La multiplication des bancs à rouleaux, également appelés « dynamomètres de châssis », rend très pratique la mesure de la puissance d’un véhicule et sa comparaison avec d’autres voitures.
Beaucoup pensent que les résultats obtenus sur un banc à rouleaux peuvent être comparés à ceux d’un autre banc, et que la puissance indiquée par un banc à rouleaux reflète la puissance réelle de la voiture.
Il faut pourtant tenir compte de la précision de la mesure et de sa sensibilité aux petites modifications apportées au moteur.
Dans cet article, nous allons analyser ce qui se cache derrière les valeurs fournies par les bancs à rouleaux.
Types de bancs à rouleaux
Il existe actuellement deux types de bancs à rouleaux :
Les bancs purement inertiels et les bancs à rouleaux équipés d’un frein dynamométrique (électrique ou hydraulique).
Les bancs purement inertiels ne peuvent mesurer que papillon grand ouvert, en pleine accélération et toujours en phase d’accélération. Les bancs avec frein, en revanche, peuvent réaliser des essais stabilisés à régime constant, à des ouvertures d’accélérateur intermédiaires, et même simuler certaines charges, comme la charge aérodynamique.
Comment fonctionnent les bancs à rouleaux inertiels ?
Les bancs inertiels estiment l’énergie appliquée à un volant d’inertie (le rouleau lui-même) et la vitesse à laquelle il est accéléré. Connaissant la masse inertielle du rouleau, on en déduit la puissance appliquée pour l’accélérer. À partir de cette puissance, on calcule d’autres données, comme le couple appliqué.
Les bancs inertiels ne peuvent calculer la puissance que pendant l’accélération. Ils ne permettent pas d’essais sous charge constante, ce qui limite leur usage pour certaines applications comme la cartographie de l’injection et de l’avance dans différentes conditions de charge. De plus, comme la masse du rouleau ne peut pas être modifiée, on est toujours lié à une vitesse d’accélération fixe, qui dépend de cette masse et de la puissance du moteur. Si le rouleau est trop léger ou trop lourd, les conditions réelles du moteur ne sont pas reproduites, par exemple pour obtenir une pression de turbo suffisante.
Comment fonctionne un banc à rouleaux avec frein ?
Dans ce cas, le rouleau se comporte de manière inertielle pendant les accélérations, mais il est généralement conçu avec une inertie plus faible, car l’essentiel de la puissance fournie par le véhicule est transmis à une unité d’absorption de puissance, comme un frein à courants de Foucault ou un frein hydraulique. Ce frein peut dissiper la puissance fournie et même opposer une résistance au véhicule pour qu’il n’accélère pas et reste à régime constant.
Dans le même temps, cette unité d’absorption exerce un couple résistant qui s’oppose au couple du véhicule. Ce couple est mesuré par une cellule de charge qui transmet l’information à un ordinateur. La lecture du couple et du régime permet de calculer la puissance absorbée par le frein, qui est proportionnelle à la puissance fournie par le moteur (mais ne lui est pas égale).
Un point important est à prendre en compte : la mesure par le frein ne peut être effectuée qu’à régime constant. Si le régime augmente, une partie de la puissance est utilisée pour accélérer les masses en rotation ; cette puissance n’atteint donc pas le frein et n’est pas mesurée par la cellule de charge. Ainsi, en phase d’accélération, le frein indique moins de puissance qu’à régime constant. Les équipements les plus modernes combinent les mesures inertielles et dynamométriques pour compenser ce phénomène, ce qui permet d’obtenir des valeurs similaires en accélération et en charge à vitesse constante (ou par paliers).
Quelle est la différence entre la puissance indiquée par un banc à rouleaux et celle indiquée par un banc moteur ?
De nombreuses conditions influencent la précision de la mesure sur tout type de banc, qu’il s’agisse d’un banc à rouleaux ou d’un banc moteur :
- la température de la salle d’essai
- le débit d’air à l’admission
- la pression atmosphérique
- l’étalonnage du système
Mais sur les bancs à rouleaux, un ensemble de variables supplémentaires affecte la mesure et elles sont très difficiles à maîtriser et à compenser.
Le facteur principal est la perte de puissance dans la transmission. Par exemple, le rapport engagé pendant l’essai a plus ou moins d’influence ; c’est normalement en prise directe (1:1), ou au plus près de cette condition, que les pertes dans la boîte sont les plus faibles. D’autres facteurs interviennent : la température des huiles de boîte ou de pont, la vitesse d’accélération et les inerties parasites des éléments de transmission qui s’ajoutent à l’inertie du rouleau, le frottement des freins, la façon dont le véhicule est sanglé sur le banc, la charge sur l’essieu et la déformation des pneus, par exemple en fonction de la charge, de la pression de gonflage, de la gomme utilisée, ainsi que leur patinage sur le rouleau.
Il existe une analogie très parlante : mesurer sur un banc à rouleaux, c’est comme vouloir connaître son poids en étant habillé.
Parfois vous vous pesez avec des chaussures, parfois pieds nus, parfois en sous-vêtements et parfois avec un manteau. Vous ne connaîtrez jamais votre poids réel.
