Optimiser une caisse à savon

[invite3e67d1f2]

bonjour,
une caisse à savon est une petite voiture de course sans moteur qui s'utilise en course de descente chronométrée. Le sol est evidemment inégal , en pente variable, il y a des virages , et la vitesse moyenne de descente est de l'ordre de 30 à 40 km/h. La masse actuelle voiture plus pilote (ma petite fille!) est de 90 kg
je m'interroge sur l'opportunité de lester cette voiture pour obtenir de meilleures performances.
Les avis sont partagés mais je ne vois guère d'avis scientifique ou argumenté.
Je fais un rapide bilan des forces en jeu:
-le poids de la caisse plus pilote
-la réaction du sol
-les forces de frottement mécanique des pneus, roulements (j'imagine qu'elles sont proportionnelles à la vitesse )
-force de résitance aérodynamique (elle doit être proportionnelle au carré de la vitesse)

pouvez vous m'aider à sur les points suivants:

y a t il d'autres forces significatives en jeu?

si j'augmente la masse jusqu'au maximum autorisé (130 kg) les resistances de frottement augmenteront elles dans la même proportion que la composante horizontale qui tend a faire avancer le véhicule.

merci d'avance de vos avis

[invite3d779cae]

Les frottement fluides, sont proportionnel a la vitesse, les forces de frottement mécaniques elles sont constante par rapport a la vitesse.

En toute logique si l'ajout de poids ne change ni la forme si la surface de la voiture, les frottements fluides seront les même mais les frottement mecanique augmenteront.

[invite3e67d1f2]

Les frottement fluides, sont proportionnel a la vitesse, les forces de frottement mécaniques elles sont constante par rapport a la vitesse.

En toute logique si l'ajout de poids ne change ni la forme si la surface de la voiture, les frottements fluides seront les même mais les frottement mecanique augmenteront.

si je suis votre raisonnement il y aura un gain en vitesse sur la fraction frottement fluide? celle qui corespond a la lubrification des roulement peut être. le frottement des pneus resterait constant (au bémol de leur écrasement qui est très faible : gonflage à 5 kg/cm2)

[inviteca6ab349]

Bonjour,

je crois que toutes les forces importantes sont la.

Si les roulements sont de bonne qualite (roulement a bille), je pense que l'augmentation des frottements est negligeable. Par contre, la pente etant faible (j'ose esperer pour la survie de votre petite fille que la pente n'est pas de 45°), je ne suis pas convaincu que l'augmentation de masse apporte vraiment... de plus, il faut faire attention de garder de la « manoeuvrabilite » pour les courbes

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitec215aece]

Frottement aéro proportionnel au caré de la vitesse.

Frottements mécaniques, proportionnels à la vitesse, mais effectivement au poids aussi...
via les pneus.

Augmenter le poids, va donc augmenter le potentiel d'accélération en pente, mais il faudra ensuite bien gérer la difficulté de gérer l'adhérence différente, la répartition avant/arrière des masses, le freinage etc...

C'est en fait assez compliqué, puisqu'on travaille dans des domaines poids/vitesse très différents de l'automobile.
C'est aussi très différent du cyclisme à cause de la compacité de la caisse à savon et de sa meilleure stabilité (au moins 3 roues, plus souvent 4)

A votre niveau, il faudrait pouvoir commencer par une pente de référence ou vous auriez la possibilité de mesurer la différence d'accélération apportée par une masse suplémentaire.
Ensuite comparer avec différentes pressions de pneus, voir pouvoir changer de pneus.

une fois que vous avez établi ces essais, il faudrait aussi pouvoir comparer la manoeuvrabilité en courbe. l'idéal serait un courbe très large... pour pouvoir faire exprès de passer bien à l'interieur et tenter de déterminer le moment ou la caisse à savon tire tout droit.

etc...

[invite3d779cae]

Frottement aéro proportionnel au caré de la vitesse....

Pourtant les frottemens fluides sont toujours de la forme :
F=kv, non ??

[invite3e67d1f2]

Pourtant les frottemens fluides sont toujours de la forme :
F=kv, non ??

en aérodynamique, en régime d'écoulement turbulent (on y est en plein..) la résitance à l'avancement est proportionnelle au carré de la vitesse.
pour le reste je suis beaucoup moins sur de moi...

