Regardez une voiture quitter le départ : le nez se lève pendant que l'arrière s'abaisse. C'est le transfert de charge, et ce n'est pas une bizarrerie de suspension : il découle des lois de Newton et de la forme de la voiture. Cet article étudie une voiture exemple avec des hypothèses énoncées. Les chiffres sont illustratifs, et non ceux d'une voiture du jeu.
La formule
Les pneus poussent la voiture vers l'avant au niveau de la route, mais la masse de la voiture agit en son centre de gravité, au-dessus de la route. Les deux forces forment un couple qui tend à faire pivoter la voiture nez en haut, et les pneus doivent fournir une variation opposée de charge. En prenant les moments par rapport aux zones de contact, on obtient la charge supplémentaire sur l'essieu arrière, et la même quantité est retirée à l'avant :
ΔW = m × a × h ÷ L
Ici m est la masse, a l'accélération, h la hauteur du centre de gravité au-dessus de la route, et L l'empattement. La masse, l'accélération et la hauteur augmentent toutes le transfert, et un empattement plus long le réduit. Il ne dépend ni des ressorts, ni des pneus, ni des roues motrices.
Un exemple détaillé
Supposons une voiture de 1,500 kg avec son centre de gravité à 0.5 m de hauteur, un empattement de 2.7 m et une répartition statique de 50:50, soit 750 kg sur chaque essieu. Lancez-la à 1 g, valeur volontairement généreuse, et prenez g égal à 9.81 m/s².
Le transfert vaut 1,500 × 0.5 ÷ 2.7 = 277.8 kg de charge par 1 g, soit 2,725 N une fois multipliés par 9.81. Cela représente 18.5% du poids de la voiture déplacé d'un essieu à l'autre. L'essieu arrière porte alors 750 + 277.8 = 1,027.8 kg et l'avant 750 − 277.8 = 472.2 kg. Chacun varie de 37% de sa charge statique : l'arrière monte de 37.0%, l'avant baisse de 37.0%. En newtons, l'arrière porte 10,082.5 N et l'avant 4,632.5 N, et ensemble ils totalisent toujours le poids de la voiture, soit 14,715 N.
Pourquoi la propulsion arrière gagne et la traction avant perd
Un pneu ne peut pousser qu'au maximum le coefficient de frottement μ multiplié par la charge qu'il porte. Le transfert de charge augmente la charge des pneus arrière et la diminue à l'avant ; il aide donc une voiture à propulsion arrière et nuit à une voiture à traction avant. Prenons μ = 1.0, valeur plausible pour un bon pneu, et soit a l'accélération en g. Le transfert à cette accélération est a × 277.8 kg.
- Propulsion arrière : la force maximale est μ × (750 + 277.8a) kg-force, et la voiture a besoin de 1,500a. La résolution donne a = 0.5 ÷ (1 − 5/27) = 0.614 g. Without transfer the limit would be 0.5 g, so the transfer is worth 0.114 g.
- Traction avant : les pneus avant portent 750 − 277.8a, donc a = 0.5 ÷ (1 + 5/27) = 0.422 g. Transfer costs 0.078 g against the static 0.5 g.
- Quatre roues motrices : chaque pneu pousse et les charges totalisent toujours le poids de la voiture, donc le plafond est μ × g, 1.00 g, sans pénalité due à la répartition.
Ce ne sont que des plafonds d'adhérence. Une vraie voiture a aussi besoin de la puissance pour les atteindre, c'est pourquoi le régime de lancement existe comme réglage.
Le temps sur 60 pieds le montre. Soixante pieds font 18.288 m, et à accélération constante t = √(2d ÷ a). La propulsion arrière à 0.614 g (6.02 m/s²) le parcourt en 2.46 s, et la traction avant à 0.422 g (4.14 m/s²) en 2.97 s. Pour comparaison, 1 g prendrait 1.93 s. L'article sur le 60 pieds explique pourquoi ce tronçon compte.
Barres anti-cabrage
Si le transfert augmente jusqu'à ce que l'essieu avant ne porte plus rien, les roues avant se lèvent. Dans ce modèle simple, cela arrive lorsque a × h ÷ L égale la part statique avant de 0.5, donc a = 0.5 × 2.7 ÷ 0.5 = 2.7 g. An ordinary car never gets near that. A dragster, with a rearward weight bias, enormous grip and far more power than a road car, can. A wheelie bar is a pair of small wheels on a frame behind the rear axle. It does not add traction; it stops the nose rising past a few degrees, because a car with its front in the air cannot be steered and a rising nose can carry on over.
Accroupissement et anti-squat
La formule donne la charge totale qui se déplace, mais pas la voie qu'elle emprunte. Une partie passe par les ressorts, qui se compriment à l'arrière et se détendent à l'avant. C'est l'accroupissement. Le reste passe par les biellettes de suspension, qui poussent directement sur la caisse. La géométrie anti-squat incline les biellettes arrière de sorte que la force motrice sur l'essieu ait une composante vers le haut sur la caisse ; une conception à fort taux d'anti-squat fait passer davantage du transfert par les biellettes et moins par les ressorts.
L'anti-squat ne change pas ΔW. Les pneus arrière portent la même charge supplémentaire dans les deux cas ; seul le chemin diffère. Son avantage est le contrôle, avec moins de tangage. Les montages de drag vont souvent dans l'autre sens à l'avant, avec des ressorts souples et une grande course, pour que le nez puisse se lever et que la charge atteigne les pneus arrière sans résistance.
Le transfert de charge dépend de la masse, de la hauteur du centre de gravité, de l'empattement et de l'accélération. La suspension détermine la façon dont il se déplace, et non la quantité transférée.
Dans le jeu
La fiche Play de Pink Slip Kings indique que vous pouvez améliorer les pneus, la transmission et la suspension, et équilibrer la puissance avec l'adhérence des pneus pour améliorer votre départ. Elle ne dit pas si le jeu modélise le transfert de charge ; lisez donc la physique ici comme une information générale sur les vraies voitures.
Pink Slip Kings: Drag Racing est un jeu de course de dragsters en 3D avec des commandes de départ et de changement de vitesse manuelles et un réglage détaillé du moteur, de la transmission, des pneus et de la suspension, avec un banc de puissance, de la télémétrie et des fiches de temps de course. Il se joue hors ligne, sans publicité ni achat intégré, et ni l'argent du jeu ni les voitures ne peuvent être achetés ou échangés contre de l'argent réel.