L’homocinétique pour les nuls.

Résumé de l’homocinétique appliquée à la moto, et de la spécification fonctionnelle, pierre angulaire du développement du GECO.

Introduction

Rappelons nous déjà comment une moto conventionnelle (disons plutôt sportive) est construite: 2 roues, 1 cadre périmétrique, une fourche télescopique devant et un bras oscillant derrière. Au bout de tout ça 2 roues et au milieu un moteur.
La fourche possède un angle de chasse particulier*, qui défini sa maniabilité et sa stabilité: plus l’angle de chasse est réduit, plus la moto est maniable, mais moins elle est stable. Et vice-versa. Les motos sportives ont un angle de chasse d’environ 23/24º, ce qui donne un bon compromis entre stabilité et maniabilité.
Les bras oscillants ont des designs plus ou moins différents, le but étant d’obtenir un compromis correct pour être assez stable afin de réduire les variations angulaires: l’allonger limite les variations, mais impose de réduire l’encombrement du moteur pour ne pas trop allonger la moto (une moto courte tourne mieux). Plus le comportement est neutre, plus on a de traction sur la roue arrière.

Problématique

Maintenant, ce n’est pas parfait, et les différents compromis de conceptions génèrent des mouvements parasites, à la fois à l’avant mais aussi à l’arrière. L’avant est assez difficile a visualiser, mais les effets parasites à l’arrière sont plus connus: on les entend. Quand une moto accélère sur des bosses, on entend les variations de régime moteur.

Source: JBB vs Telesco https://youtu.be/R9i_xgwDayY

Source: JBB vs Telesco https://youtu.be/R9i_xgwDayY

Pour l’avant, le fait d’avoir une fourche télescopique avec un angle de chasse, et donc pas perpendiculaire au sol, fait que la roue avant recule par rapport à la moto lorsque la suspension s’enfonce (la roue se rapproche de la moto). De fait, la roue avant ralentit plus vite que le reste de la moto. Lors des freinages, cela entraîne des différences de couple de freinage, qui se répercutent sur le pneu avant, et peut faire « perdre l’avant ».

Autre inconvénient: à l’accélération, le manque de stabilité tend à faire guidonner les motos: c’est pour cette raison qu’on a inventé l’amortisseur de direction !

 

 

 

Gros freinage + centre de gravité trop haut

Gros freinage + centre de gravité trop haut

Dernier problème: une moto freine plutôt mal comparé à une voiture. Une F1 approche les 5G au freinage, et une moto aura du mal à dépasser les 2G. Pourquoi? L’aéro, les pneus, etc., mais surtout un centre de gravité qui est beaucoup plus haut placé sur une moto. Trop de frein et l’arrière se soulève jusqu’à passer par dessus le pilote.

 

 

 

Aussi, ce centre de gravité haut limite l’accélération possible, d’où les système anti-wheeling/traction control des motos sportives, qui coupent le moteur si la roue avant décolle du sol. Abaisser le centre de gravité permettrait de freiner et d’accélérer plus fort. Le problème, c’est qu’un centre de gravité bas sur une moto la rendra moins maniable.

L’homocinétique

Donc, LA question qu’Eric Offenstadt s’est posée est: comment on peut concrètement améliorer ces problèmes? Après des années d’expérimentations, il s’est rendu compte d’une chose: il faut effacer les effets parasites (en freinage, en courbe, en accélération et à pleine vitesse). La seule solution possible qui s’imposait alors était simple: en respectant les lois de la physique, on peut régler ces problèmes.

Comment est-ce qu’on peut faire une moto qui soit à la fois stable à haute vitesse et maniable en courbe? Comment peut on réduire les problèmes de « perte de l’avant » au freinage? Comment peut-on améliorer la traction sur la roue arrière?

C’est ici qu’arrive l’homocinétique (enfin!). L’homocinétique consiste à ce que tous les éléments d’un ensemble soient synchronisés, et travaillent alors de concert, plutôt que l’un contre l’autre (les fameux compromis).

