mais si y’a des trucs qui te sembles exploitable, je veux bien y penser encore :)

par Xfennec
20 avril 2010 à 10:13

Mes excuses aux auteurs de la 15aine de commentaires non validés que Wordpress avait rangé en “indésirables”, d’autant que certaines interventions sont très intéressantes.

Je reviendrais sur tout ça, merci à tous.

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