Pneumatiques vélo tricycle et quadricycle

From Communauté de la Fabrique des Mobilités



Image :

Pneu quadri.jpg

Description en une ligne : Pour les pneus, il y a un choix cornélien entre coefficient de roulement et l’adhérence qui est effectué par les constructeurs de pneumatique pour ces clients, il y a aussi le confort.

Description :

Le coefficient de Roulement Cr

Le Cr, coefficient de roulement des pneus, est de 0.006 pour le meilleur pneu standard. Mais, les constructeurs ne donnent pas souvent leurs valeurs pour faire des choix judicieux. le pneu peut etre choisi aussi pour le confort (amortissement de la route)

un site permet de faire la comparaison entre nombreux pneus mais les test du coefficient résistif sont effectués sur un plaque d'aluminium, donc ne correspond aux différents types de routes (lisses, granuleuses...)

Ce document de Michelin donne des informations générales sur l'adhérence des pneumatiques.

équation du coefficient résistif Cr et puissance à fournir :

  • Force resistive (N) = M.g.Cr                                
  • Puissance résistante (W) = Force resistive (N).Vit (km/h)/3.6

Avec Masse totale=100kg, donc 50kg par roue, si le centre de gravité est au milieu et Cr=0.006 alors  Force resistive N=6N à 45km/h la puissance perdue sera de 75W.

La puissance resistive des pneus differents entre l'avant et l'arriere

la puissance = (Cr*Masse roue avant+Cr*Masse roue arriere)*vitesse(m/s)*g=>Cr*Masse totale*vitesse*g

Le coefficient Cr des pneus peut être mesuré par le test suivant :

Lancer sur du plat, le véhicule à 15 km/h maximum pour négliger les forces résistantes aérodynamique, puis laisser votre véhicule s’arrêter en roue libre. En déduire le coefficient Cr avec l’équation suivante :

Formule1.jpg

  • une erreur de +1 km/h donne une erreur de de 13.7%, sur la valeur du Cr
  • une erreur de -1km/h donne une erreur de -12% sur la valeur du Cr
  • une erreur de 1 m sur une distance de 50m donne une erreur de 2% sur la valeur du Cr
  • une erreur de 1 m sur une distance de 90m donne une erreur de 1.1% sur la valeur du Cr

c'est pour cela qu'il faut faire 3 à 4 fois la décélération en roue libre

Par consequent, il est possible de faire une deceleration dans un sens, puis dans l'autre et de faire la moyenne de la distance d'arret dans les 2 sens.

une autre possibilité pour mesurer le Cr

il faut mesurer le temps de décélération à partir de plage de  la vitesse de 15km/h à 5 km/h.   (la plage peut etre 15km/h à 0km/h aussi)

Formule2.jpg

La précision de la mesure est inversement proportionnel à l’erreur sur le temps, et proportionnel à la mesure de vitesse initiale.

  • une erreur de 1km/h aura pour consequence une erreur de 10% sur Cr
  • une erreur de 1s sur un temps de 20s aura pour consequence une erreur de 4.7% sur Cr

si la route n'est pas plate, la pente va s'ajouter à la valeur de Cr comme pour l'équation suivante

Formule3.jpgLe Cr doit avoir une précision au millième prés. Une pente de 0.1m sur 40m provoque une erreur sur le Cr de 2.5 10^-3.

donc, il faut avoir une route bien plate ou faire la mesure dans les 2 sens.

Evidement, il y a les forces des roulements des moyeux de roues. Mais celle-ci sera négligée surtout si la masse de votre véhicule est importante. Il faudra faire plusieurs tests en fonction du type de revêtement. Ce coefficient va dépendre de la largeur du pneu, du type de la gomme, du dessin, du gonflage…

Il existe des pneus carrés avec flan dure pour les tricycles qui consomment moins d’énergies que des pneus ronds qui s’écrasent et qui ont donc plus de pertes. En effet, les tricycles ne se penchent pas dans les virages comme un bicycle. Il existe aussi des pneus radiaux encore plus durs, mais la tenue de route est difficile et ne permet pas d'avoir un bon freinage.

En général, Plus un pneu est large et plus  sa bande de roulement est importante donc plus il devrait consommé. Mais il existe des pneus large avec une forme triangulaire donc la bande roulement sera plus faible qu’un pneu rond. Cela dépend des armatures des flans du pneu.

Le Cr va dépendre surtout type du type de gomme et du nombre de TPI.