Même si les logiciels utilisent diverses estimations et mesures complémentaires, il ne sera jamais possible de connaître la puissance du moteur avec un banc à rouleaux, car ces pertes ne peuvent pas être mesurées avec exactitude.
Certains appliquent une règle consistant à compter environ 10 % de la puissance comme pertes dans la transmission. Mais il s’agit évidemment d’une estimation très imprécise : je peux avoir deux véhicules semblables, de même poids, l’un de 200 ch et l’autre de 500 ch. Avec un pourcentage, j’obtiendrai des pertes très différentes, alors qu’en réalité, si les véhicules sont semblables, leurs pertes sont probablement proches. Les pertes des transmissions peuvent varier énormément selon leur conception, leur réglage et la qualité de leurs pièces, ce qui donne aussi des valeurs de pertes différentes.
Chercher à retrouver les chiffres du moteur est une illusion qui nous éloigne de notre véritable objectif. L’objectif est de mettre plus de puissance au sol, et c’est là que nous devons nous concentrer. On peut augmenter ce chiffre en améliorant la puissance du moteur, certes, mais aussi en optimisant et en améliorant les pièces de la transmission du véhicule.
Si malgré tout vous tenez à obtenir des valeurs exactes, la seule solution est de disposer d’un banc moteur et d’un banc à rouleaux avec frein d’absorption. Il faudrait réaliser un essai par paliers de régime stabilisés sur les deux bancs, en veillant à ce que l’alimentation en air des moteurs soit adéquate sur les deux, ainsi qu’à la température de l’huile et du moteur, aux conditions climatiques et aux conditions de la salle d’essai (ventilation et pollution), sans oublier d’utiliser le même système d’échappement et la même longueur de tubes. Ce serait la seule façon de connaître les pertes réelles de la transmission. Compliqué, n’est-ce pas ?
Quels sont les principaux facteurs qui influencent la précision d’un banc à rouleaux ?
La précision peut être envisagée de plusieurs façons. D’une part, il y a la précision du système de mesure lui-même (capteurs, électronique, logiciel) ; d’autre part, les éléments externes qui modifient la puissance transmise au sol et mesurée par ce système.
Partons du principe que la puissance lue par le système est répétable et précise (c’est à vous de vérifier quelle marque offre cette précision). Examinons maintenant les éléments externes.
Parmi eux, les éléments de la transmission ont une grande influence sur un banc à rouleaux. Le contact entre le pneu et le rouleau est le premier point où des erreurs peuvent apparaître. Le type de gomme, la sculpture, la pression de gonflage, le matériau et la température du caoutchouc peuvent influer si l’on ne prend pas soin des conditions d’essai. La charge sur le pneu ou la tension des sangles du véhicule déforment davantage le pneu, qui consomme alors plus de puissance ; celle-ci disparaît de la valeur finale et génère des erreurs.
En remontant vers le moteur, des facteurs comme l’air d’admission, en débit comme en pression, peuvent avoir une influence significative. Si les gaz d’échappement ne sont pas évacués de la salle, cette pollution revient à l’admission et le moteur développe aussi moins de puissance. Même la façon dont le pilote actionne l’accélérateur peut influencer le résultat final si l’on n’y prend pas garde.
Dans la transmission, les éléments chauffent, la viscosité de l’huile change et les roulements montent en température.
Sur les véhicules à gestion électronique, le calculateur intervient à de nombreux niveaux et modifie le fonctionnement du moteur selon les conditions : de la correction la plus élémentaire, l’ajustement du mélange en fonction de la pression atmosphérique et de la température de l’air d’admission, à d’autres corrections comme la pression de turbo ou la température de l’intercooler. Aujourd’hui, sur les véhicules équipés d’un antipatinage qui ne peut pas être totalement désactivé, la mesure n’est pas possible correctement sur un banc à un seul essieu, car le système détecte un patinage par rapport aux roues qui ne tournent pas et coupe automatiquement la puissance du moteur.
C’est pourquoi on réalise toujours plusieurs essais sur le véhicule afin d’établir un profil de répétabilité. Si j’obtiens des écarts de 3 ch entre les essais, c’est ma limite de détection des changements : je ne pourrai pas être plus précis. Plus l’environnement et l’essai sont maîtrisés, plus ce chiffre est faible, plus les essais sont répétables et plus les modifications détectables sur le moteur sont fines. Même ainsi, de petites modifications, de moins de 5 % de la puissance totale, restent difficiles à détecter dans les installations courantes, car il est difficile de savoir si l’amélioration vient de modifications réelles du moteur ou d’effets passagers de l’environnement ou des conditions.
Quelle est l’influence du rapport de transmission ?
Il existe des différences entre les rapports. Chacun a son propre moment d’inertie, son propre frottement, et influe aussi sur le glissement des pneus sur le rouleau.
Sur les rapports les plus courts, la démultiplication est plus importante ; la boîte est donc moins efficace, les pertes sont plus élevées et la puissance à la roue plus faible. Le patinage des roues a aussi tendance à être plus important.