[invite3d779cae]

En fait j'ai trouvé ca :

-pour des vitesses V "faibles", les frottements fluides sont proportionnels à V
-pour des vitesses "plus élevées", ils sont proportionnels à V1,4
-enfin, pour des vitesses "très importantes", les frottements fluides sont proportionnels à V2

sur :

http://culturesciencesphysique.ens-l..._class/MecaFlu

[invite3e67d1f2]

En fait j'ai trouvé ca :

-pour des vitesses V "faibles", les frottements fluides sont proportionnels à V
-pour des vitesses "plus élevées", ils sont proportionnels à V1,4
-enfin, pour des vitesses "très importantes", les frottements fluides sont proportionnels à V2

sur :

http://culturesciencesphysique.ens-l..._class/MecaFlu

je n'ai pas de souci coté aerodynamique (je me pencherai dessus dans un deuxième temps), le nombre de Reynolds est supérieur à 2400 dès que la caisse a fait quelques mètres.
Ce qui me tracasse c'est la partie mécanique, et ma question demeure : a t on intérêt à lester le véhicule pour aller plus vite, toute considération de tenue de route mise a part?

[invited9d78a37]

une question: il ya til des virages dans le circuit?
car si la boite a savon est assez haute et qu'on leste un peu plus, ta petite fille ne verra sans doute pas le virage, par experience avec un cady et trois personnes al 'interieur, on a beau s'etre penchés, on a gouté au bitume.
en lestant tu augmentes l'inertie donc il faudra rabaisser la boite a savon pour baisser son centre d'inertie.

[invite3e67d1f2]

une question: il ya til des virages dans le circuit?
car si la boite a savon est assez haute et qu'on leste un peu plus, ta petite fille ne verra sans doute pas le virage, par experience avec un cady et trois personnes al 'interieur, on a beau s'etre penchés, on a gouté au bitume.
en lestant tu augmentes l'inertie donc il faudra rabaisser la boite a savon pour baisser son centre d'inertie.

ne vous inquiétez pas pour elle! elle pilote plutôt bien...
Le lest c'est des barres d'acier solidement fixées sur le plancher. J'ai réglé la garde au sol au minimum permis par le réglement c'est à dire 35 mm et tout le lest que j'ajouterai abaissera le centre de gravité.
Quant au circuit c'est evidemment une succession de virages vicieux avec des dévers et des bosses, heureusement les bords sont généreusements garnis de bottes de paille. Pour vous décrire le véhicule: imaginez plutôt une petite formule 1 qu'une caisse en planches disjointes. La différence entre les concurrents rapides et ceux qui sont lents se fait plus par le pilotage que par le matériel , mais les dernières secondes à "gratter" pour grapiller les places du podium sont dures à gagner.
je crains finalement d'être obligé de recourir a des tests sur une pente étalon pour valider les solutions....

[invitec215aece]

je crains finalement d'être obligé de recourir a des tests sur une pente étalon pour valider les solutions....

je pense que c'est ce qui est le plus accessible immédiatement.

je me doute que vous avez pu parcourir des fora sur le sujet, tant francophones qu'anglphones (et autres peut-être)

la composante projetée du poids sur la pente, est une force d'accélération bien utile, donc il est interressant de pouvoir s'approcher du poids maxi autorisé, s'il ne réduit pas les autres capacité du véhicule.

@+

[invite3e67d1f2]

je pense que c'est ce qui est le plus accessible immédiatement.

je me doute que vous avez pu parcourir des fora sur le sujet, tant francophones qu'anglphones (et autres peut-être)

la composante projetée du poids sur la pente, est une force d'accélération bien utile, donc il est interressant de pouvoir s'approcher du poids maxi autorisé, s'il ne réduit pas les autres capacité du véhicule.

@+

je n'ai rien trouve sur les fora divers.
La composante utile est elle contrée par l'augmentation des frottements???

[invite3e67d1f2]

PS en pièce jointe une Caisse à savon qui a une vague ressemblance avec celle de ma fille...

[invite3e67d1f2]

Frottement aéro proportionnel au caré de la vitesse.