En 2016, le graphéne (feuille de carbone en cristal) aurait fortement permis de diminuer les pertes du aux pneus......

voici une synthese des essais et des pneus pour trykes et velomobiles pour le coefficient résistif

Tableau pneu1.jpg

si vous avez une mauvaise geometrie sur les pneus avant d'un trike

il y aura une consommation d'energie plus importante et vos pneus vont s'user très rapidement.

Exemple d’essai Pneu big apple gonflé à 3 bar (determination du coeifficient du roulement)

Arret en roue libre en  42m, tarret 20s que l'on peut observer sur la figure suivante. (bande de roulement 2cm)

Image pneu2.jpg

Force resistante roulement =130kg*142/2*42m*3.62=23N

Fr=M.dV/dt=130.(14-4)/((18-1).3,6)=21N equation plus precise

Puissance consommée à 14 km/h = 80W

Puissance = Fr.V=21*14/3.6=81W    

Cr=Fr/masse=21/130=0.16 N/kg

Coefficient de frottement du tableau 1

kf=Puissance/V(km/h)=80/14=5.7W/(km/h)=Fr/3.6=21/3.6    

Si Pneu big apple gonflé à 5.5 bar.

Arret en roue libre en 48m, tarret 25s, mais on perd de l’adherence et du confort dans l’amortissement de la route.

Exemple d’essai Marathon Racer gonflé à 4 bar.

Arret en roue libre en  82m, tarret 40s, que l'on peut observer sur la figure suivante (bande de roulement 0.8cm)

Image pneu3.jpg

Force resistante roulement =10N

Fr=M.dV/dt=130.(13-3)/((41-2).3,6)=9.3N

Puissance consommée à 14 km/h = 35W

Puissance = Fr.V=9.3*14/3.6=36W    

Cr=Fr/masse=9.3/130=0.07 N/kg

Coefficient de frottement

Kf=Puissance/V(km/h)=36/14=2.6W/(km/h)=Fr/3.6=9.3/3.6    

il y moins d’amortissement avec marathon racer  que le big apple , mais cela va encore.

L’adhérence des pneus sur la route est un élément crucial pour le freinage :

Il n’est pas facile de savoir pour quelle décélération le pneu va glisser et ne plus accrocher la route.

Pour connaitre l’adhérence des pneus, il faut bloquer les freins et tirer avec un peson ou un dynamomètre le véhicule pour connaitre la force résistante des pneus (en fonction du type de gomme, etat de surface de la route).

Cette force dépend de la masse du véhicule, donc, il faut faire l’essai avec le cycliste.

Mais il est possible d’utiliser une balance qui indiquera la force (un coussin entre le véhicule et le pousseur) et d’appuyer jusqu'à que le véhicule « décroche » et de définir une adhérence en fonction du poids du véhicule.

Faire l’essai sur route sèche et humide car à cause de la perte d’adhérence (blocage des roues), la distance de freinage est plus longue et il y a une perte de direction.

Tableau pneu4.jpg

Une faible pression (3.5 à 4 bar) permet :

  • lors du freinage que le pneu s’écrase et d’avoir une bande roulement plus importante au freinage donc une meilleure adhérence (distance d'arret plus court)
  • le coefficient de roulement va augmenter car il  y a plus de contact du pneu sur la chaussée (consommation plus importante)
  • d’avoir un amortissement relatif du à l’irrégularité de la route (confort)

La masse des chambres à air et des pneus :

Certains vont choisir des pneus légers avec moins de gomme, et moins d’armatures. Même constat pour les chambres à air. Exemple quantifié : pour les mêmes dimensions exemple 20*1.5, il y a des chambres à air qui pèse 100g et d’autres 190g. Par conséquent, il y a une épaisseur plus importante pour la deuxième donc il y a moins de risque de crevaison.

Marathon Shell

suivant une documentation de michelin qui a fabriqué des pneus, pour les challenge de l’eco marathon.

Avec un Cr=0.0013 avec des urban concept

http://toutsurlepneu.michelin.com/pneu-michelin-ultimate-energy

La figure suivante qui represente l’evolution de la distance pour une meme consommation 1KW.H :

l’equation est la suivante : Deplacement (km/1KW.H)=3600000joule/(massex9.81xCrx1000) Image pneu5.png

Site internet de la référence : http://velorizontal.1fr1.net/t18840-pneu-velo-adherence-et-coefficient-de-roulement

Tags : pneumatique, XD

Thème : Véhicules intermédiaires, eXtrême Défi, Vélo et Mobilités Actives

Organisations impliquées dans la ressource :

Référent : Arnaud sivert

Défi auquel répond le projet : L'extrême défi ADEME

Communauté d'intérêt : Communauté de l'extrême défi, Communauté Vélo et Mobilités Actives

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