Moteur et manivelle

Généralités

Cette page aborde des points essentiels sur votre VTTAE, tels que le couple et la puissance du moteur, mais également les impacts de la modification des manivelles et du plateau sur son fonctionnement.

Avant de modifier votre VTTAE, il est important de connaître les conséquences de ces modifications.

Ce n'est pas aussi simple que sur un VTT !

les caractéristiques moteur 

2 caractéristiques importantes pour un moteur :

• Le couple
  Le couple (en Nm sur les vélos ou en mkg pour les motos et voitures) est lié à l'accélération produite au démarrage. C'est la force qui permet de lancer le véhicule. Pour un vélo, c'est entre 50 et 120Nm.
  Le couple est responsable de la vitesse à laquelle vous pouvez accélérer. Le couple maximal est généralement sollicité lorsque vous accélérez ou que vous montez des côtes raides et il n'est pas disponible en permanence. Un couple plus élevé entraîne une accélération plus puissante ou permet de transporter ou de déplacer des charges plus importantes (poids du pilote important, cargo,...). 

Pour obtenir le couple maximal du moteur, une puissance de pédalage ou un couple correspondants est également nécessaire de votre part. Cela dépend du mode de pédalage et de son facteur d'assistance.

Il faudra ajouter au couple moteur, le couple que fournit le cycliste quand il lance son vélo. Ceci explique les dégâts qui arrivent pendant les changements de vitesse en charge ou quand on démarre sur un trop grand braquet : ça peut se traduire par un cabrage du vélo ou pire, par une casse de chaine ou une torsion du plateau.

 A retenir :
Le couple maximal est délivré au niveau d'assistance le plus élevé (Turbo, High ou Extra,... selon le système et le fabricant) et dépend de la puissance que vous transmettez vous-même aux pédales.
Le couple de 80Nm, permet à un pilote de franchir un plan de 25% environ. Pour aller au-delà, il faudra appuyer plus fortement sur les pédales !

Plus d'infos sur le couple : Couple et VTTAE

• La puissance
  La puissance est plutôt liée à la vitesse. La puissance max d'un moteur de vélo est inférieure à 1cv (736W) pour une valeur moyenne de 250W (valeur pour éviter d'avoir de trop gros moteurs et de grosses batteries et limitée administrativement pour une assistance jusqu'à 25km/h). Si on voulait aller plus vite, il faudrait des moteurs plus gros, sinon, risque de surchauffe !

Pour faire le lien entre votre propre puissance et le moteur, si vous fournissez 100W, le moteur, en mode Turbo (340% d'assistance) fournira 340 W !

Ci-dessous, une vidéo intéressante qui explique surtout la puissance et la surchauffe !

Si on compare vélo, auto et moto :

• Pour les motos, le couple varie entre 30 et 50 mkg (1 mkg = 9,8 Nm) soit entre 300 à 500 Nm pour avoir les mêmes unités de comparaison.
  Ca fait environ 4 à 6 fois le couple d'un vélo avec 85Nm. Ce qui montre que le couple d'un vélo est déjà très important et entraine de très gros efforts sur la transmission.  

• Le couple d'un moteur de vélo est sensiblement identique au couple d'un moteur de Renault Twingo (à partir de 90 Nm pour la première génération) ! 

• Une moto d'une puissance de 100cv par exemple (73,6kw) est donc plus de 100 fois plus puissance qu'un vélo (600 à 700W en crête).

Le moteur de vélo est un moteur d'assistance avec un fort couple et une faible puissance (force importance au démarrage pour une vitesse faible),

Le moteur de moto est un propulseur avec un couple faible en comparaison d'une énorme puissance : force suffisante pour lancer un véhicule lourd et une grosse puissance permettant une grande vitesse.

Comparatif moteurs

Je n'ai fait qu'aborder le sujet sur des informations assez peu fournies quand vous comparez des VTTAE (en ligne, sur des revues ou chez votre revendeur). Si ces sujets vous intéressent, je vous recommande particulièrement le site velomotion.de (il est lisible en 8 langues !). 

Il y a une comparaison de 7 moteurs récents avec des graphiques, des vidéos et des analyses très pertinentes.

