Puissance des forces de frottement en voiture : exemple

Comparer les frottements solides aux frottements aérodynamiques pour une voiture permet de voir qu'en fonction de la vitesse, la proportion n'est pas du tout la même. Cet article illustre de façon numérique la puissance des forces de frottement et leurs importances respectives selon la vitesse.

Le but est ici de montrer à quel point les frottements aérodynamiques prennent de l'importance à haute vitesse.

puissance frottements aerodynamiques solide

Modélisation des frottements...

Frottements solides et aérodynamiques pour la voiture

puissance forces frottement voiture exemple 0

Il suffit du poids à vide et du SCx pour déterminer la puissance nécessaire en fonction de la vitesse ! Il s'agit ici d'une Laguna 1 2.0 essence.

Poids à vide de la voiture (Laguna) :

m = 1300kg

Coefficient aérodynamique Scx :

S.Cx = 0.648m² (donnée constructeur)

Expression des puissances

Puissance des frottements aérodynamiques

Pa : Pa = 1/2.ρ.S.Cx.v3

ρ : densité de l'air (dépend de la température. On utilise : 1,186kg par mètre cube à 25°C)

Puissance des frottements solides Ps :

Ps = m.g.k.v

Unités

vitesse : m/s,

puissances Pa et Ps : W.

Conversions des unités de puissance et vitesse : 1CV = 735.5W et 1m/s = 3.6km/h

Frottements solides et aérodynamiques à 10 km/h

Déterminons les valeurs des frottements solides et aérodynamiques à faible vitesse (10 km/h) et à 25°C (ce qui correspond à une densité de l'air de 1.186kg par mètre cube).

Puissance des frottements aérodynamiques Pa :

Pa = 0.5 x 1.186 x 0.648 x (10/3.6)3

Pa = 6.9W

Puissance des frottements solides Ps :

Pour la masse, on ajoute la masse du conducteur (70kg par exemple, d'où 1370kg total) :

Ps = (1300+70) x 9.81 x 0.015 x (10/3.6)

Le coefficient k vaut autour de 0,015 pour la plupart des véhicules. Il a été déterminé expérimentalement pour ce modèle (Laguna 1)

Ps = 560W

La puissance totale vaut la somme :

P = Pa + Ps = 567W

Les frottements solides sont prépondérants à 10 km/h (99% du total).

FROTTEMENTS SOLIDES ET AÉRODYNAMIQUES À 130 KM/H

Refaisons le même calcul pour une vitesse de 130km/h pour voir la répartition des frottements.

Pa = 18.1 kW

Ps = 7.28kW

En additionnant Pa et Ps, on obtient P :

P = 25.4kW (35CV)

A 130 km/h, les frottements aérodynamiques sont prépondérants (71% du total). Une puissance de 35CV est nécessaire pour rouler à 130 km/h en terrain plat. Pour rouler à 10 km/h en terrain plat, 567W sont nécessaires alors que pour maintenir 130 km/h, il faut 25.4 kW ! Cette valeur peut servir de repère pour la plupart des voitures. A titre indicatif, vu le rendement typiques des moteurs (25%), c'est alors une centaine de kW de chaleur dissipés dans l'environnement par le moteur et le déplacement même du véhicule.

frottements aerodynamiques solides voiture

Frottements aérodynamiques...

Une voiture qui roule à 250km/h dissipe de l'ordre du Mégawatt dans l'environnement !

Un cycliste développe une puissance d'environ 400W à 40km/h. Ci dessous, on prend conscience de l'ordre de grandeur des puissances dissipées par des appareils courants et une voiture typique à 130 km/h :

puissance forces frottement voiture exemple 1

Ordres de grandeurs de puissances dissipées par différents appareils

La voiture est probablement ce qu'on utilise quotidiennement et qui fait appel aux plus grandes puissances.

Dan14000
samedi 8 mars 2014 18:07

J'ai fait le calcul des 2 puissances en tenant compte des paramètres correspondant à mon véhicule (masse=1160Kg, SCx=0,65). Pour être à la vitesse maxi donnée pour mon véhicule, 190 Km/h, j'aurais besoin de 121 Kw, or ma 208 Peugeot n'en possède que 88. Comment cela se fait-il?

nina67 Nina67
mardi 11 mars 2014 07:17

Bonjour Dan14000, La puissance des frottements aérodynamiques vaut à 190km/h : Pa = 0.5 x 1.186 x 0.65 x (190/3.6)^3 = 56.7kW. La puissance des frottements solides vaut : Ps = (1160+70) x 9.81 x 0.015 x (10/3.6) = 9.6kW. Total : 56.7+9.6 = 66.3kW. Pour convertir en CV, il faut diviser par 0.736. On constate que la puissance du moteur est supérieure à la puissance obtenue par ce calcul. En effet, ce sont les pertes dans la transmission. Bien cordialement.

Dan14000
mercredi 12 mars 2014 15:08

Merci nina67, j'avais oublié de diviser par 2 la force aéro. J'aurais dû vérifier avant de ronchonner. J'avais déjà ajouté 70 Kg à la masse du véhicule. Toutefois, 21,7 Kw de moins que les données constructeur, ça fait beaucoup.! Personnellement, j'avais une démarche plus longue mais qui m'amenait à 85,3 Kw, mais une vitesse stabilisée demande moins d'effort même si à la vitesse maxi, la réserve de puissance s'évanouit. Je partais de la somme des forces, puis je multipliais par le rayon de la roue pour avoir le couple aux roues. Ensuite je tenais compte de la démultiplication (couple et rapport de BV), de la perte de rendement de la transmission ( 0,9), Il me restait à calculer la puissance par le produit du couple moteur obtenu et du régime en rad/s. Encore merci.

nina67 Nina67
mercredi 12 mars 2014 23:21

Bonsoir Dan14000, apparemment, vous possédez une autre méthode de calcul complémentaire de celle présentée ici. Pouvez vous la publier sous la forme d'astuce sur le site ? Vous pourrez aussi insérer quelques images pour illustrer et agrémenter votre écrit. Cordialement

Dan14000
jeudi 13 mars 2014 19:36

Bonsoir Nina67, c'est fait j'ai publié ma méthode cet après-midi. Par contre, je ne sais pas où c'est arrivé, je ne l'ai pas trouvé dans la liste. Si les réactions sont bonnes, je publierai des exemples en côte, voir avec une accélération.