Eric Offenstadt l’a défini de cet façon : « c’est faire en sorte que les points de contact au sol aillent toujours à la même vitesse que le centre de gravité ».

Sur le GECO, ça se traduit par plusieurs concepts:
– spécification fonctionnelle
– stabilité & maniabilité constante
– couple de freinage constant
– F.R.I.C.

Spécification fonctionnelle

S’il n’y avait qu’une seule chose à conserver, c’est bien cette notion. Au lieu de construire un cadre, y coller des suspensions, un pilote, et aller essayer voir ce que ça donne (ok ok, je caricature), l’idée est de penser à ce qu’on veut faire d’abord.

Qu’est-ce qu’on chercher à améliorer concrètement? Pour une moto de piste, c’est de pouvoir freiner et accélérer fort, avoir de la maniabilité, et que la machine reste stable.

Et à partir de là, rechercher comment, en respectant les lois de la physique, on peut avoir une moto qui répond à ces problématiques. Et bien entendu, la réponse immédiate n’est pas de « mettre une télesco, un cadre périmétrique et un bras oscillant ». Mais plutôt de définir les cinématiques attendues, et de trouver des solutions techniques pour y répondre.

La preuve en est: le GECO R09 avait un cadre treillis tubulaire, un fourche à bras tiré et un bras oscillant treillis. Le R15 a un cadre périmétrique, une fourche type télescopique et un bras oscillant renforcé. Et malgré tout, les mêmes cinématiques.

Stabilité & maniabilité constantes

La conception d’une suspension avant classique impose la recherche d’un compromis entre la maniabilité et la stabilité. D’où les angles des chasses compris entre 23 et 24º.

Mais pourtant, il est possible de concevoir une suspension sans compromis: stable ET maniable. Plus précisément : la stabilité est le produit de la chasse par la charge (la force appliquée sur le pneu avant). Pour ça, il faut concevoir une suspension qui offre:

  • une chasse importante en phase d’accélération pour plus de stabilité
  • une chasse courte en virage pour plus de maniabilité
  • un effort constant sur le pneu

Le GECO R15 a une fourche télescopique a géometrie variable, pour permettre d’avoir un angle de chasse court au freinage, et plus grand en phase d’accélération. Ça passe par des tés asymétriques et des bas de fourches déporté pour procurer la cinématique voulue.

Ce concept, développé avec Tecmas au début des années 2000, fonctionne de cette façon:


(Merci Stéphane Meunier pour l’animation)

Et magie, cette cinématique permet de se passer d’un amortisseur de direction, preuve de sa stabilité.

Pour s’assurer du bon fonctionnement de la cinématique, il est nécessaire de conserver une assiette stable. Le but est de limiter autant que possible de lever de l’arrière de la moto au freinage.
Elle dispose d’un amortisseur supplémentaire, limitant cet effet, et permettant également d’avoir un centre de gravité un peu plus bas (l’arrière se lève moins au freinage), et donc d’augmenter les capacités de freinage.

R09_R15_Salon_2015 (174)

Le GECO R09 avait une suspension différente, mais avec la même cinématique.

Couple de freinage constant

Le GECO dispose aussi d’un système permettant de conserver un couple de freinage constant même lorsque que la suspension se déplace.
Ce système fonctionne en déplaçant légèrement les étriers de freins afin de conserver la même force de freinage quelque soit la position ou le mouvement de fourche.

R09_R15_Salon_2015 (168)

F.R.I.C

Le F.R.I.C (Front Rear Inter Connected) c’est chic est un système de liaison avant-arrière des suspensions. Oui, comme sur les 2cv ou les F1.

Son but est d’abaisser le centre de gravité lorsque cela est nécessaire: au freinage et à l’accélération. Lorsque la suspension avant s’enfonce, un mécanisme permet de comprimer également la suspension arrière. Cela permet de retarder le déclenchement des systèmes anti-wheeling pour pouvoir accélérer plus fort. Mais aussi
de freiner plus fort sans que la roue arrière décolle du sol.

fric_slow

Notez l’enfoncement de la roue arrière

Le concept a été développé sur le R09, mais n’est pas encore adapté sur le nouveau R15.