Frottements mécaniques, proportionnels à la vitesse, mais effectivement au poids aussi...
via les pneus.

Augmenter le poids, va donc augmenter le potentiel d'accélération en pente, mais il faudra ensuite bien gérer la difficulté de gérer l'adhérence différente, la répartition avant/arrière des masses, le freinage etc...

C'est en fait assez compliqué, puisqu'on travaille dans des domaines poids/vitesse très différents de l'automobile.
C'est aussi très différent du cyclisme à cause de la compacité de la caisse à savon et de sa meilleure stabilité (au moins 3 roues, plus souvent 4)

A votre niveau, il faudrait pouvoir commencer par une pente de référence ou vous auriez la possibilité de mesurer la différence d'accélération apportée par une masse suplémentaire.
Ensuite comparer avec différentes pressions de pneus, voir pouvoir changer de pneus.

une fois que vous avez établi ces essais, il faudrait aussi pouvoir comparer la manoeuvrabilité en courbe. l'idéal serait un courbe très large... pour pouvoir faire exprès de passer bien à l'interieur et tenter de déterminer le moment ou la caisse à savon tire tout droit.

etc...

moi je trouve qu'on est assez proche de l'automobile: 100 kg, vitesse environ à 60 km/h
Je fixe certains paramètres: pression des pneus constante à 5 kg/cm2 charge au centre de gravité pour rechercher un comportement neutre en courbe.
Bien sur la méthode expérimentale est excellente encore faut il disposer d'un circuit d'essai privé (la caisse a savon est hors la loi dans nos cités) mais j'aurais aimé isoler chaque paramètre et c'est assez compliqué....
PS pour vous rassurer la caisse a 4 roues ,des freins indépendants très puissants , un arceau de sécurité et un harnais solide. Ma fille ne conduit qu'avec une combianaison intégrale , un casque intégral et une minerve...

[invite1da68b5e]

salut
je voulait savoir ou il y a des course de caisse a savon dans les Ardenne?
merci de vos reponce.

[invite0324077b]

le poid dans les roue est mauvais car ca n'a pas plus d'effet moteur que si il est ailleur et ca a plus d'effet d'inertie : donc ca diminue l'acceleration et ca fait plus d'energie a dissiper au freinage

dans une caisse a savon ou une bonne voiture on peut considerer les roulement comme presque parfait : ce n'est pas la qu'il faut chercher

l'energie perdue dans les pneu est peut etre proportionelle au poid mais pas plus
donc le poid n'aura pas d'inconvenient

par contre la resistance aero dynamique est absolument indepandante du poid donc augmenter le poid ne peut etre que profitable

autre avantage le poid doit etre ajouté le plus bas possible donc diminuer la hauteur du centre de gravité et ameliorer la tenue de route donc ameliorer la vitesse aceptable en virage et diminuer les coup de frein neccessaire

la seule contre indication a l'augmentation de poid serais un manque de rigidité du chassis ou des pieces importantes qui diminurait la tenue de route et diminurai la confiance du pilote

donc si il faut augmenter le poid plutot que de mettre un simple contrepoid il vaut mieux renforcer lourdement des pieces utiles a la tenue de route

[invite0324077b]

une idée qui peut etre utile si la piste est accidenté et que des suspension sont utile : des suspensions sans amortisseurs sont mauvaise pour la tenue de route , mais les amortisseurs dissipent de l'energie a chaque bosse donc diminuent la vitesse : un tape cul descend plus vite

il faudrais inventer des amortisseur debrayable qui laissent la suspension se balancer dans les ligne droite et qui ne devienent efficace que quand on presse sur une pedale pour ameliorer la tenue de route dans les virages

[invite1da68b5e]

quelle est la taille (longueur) d'une caisse a savon car j'ai un chassis tres simple de 157.5cmen longueur. Cette taille est elle bonne? Faut'il que je le racourcise? (c'est une caisse a savon 2 place).

[invite3e67d1f2]

Bonjour, voici la réglementation de la fédération française pour la compétition dans toutes les catégories. Il faut prendre en compte de nombreux points qui concernent surtout la sécurité, car les chocs peuvent être violents....

http://caisses-a-savon-lyonnais.com/download.php?lng=fr

[cedbont]

Bonjour,
j'ai lu les messages précédents et il y a des choses qui me "choquent", d'autres qui sont intéressantes.