C'est un site incontournable pour qui s'intéresse à la puissance des moteurs et leurs plages d'utilisation.

Remplacement des manivelles

On peut être tenté de remplacer ses manivelles pour plusieurs raisons :

• Les raccourcir pour éviter de taper trop souvent le terrain, mais ça réduit le couple de pédalage (la force angulaire) : il faut appuyer plus fort sur les pédales.

• Les allonger pour augmenter le couple et réduire l'effort au pédalage.

Rappel sur le couple

On rappellera que le couple C est calculé de la façon suivante : C = L x F

• L (en m) étant la longueur de la manivelle (comprise généralement entre 160 et 185 mm)

• F (en N) est la force exercée sur une manivelle qui va créer un couple.

Dans le système d'unités international (SI), la force s'exprime en Newton (1 Newton = 9,81kg) et le couple s'exprime en Newton-mètre, soit Nm.

Si l'on connaît la valeur de C, on en déduit la valeur de F en divisant par la longueur de la manivelle et réciproquement. On peut donc interpréter les résultats, soit en terme de couple, soit en terme de force puisque l'on passe aisément de l'un à l'autre.

Exemple :

Si vous pesez 80kg et que vous vous tenez debout sur la pédale avec une manivelle de 165mm, vous allez exercer un couple de :

C = 80x9,81x0,165 = 130Nm. Avec des manivelles de 160mm, ce sera 125Nm et avec des 170mm, ce sera 133Nm.

Approximativement, le couple est maximal quand les manivelles sont à l'horizontal et minimal quand les manivelles sont à la verticale : ça dépend de la force développée par chaque jambe du cycliste qui est forcément différente, de l'angulation,.... La courbe se calcule avec une intégrale : on va s'arrêter là pour l'explication ! 

Voir les dessins ci-dessous.

Impact sur l'assistance moteur

On peut dire que l'assistance du moteur sera proportionnelle à la force d'appui sur les pédales (au couple fourni par le cycliste). C'est simple à comprendre pour les modes d'assistance fixes (l'assistance moteur est limitée dans chaque mode fixe, quelle que soit la force d'appui sur les pédales). 

C'est plus complexe pour les modes progressifs : l'assistance sera progressive en fonction de la variation de la force d'appui sur les pédales (de 140 à 340% en eMTB chez Bosch, par exemple).

Cela signifie que le bras de levier que représente la longueur des manivelles aura une importance sur cette variation d'assistance.

Spécificité Bosch

En conséquence, pour éviter un trop grand écart entre 2 types de manivelles (courtes ou longues) Bosch propose 2 programmations possibles sur ses moteurs :

• un programme avec manivelles ≤165mm (manivelles courtes)

• un programme avec manivelles ≥170mm (manivelles longues)

Si vous avez des manivelles de 165mm, donc passer de 165 à 160, ne changera rien dans la programmation moteur. C'est juste que le pilote aura besoin de plus appuyer pour avoir le même résultat qu'avec les 165, dans le mode progressif.

Si vous passez sur des manivelles de 170mm (et que vous avez une programmation de manivelles courtes), il faudra demander une reprogrammation du moteur chez le revendeur.

Quand on a aussi le mode progressif "Tour+", (qui ne s'installe qu'avec le mode eMTB), il n'y a pas ces 2 choix de programmation : c'est obligatoirement paramétré avec manivelles longues (≥170mm). Dans ce cas, avoir des manivelles de 165mm, ou les raccourcir, nécessitera d'appuyer plus sur les pédales pour avoir le même résultat dans les modes progressifs. Voir cette page pour les détails : Modes variables 

Pour les autres modes non progressifs (eco, tour, sport, turbo), la longueur des manivelles n'a pas d'influence sur les paramètres moteur. C'est juste qu'il faudra toujours appuyer plus ou moins selon la modification pour avoir le même effet (l'assistance et le couple moteur sont constants pour chaque mode fixe).

En version Smart System, on pourra jouer sur ces dernières valeurs pour compenser un peu (y compris sur les modes progressifs).