En théorie, on devrait obtenir la même puissance quel que soit le rapport, mais il faut tenir compte d’un autre facteur. La vitesse d’accélération du véhicule dépend directement de ce rapport : plus le véhicule accélère vite, plus il faut d’énergie pour faire tourner le volant moteur, et cette énergie n’arrive pas à la roue. C’est pourquoi il est recommandé de réaliser les essais au plus près d’une prise directe 1:1.
Quelle est l’influence des pneus sur les résultats ?
Les pneus font partie des conditions d’essai, et si l’on modifie les conditions d’essai, on modifie les résultats. Cette modification peut aller du changement physique du pneu (largeur, diamètre, sculpture, etc.) à un changement de son état, par exemple la pression de gonflage ou la charge du véhicule sur l’essieu. Les roues influencent de 1 à 3 % de la valeur totale mesurée.
Autre point à considérer : les pneus se dilatent sous l’effet de la force centrifuge, ce qui modifie le rapport de transmission global.
Comment peut-on tricher sur un banc à rouleaux ?
Il existe de nombreuses façons, certaines intentionnelles, d’autres dues à de mauvaises conditions d’essai. Plus on maîtrise de facteurs, plus l’essai est précis.
Par exemple, modifier la façon dont le véhicule est sanglé peut beaucoup influer sur le résultat. Plus la force vers le bas est grande, plus les pneus se déforment et moins il y a de puissance au sol. Modifier la pression des pneus, faire l’essai avec un moteur trop froid ou trop chaud, modifier des paramètres du logiciel en général, comme falsifier le moment d’inertie, ou éloigner ou rapprocher les ventilateurs du moteur peut aussi fausser la mesure.
Bien que les bancs équipés d’un frein soient potentiellement les plus exacts, ils sont aussi vulnérables aux manipulations. Le premier point à vérifier est l’étalonnage correct de la cellule de charge du frein.
On dit que les bancs purement inertiels sont les plus répétables, car la puissance ne dépend que du moment d’inertie de la masse en rotation. C’est tout à fait vrai, et l’on peut réellement observer de très petites variations ; il faut toutefois garder à l’esprit que répétable ne veut pas dire exact. En effet, la puissance indiquée par ce type de banc ne représente souvent pas la puissance réelle du véhicule. Si l’on recherche la précision, les meilleurs résultats sont obtenus sur des bancs avec frein d’absorption.
Contrairement à une idée répandue, je vous conseille de vous méfier des bancs d’essai qui affichent des chiffres très élevés. Il est plus probable qu’un banc qui donne des valeurs plutôt basses soit plus exact. Demandez toujours le maximum d’informations sur l’essai (conditions d’essai, température, humidité et pression ambiantes, facteur de correction SAE utilisé, moment d’inertie du rouleau). Quoi qu’il en soit, les bancs à rouleaux ne permettent pas de comparer des chiffres d’une installation à l’autre. Les écarts sont importants. Un banc à rouleaux doit être considéré comme un outil pour mesurer des modifications successives sur un même véhicule, au même endroit.
Données réelles
Un article publié par le magazine Hot Rod en mai 2004 a comparé les mesures des principaux fabricants de bancs de puissance aux États-Unis, en mesurant le même véhicule dans différentes installations.
Comme on pouvait s’y attendre, les résultats sont très disparates. Par exemple, les bancs avec frein d’absorption ont indiqué environ 18 ch de moins que les bancs purement inertiels.
Puissance annoncée par le constructeur : 260 HP (au moteur)
Puissances mesurées (à la roue)
- Dynapack (à absorption) : 208,9 HP
- Dynojet (inertiel) : 226,9 HP
- Mustang (à absorption) : 219,1 HP
- Superflow (inertiel) : 225,0 HP
Conclusions
Comme on le voit, même les marques leaders de bancs d’essai ne s’accordent pas sur la puissance indiquée, et leurs valeurs sont même très éloignées des données du constructeur. Il est recommandé de toujours réaliser les essais au même endroit et dans les mêmes conditions. Dans ce contexte, il n’y a pas de sens à comparer les résultats de différents bancs, ni à chercher à faire indiquer au banc à rouleaux la puissance au moteur : c’est un équipement qui mesure la puissance à la roue, et la puissance perdue n’est pas mesurable (pas même lors d’un essai en décélération).
Notre expérience montre toutefois que les bancs à rouleaux sont des équipements très sensibles : bien construits et dotés d’un système de mesure de haute précision, ils sont capables de détecter de très petites différences de puissance, ce qui permet d’apporter de petites modifications au moteur et de les mesurer. Derrière une utilisation très simple, ces équipements cachent une grande complexité dans tous les éléments qui influencent la puissance mesurée, et c’est sur ces facteurs que les opérateurs du banc font la différence entre une mesure sérieuse et précise et une mesure approximative qui soulève plus de doutes qu’elle n’apporte de certitudes. Lorsque l’on travaille avec des outils fiables et précis, la formation et la compétence de l’opérateur deviennent l’élément le plus critique du banc à rouleaux.