Des questions?

N’hésitez pas à poser vos questions ci-dessous ainsi que sur le groupe Facebook Progecomoto

 

*: On parle d’angle de chasse dans l’article, qui est un terme générique, mais pas tout à fait exact. « L’angle de chasse » (ou l’angle de colonne) est l’inclinaison de la colonne de direction (et donc de la fourche) il est souvent aux environ de 24° pour une moto à tendance sportive. La chasse est la distance au sol entre le point sous l’axe de roue avant et celui dans la continuité de la colonne de direction. L’angle de chasse. Plus l’angle de chasse est fermé plus la chasse est faible. Le déport des tubes par rapport à la colonne de direction (dans les tés de fourche) influe aussi sur la chasse, tout comme le diamètre de la roue avant ou dans une moindre mesure la hauteur du pneu.
Une chasse courte rend la moto plus réactive, plus maniable, mais cette maniabilité s’obtient au détriment de la stabilité en ligne droite et au freinage. La longueur de chasse idéale est donc une histoire de compromis.
A noter également, sur une fourche télescopique classique la chasse diminue au freinage mais uniquement par le changement d’assiette de la moto : c’est une fourche à chasse fixe.

12 réflexions au sujet de « L’homocinétique pour les nuls. »

  1. Bonjour Noël,
    Quelques remarques en première lecture, j’ai l’impression que c’était mieux avant, quand je pensais avoir compris globalement en général l’homocinétisme!
    Introduction
    Angle de chasse = angle Colonne/verticale ?  Naturellement au freinage l’angle se réduit et il augmente à l’accélération, pas besoin de tés asymétriques comme expliqué au § Statibilité/Maniabilité, il doit y avoir une autre raison ?
    Plus le comportement du bras oscillant est neutre ( ?), plus on a de traction sur la roue arrière ? Qui c’est qu’a dit ça ?
    Problématique
    Au freinage, la roue avant ralentit plus vite que le reste de la moto. C’est intéressant cette remarque, on doit parler de vitesse linéaire parallèle à la piste, portée par l’axe pour la roue avant et le CdG pour le reste ?  J’aurai dit l’inverse, pendant le même temps de freinage le cdg parcourt X la roue X moins la variation de chasse, donc ralentit moins ?
    Aussi ce centre de gravité haut limite l’accélération possible ? Si c’est le cas ça ne doit pas être primordial, ce qui compte pour l’accélération c’est la position longitudinale (avancer le moteur).
    L’homocinétisme
    J’adhère pleinement à la définition proposée.
    Spécification fonctionnelle
    Là j’adhère moins, l’analyse fonctionnelle, le cahier des charges, la spécification de besoin … sont les incontournables de toute nouveau produit et non l’apanage du GECO, de plus la comparaison R09/R15 pas vraiment convaincante, un R1 stock « préparée GECO » pour le R09 aurait aussi pu faire l’affaire ?
    Stabilité et Maniabilité
    La stabilité est le produit de la chasse par la charge ? Qui c’est qu’a dit ça ?
    Couple de freinage constant
    Pas compris le lien entre le déplacement (angulaire) de l’étrier et la force (couple ?) de freinage. Pour moi la force (pression X surface piston) ou le couple (force x distance étrier) sont indépendants de la position angulaire de l’étrier.
    FRIC
    Je fais toujours un blocage sur l’abaissement du CdG (quelques mm, cm ?) comme système anti-wheeling !
    Vivement 2017 pour voir la R15 sur piste,
    Philip

    • Wahou, beaucoup de questions!

      Je vais essayer d’y répondre, mais dans tous les cas il y a quelques approximations dans cet article, qui explique certaines de tes remarques.
      L’idée est d’avoir ici un document qui vulgarise le plus possible ce qu’on fait avec le GECO, sans trop rentrer dans la technique.