Sur l'ancien système, ça sera plus ou moins sportif selon que l'on diminuera ou augmentera la longueur des manivelles.

Autres effets de la taille des manivelles

Plus les manivelles sont courtes, plus la selle est haute et donc le dos est plus à l’horizontal. Le centre de gravité est plus haut.

A l’opposé, des manivelles plus longues permettent de réduire la hauteur de selle. S’il est possible de réduire la hauteur du poste de pilotage, l’aérodynamique est donc améliorée de façon plus importante qu’avec les manivelles courtes. 

Par ailleurs, avec des manivelles longues, la stabilité est également améliorée du fait d’un centre de gravité plus bas. Seul bémol, il faut faire attention sur les terrains techniques, car les manivelles sont plus proches du sol dans les courbes. 

Les gains marginaux associés à des manivelles plus courtes ou longues semblent être très faibles. Il convient donc d’expérimenter afin d’obtenir la longueur de manivelles optimales pour votre pratique, vos besoins, votre singularité anthropométrique, biomécanique et physiologique.

Pour le VTT, voir la page PEDALIER.

Remplacement du plateau

Au même titre que les manivelles, on peut être tenté de remplacer le plateau pour augmenter le braquet.

Sur un forum, j'ai rencontré un utilisateur qui a voulu remplacer son plateau de 34 dents par un plateau de 38 dents. Dès la première sortie, il a eu une erreur 503 (aimant ou capteur de vitesse). Après plusieurs essais identiques, il a reproduit la même erreur. Après avoir remis le plateau d'origine, tout est rentré dans l'ordre. Il en a conclu que le changement de plateau était la cause de cette erreur.

Analyse

Si on s'en tient à la réglementation européenne, la modification des plateaux/Jeu de pignons est autorisée (modifications de catégorie 4 ne nécessitant pas d'autorisation spéciale). Il faut toutefois que le nombre de dents et le diamètre soient identiques à ceux de la plage d'utilisation de série/originale. En clair, si vous modifiez la transmission, vous devez rester dans les extrêmes d'origine.

Mais cette règle n'explique pas la cause de l'erreur.

Il faut savoir que les paramètres internes du moteur sont réglés en fonction de l'équipement et notamment des développements et du programme proposés par le constructeur du vélo (non modifiables).

Avec un braquet 10x34, on a un développement de 6,95m par tour de pédalier. On atteint les 25km/h (où l'assistance se coupe) dès que l'on tourne à 60 tr/mn (59,95 exactement).

Avec un braquet 10x38, on a un développement de 7,77m par tour de pédalier. Dans ce cas, on atteint les 25 km/h dès que l'on tourne à 54 tr/mn (53,63 exactement) soit un écart par rapport à la monte d'origine >10% (10,54%) .

Comme il y a une relation entre la vitesse d'assistance du moteur et la cadence de pédalage, on peut supposer que s'il y a un trop gros écart entre le montage d'origine et le nouveau montage, le système passe hors tolérances et provoque une erreur.

Bosch n'ayant pas décrit ces règles avec leurs tolérances et n'ayant pu tester ce montage, cela reste une supposition.

On pourrait en déduire, malgré tout, une justification liée à la réglementation européenne décrite ci-dessus.

Si vous changez votre plateau, pensez à ne pas passer sur un plateau trop important. Un 36 suffira peut-être ? Le braquet de 10x36 correspond à un développement de 7,36m et une coupure d'assistance des 25km/h à 57tr/mn (56,61 exactement) soit un écart de 5,26%.

Autre règle à surveiller

Il faut aussi retenir qu'avec une transmission 12v, il faut rester dans les limites de 30 à 38 dents pour le plateau, afin d'éviter les problèmes de suspension et de tension de chaine ; vous allez avoir un effet d'anti-squat et/ou de kick-back, c'est-à-dire que vous aurez un "blocage" de la suspension ou un retour dans le pédalier par la surtension de la chaine (voir PEDALIER).

Bien entendu, ce n'est pas une règle immuable. Vous devrez faire des essais avec les caractéristiques de votre vélo (indépendamment du risque d'erreur moteur cité plus haut si vous dépassez les tolérances).