Discussion autour de la physique
A l'arrêt tout va bien. En mouvement, tout se complique. Voilà le principal problème auquel est confronté tout corps en mouvement, il est lié aux lois impitoyables de la physique.
L'histoire technique du sport automobile, et en particulier des Grands Prix est reliée à l'invention et au développement des systèmes d'analyse des forces de déplacements subis par les voitures. Trois paramètres entrent dans l'équation des déplacements. La vitesse à laquelle le bolide est propulsé, l'accélération longitudinale et l'accélération transversale, le premier paramètre influant fortement sur les deux autres. Aux cinq principaux facteurs qui sont la puissance, le poids, l'adhérence des pneumatiques (coefficient et friction), la traînée et l'appui aérodynamique s'ajoute le phénomène d'inertie. La performance intrinsèque d'une voiture dépendra d'abord du 'package' embarqué sur la monture puis les ajustements dépendront de la piste sur laquelle on court.
Les six paramètres peuvent être modélisés sur un diagramme (Fig. 1) où on visualisera une surface propre à chaque voiture. Le challenge ensuite consistera à agrandir cette surface par le biais d'appendices divers tout le long de la saison.
Figure 1 - Un diagramme 'g-g' typique donnant la vitesse
Sur le diagramme nous visualisons l'accélération longitudinale contre l'accélération transversale. Pour comprendre la forme typique d'un diagramme 'g-g', il faut comprendre le fonctionnement en simultané du comportement physique du châssis, des suspensions, du moteur, de la transmission, des freins, des pneus et de l'aérodynamique ! La quadrature du cercle.
La forme du diagramme est composée d'une ellipse due aux frictions engendrées par la combinaison des forces latérales et longitudinales crées par les pneumatiques. Pour calculer les forces latérales maximum des quatre pneumatiques il est nécessaire de résumer le problème en calculant d'abord la charge verticale, la déportance en virage puis la force longitudinale créée par chaque pneumatique, laquelle dépendant de toutes les forces latérales. Il est évident que l'on utilisera un logiciel approprié pour résoudre le problème dans un temps raisonnable (le logiciel donnera qu'une idée générale, une tendance, du comportement réel de la voiture). L'obtention d'une telle ellipse est obtenue avec une trentaine de calculs plus ou moins complexes. Sur la Figure 2 nous avons une ellipse tronquée car ce diagramme caractérise une voiture à deux roues motrice. Pour un 4x4 il y aurait une ellipse entière.
En rajoutant la vitesse sur le diagramme 'g-g' par un axe Z on obtient un tronc de cône (Fig. 2.1) qui nous fait mieux comprendre l'influence de la vitesse.
Figure 2.1 - Le diagramme 'g-g V' |
Figure 2.2 - Le virage idéal |
Sur le diagramme 'g-g V' de la Figure 2.2 on a tracé les G idéaux subis par le pilote dans un virage. En théorie le pilote doit supporter toute la plage des G forces autorisées par sa voiture. A l'approche du virage le pilote va freiner au maximum en évitant de bloquer les pneus. Ceci est représenté entre les points A et B. Entre les points B et C, le pilote amorce le virage tout en décélérant progressivement. Cette partie du diagramme détermine la capacité de la voiture à aborder un virage. En générale à ce niveau la voiture est aux limites de l'adhérence représentée par le diagramme 'g-g V'. Entre les points C et E le pilote est dans le virage. Si tout se passe bien et que les réglages sont optimaux le virage devrait être passé suivant une trajectoire idéale en jouant avec l'accélérateur et le frein. Du point E à F le virage se termine. Il tourne de moins en moins et le pilote doit ré accélérer. Une fois la voiture dans l'axe de la prochaine droite il remet les gaz (point F à A).
Aujourd'hui toutes les aides au pilote telles que l'antipatinage et le différentiel adoucissent fortement les courbes du diagramme 'g-g V'.
Mais tout ceci reste malheureusement du domaine de la théorie. Toutes les équipes de Formule 1 essaient de s'en rapprocher. En pratique un diagramme 'g-g' ressemble plutôt à la Figure 2.3.
Figure 2.3 - Diagramme point 'g-g' réel obtenu en Formule 1
Une couleur pour chaque train de roue
Enfin pour montrer l'évolution de la Formule 1 voici un diagramme 'g-g V' (Fig. 2.4) superposant différentes Formule 1 de différentes époques.
Figure 2.4 - Diagramme 'g-g-V' montrant l'évolution de la Formule 1
Les diagrammes diffèrent énormément de la Mercedes W196 (Fig. 2.5) à la Ferrari F300 (Fig. 2.6).
Figure 2.5 - La Mercedes W196 de 1955 pilotée par Juan Manuel Fangio
Figure 2.6 - La Ferrari F300 de 1998 pilotée par Michael Schumacher
|