      1) Angle de chasse/colonne/etc

      J’ai ajouté une note en bas de page à ce propos. Pour résumer: « l’angle de chasse » dont je parle est le terme générique que beaucoup connaissent plus ou moins. En réalité, tu as plusieurs facteurs: l’angle de colonne, la chasse, et le déport des tés.
      Sur une fourche « standard », tu as une chasse fixe, ce qui implique d’avoir un compromis au niveau de l’angle de colonne. Avec des tés au déport asymétrique, ça permet d’avoir une chasse variable en fonction du niveau d’enfoncement de la suspension (regarde la video dans l’article).

      2) Bras oscillant « neutre »: c’est Pépé! Ce que tu veux, c’est un bras oscillant qui ne soit ni pro-squat, ni anti-squat, pour éviter tout effet d’oscillation qui se répercuterait sur le pneu arrière.

      3) Par rapport au centre de gravité de la moto, vu que la roue recule par rapport à celui-ci, elle ralenti en effet plus vite que le reste de la moto. Tu as presque bon dans ton calcul, sauf qu’il faut additionner des accélérations négatives: par ex: -1m/s de freinage pour le CdG et -0.1m/s de déplacement pour la roue avant, ce qui donne un total de -1.1m/s. C’est plus clair?

      4) Le centre de gravité agit comme un levier: trace une ligne entre grosso modo au dessus du moteur et le point de contact de la roue avant, c’est ton levier. Plus ton levier est « bas », plus il va être difficile de lever la roue arrière. Sur une F1, pour reprendre mon exemple, le centre de gravité est très bas, ce qui fait que même à 5G de freinage, les roues AR ne se lèvent pas. Ça fonctionne de la même façon à l’accélération.
      Par contre, on est obligé d’avoir un centre de gravité haut pour pouvoir tourner correctement, mais c’est un problème au freinage & à l’accélération. D’où des solutions pour permettre de garder la moto un peu plus basse dans ces phases là.

      5) C’est évident que tous les constructeurs ont un cahier des charges. Mais là l’idée est de définir des comportements souhaités, et de trouver des solutions qui respectent les lois de la physique: donc pas de compromis ou d’accessoire qui compensent des défauts de conception (amorto de direction, par ex.).
      Pour le R09, je ne suis pas sur que le chassis du R1 d’alors aurait permis de faire la même chose, mais je peux pas te donner une réponse définitive.

      6) La stabilité est le produit de la chasse par la charge: encore Pépé, mais j’arrive pas a retrouver où.

      7) Couple de freinage constant: vu que la roue avant recule ou avance quand la suspension travaille, tu te retrouves avec un bras de levier (pour reprendre mon ex) qui change aussi. Tu as donc un effort qui est plus ou moins difficile à faire (les variations de couple!). L’étrier mobile permet de compenser ses variations afin d’avoir un levier constant.

      8) FRIC: je te conseille cet article de Wikipédia, et surtout le paragraphe « Raison du transfert de charge », qui complètera mon explications ci-dessus (avec les leviers): https://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_de_charge_(automobile)

      J’espère avoir répondu à tes questions! N’hésites pas si tu en as encore.

    • Bonjour Philip,
      Je fais exactement le même constat sur les diverses explications, elles semblent « savantes » pour un novice, mais elle ne sont pas convaincantes et pas assez développées.
      Patrick.

      • Effectivement, cet article est là pour vulgariser le travail fait sur GECO, et pouvoir l’expliquer au plus grand nombre. Si vous voulez participer à l’écriture d’un article plus développé, et plus scientifique, n’hésitez pas à nous faire signe.

  2. « il faut additionner des accélérations négatives: par ex: -1m/s de freinage pour le CdG et -0.1m/s de déplacement pour la roue avant »

    Heu… accélération c’est en m/s².

  3. Les « scientifiques » n’ont peut-être pas lu le titre de l’article…
    Moi qui suis nul, je vous remercie pour ces explications qui sont suffisamment claires !