Tout d'abord, au vu des écarts en temps cités entre les premiers de chaque course, il est clair que c'est le pilotage qui est à travailler en premier. Il va falloir regarder quelques courses pour apprendre les trajectoires et surtout anticiper plus qu'un virage pour ne pas se retrouver en difficulté dans la deuxième moitié d'un enchaînement, ce qui te pénaliserait en vitesse dans la prochaine ligne droite etc. La reconnaissance serait certainement très utile. Mais ça devrait être très rapide.

Ensuite, il faut se concentrer sur les suspensions, parce que je me verrais mal dans une descente bosselée avec une voiture très rigide. Privilégie un train avant plus souple parce qu'aux faibles vitesses évoquées, c'est à mon avis plus de sous-virage dont elle souffre. Elle se sentira beaucoup plus à l'aise.

Enfin, il y a l'augmentation de la masse et la réduction du maître couple S.Cx. Un des premiers intervenants a eu une remarque plutôt juste : pour des faibles pentes, à faible vitesse, mieux vaut privilégier la réduction des masses. Dans tous les autres cas (attention, sauf si le circuit est très sinueux et surtout sans suspension !), l'augmentation de la masse sera un gain, car pour une même accélération due au poids, pour une variation relative de la résistance au roulement négligée, l'accélération due aux frottements de l'air sera plus faible. De plus, il te faut améliorer l'aérodynamisme du "bolide", mais je ne pense pas que cela soit aisé, s'il s'agit d'une monocoque.

PS : pour les roulements, leur influence est négligeable s'ils sont bien entretenus, mais tu devrais plutôt monter serrées les bagues intérieures (les bagues tournant par rapport à la direction de la charge sont montées serrées) pour une usure moindre.
L'idée d'augmenter la masse des roues est pour moi très mauvaise (perte d'adhérence dans les zones de freinage ou de virage bosselées), tout comme celle de l'élévation du centre de gravité (risque de renversement, roues extérieures plus sollicitées en virage, roues avant plus sollicitées au freinage, d'où une adhérence plus faible).

[polo974]

L'autre jour, je descendais tranquillement en vélo (roues de 700 bien gonflées) une côte de l'ordre de 3 à 7% suivant les endroits. Je me suis fait allègrement graté par un vélo équipé de roues de 20 pouces mais chargé par 4 (oui, quatre...) ados.
Alors que je sème mes filles (roues de 700 mais poids plume) dans les même conditions c'est à dire en roue libre...

La différence se fait sur la trainée aérodynamique.

Les roues doivent être aussi légère que possible, car leur centre de gravité est plus haut que la position possible du lest. L'énergie stockée est proportionnelle au carré de la vitesse, tout comme les autres masses du véhicule, qui elles peuvent être suspendues.

Aérodynamique, donc:

Un tube rond traine 5 fois plus qu'un profil de même épaisseur mais 3 à 5 fois plus long (arceau de sécu par ex habillé d'un profil).

Le règlement ne dit rien sur l'usage de surfaces portantes mobiles pour les caisses à savon. Donc profiler les fusées et rendre ça relevable au freinage ou virage pour augmenter l'appui...

[invite1ffa3894]

bonjour si tu a une caisse comme celle de la photo tu a surement entendu parler d'un bobcar noir appellé rasta rocket (pour la petite histoire a cleurie
au championnat de france 2006 je rendais 35 kilos a la pesé la pente était relativement forte et si tu est au courant des résultats aucun pilote ne ma pris une seule manche des tonnes de chose rentre en compte la pente la répartission des masses sur ta caisse le plus proche possible de l'équilibre parfait ou alors un leger surpoids a l'ariérre mais cela varie aussi avec le style de pilotage de ta petite fille si elle est insisive ou plutot cool les seule pour moi qui peuve se permetre le poids total sont les caisses avec de vraie amortisseur réglable ( type fournales ou autre ) donc la seule vérité se trouve dans ta recherche de l'équilibre parfait de tout ses parametre bonne et a plus
au faite pour le 30 a 40 km/h tu peut revoir a la hausse sur beaucoup de piste par chez nous (franche comté)