  4. Bonsoir,

    Je ne comprends toujours pas l’explication du point numéro 1 (angle de chasse/deport…)
    Vous dite qu’une fourche classique est à chasse constante hors la chasse varie en phase de freinage/accélération. La seule différence ( dans ce que j’ai observé/compris) est le deport qui lui est bien fixe sur une fourche à té classique alors qu’il est variable sur une fourche equipé d’un té asymetrique.

    Je n’ai pas bien saisi le point numéro 7 non plus. En quoi la rotation de l’étrier autour du disque de frien permet un couple constant. Vous parlez d’un bras de levier, est-ce le bras de levier « haut moteur »-« axe de roue » ? Si oui, j’imagine bien ce bras diminuer avec l’enfoncement de la fourche mais je ne comprends pas le rôle de la rotation de l’étrier.

    Merci pour votre temps et vos réponses.
    Thomas

    • Bonjour Thomas,

      La chasse (a ne pas confondre avec l’angle de chasse) ne change pas: elle est dépendante de l’angle de chasse et du déport. Donc a angle de chasse et déport constant, on a une chasse équivalente.
      Dans la réalité, le fait qu’une moto « plonge » au freinage, ou se lève à l’accélération, l’angle de chasse change et donc la chasse.

      L’inconvénient, c’est que la chasse est donc directement liée a ces mouvements d’angle de chasse, et qu’on doit trouver le fameux compromis. Avec des tés asymétriques, et une assiette un peu plus stable, on a donc un déport qui est variable en fonction de l’enfoncement de la fourche & du cabrage de la moto. Ces deux paramètres permettent de se passer de compromis.
      Un nouvel article est en construction pour revenir plus en détail sur ce point.

      Pour le point 7: Le bras de levier est entre le centre de gravité de la moto et le point de contact au sol. Lorsque la suspension se déplace, la taille du bras de levier change, et par conséquent l’effort transmis au pneu varie. Le fait de déplacer l’étrier permet de compenser ces variations d’effort, pour avoir une force constante appliquée sur le pneu.

      • Bonsoir merci de votre réponse,

        Pour résumé et voir si j’ai bien compris:

        -Fourche traditionnelle:
        Pour une assiette constante + enfoncement de la fourche:
        Angle de chasse reste le même
        Le déport reste identique (te symetrique)
        =>chasse constante
        Fourche GECO:
        Pour une assiette constante + enfoncement de la fourche:
        Angle de chasse reste le même
        Le déport change (te asymetrique)
        =>chasse variable
        L’objectif du GECO est (citation de l’article):
        *une chasse importante en phase d’accélération
        *une chasse courte en virage
        *un effort constant sur le pneu
        Si je ne dis pas de bétise (malheureusement ça m’arrive souvent) les deux premiers points sont deja’d’actualité sur une moto traditionnelle. En effet en freinant, la moto plonge sur l’avant ( son assiette change beaucoup), la fourche se rétracte => l’angle de chasse=>la chasse diminue. (Vice versa en accélération). Le point critique est donc le troisième qui est l’effort constant sur le pneu or lors d’un freinage l’effort augmente sur l’avant à cause du changement d’assiette.
        Donc le reel objectif est de garder une assiette constante à chaque moto (la plus stable possible). Cependant en aillant une assiette constante la chasse le devient aussi ( fourche tradi) d’ou l’utilisation d’un te asymetrique.
        Ai-je bien résumé ?

        Thomas

        • Oui, tu as plutôt bien résumé.
          Le tout permet de se défaire du compromis fait sur l’angle de chasse, et pouvoir travailler sur les 3 paramètres que sont le déport, l’angle de chasse et la chasse indépendamment les uns des autres, pour avoir la cinématique que l’on veut, et donc d’atteindre les 3 objectifs que tu cites.
          L’assiette constante permet aussi deux choses: conserver une bonne cinématique, et garder un centre de gravité bas pour pouvoir freiner encore un peu plus fort.

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