Un vélo électrique Fat Tire est-il votre meilleur choix ? Une analyse physique

Knowledge Sale16 mai, 2024

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Les vélos électriques à gros pneus ont gagné en popularité, captivant les amateurs de cyclisme et les amateurs de fitness. Avec leurs pneus particulièrement larges et leur construction robuste, ces vélos promettent une expérience de conduite unique.

L'évolution des pneus de vélo de montagne

Pendant des décennies, les vélos de montagne étaient synonymes de roues de 26 pouces, avec un diamètre de pneu d'environ 22 pouces (559 mm) et une hauteur de pneu d'environ 2 pouces.

La gamme de gros pneus de TESWAT est idéale si vous envisagez un vélo électrique à gros pneus de 26 pouces (testé par des experts) . Cliquez pour en savoir plus!

Cependant, le début des années 2000 a vu l'essor du « 29er », une taille de roue et de pneu d'un diamètre de 24,5 pouces (622 mm), semblable à la roue de vélo de route « 700c ». Cette taille a gagné en popularité en raison de sa facilité perçue à franchir les obstacles.

Pendant ce temps, certains pilotes préféraient encore la maniabilité agile des roues de plus petit diamètre. L'industrie a répondu avec la taille des roues de 27,5 pouces ou « 650b », trouvant un équilibre avec un diamètre de jante d'environ 23 pouces (584 mm).

À mesure que la taille des roues évoluait, la largeur des pneus évoluait également. Les pneus Fat Bike, mesurant 3,8 pouces (96,5 mm) ou plus larges, ont été conçus pour la neige molle et le sable. Les «pneus Plus», allant de 2,6 pouces (66 mm) à 3 pouces (76 mm), offraient un compromis, échangeant une partie de la vitesse du 29 pouces d'origine contre un volume et une traction accrus des pneus.

Aujourd'hui, les pneus « 29+ » représentent le summum en diamètre et en largeur, s'adressant aux amateurs de VTT d'endurance et de bikepacking.

Simultanément, les largeurs de jantes ont également évolué. Traditionnellement, les jantes d'une largeur interne de 18 ou 19 mm, similaires à celles utilisées sur les vélos de course sur route, étaient courantes. Au cours de la dernière décennie, les largeurs de jantes ont augmenté, équilibrant la rigidité des roues, la rigidité des pneus, le poids et la résistance.

Les largeurs de jantes modernes, choisies en fonction d'une utilisation réelle et de références du marché, améliorent les performances de différentes tailles de pneus.

Texture et friction des pneus

La texture des pneus joue un rôle crucial en termes de performances et de sécurité. La zone de contact, là où le pneu rencontre le sol, se déforme sous la charge, créant des frottements latéraux et longitudinaux nécessaires à la traction.

Les boutons sur le pneu localisent ces contraintes de cisaillement, améliorant ainsi l'adhérence lors des manœuvres telles que le glissement, le carrossage, la conduite et le freinage. Même pour les pneus de voiture, les pressions localisées peuvent être jusqu'à dix fois supérieures à la moyenne, selon la sculpture.

En ce qui concerne les vélos électriques à gros pneus, la croyance commune est que les pneus plus larges offrent une traction supérieure. Le pneu de fat bike 26 × 4 pouces, par exemple, a la zone de contact la plus longue et la plus large, suivi du pneu 29 × 3 pouces plus, du pneu à crampons 29 × 2,3 pouces et du pneu 27,5 × 2,8 pouces.

Cependant, la longueur de la zone de contact ne dépend pas uniquement du diamètre extérieur mais également de facteurs tels que la pression de gonflage, la charge verticale et la carcasse du pneu.

En termes de largeur de zone de contact, un gros pneu de 26 pouces offre une large empreinte, offrant une excellente adhérence sur divers terrains.

Cependant, l'indice de vide, c'est-à-dire la proportion d'espace vide entre les boutons de la bande de roulement, joue également un rôle important.

Un indice de vide plus élevé signifie une meilleure adhérence dans des conditions meubles comme la boue et la neige, tandis qu'un indice de vide plus faible favorise les surfaces dures et rocheuses.

Pression de gonflage sur les gros pneus

La pression de gonflage est un autre facteur critique qui influence les performances des vélos à gros pneus. Une pression plus faible augmente la zone de contact du pneu avec le sol, améliorant ainsi l'adhérence et le confort.

Par exemple, un pneu à crampons de 29 × 2,3 pouces à 25 psi (1,7 bar) offre une empreinte différente d'un pneu slick de 29 × 2,3 pouces à la même pression. Le pneu à crampons de 29 × 2,3 pouces offre la zone de contact la plus large et la plus longue parmi les quatre pneus testés.

Réduire la pression améliore également le confort de conduite en permettant au pneu d'absorber davantage de chocs sur un terrain accidenté. Cependant, cela peut augmenter la résistance au roulement, rendant le pédalage plus difficile, en particulier sur les surfaces lisses.

À l’inverse, une pression plus élevée réduit la résistance au roulement, améliorant ainsi l’efficacité sur les routes pavées mais compromettant l’adhérence et le confort sur les sentiers accidentés.

Vélo électrique à gros pneus S7 pour les balades sur la plage

Poids du cycliste sur gros pneus

Le poids du cycliste est un autre facteur critique qui a un impact sur les performances des vélos électriques à gros pneus. Les cyclistes plus lourds exercent plus de force sur les pneus, ce qui affecte la taille de la zone de contact, la résistance au roulement et le confort de conduite global. Nous pouvons le prouver avec des données et des calculs.

Calcul de la zone de contact avec différents poids du cycliste

Utiliser la formule pour la zone de contact $𝐴$ $UN$ :

$𝐴 = \frac{𝑊}{𝑃}$ $UN = P.$

Considérons deux cyclistes : un pesant 700 N (environ 157 livres) et un autre pesant 1 000 N (environ 220 livres). Supposons la pression des pneus $𝑃$ $P$ est 70 kPa (environ 10 psi).

Pour le pilote 700 N :

$𝐴 = \frac{700 N}{70, 000 {N/m}^{2}} = 0,01 m^{2}$ $UN = \frac{700}{70 000 N/m ^{2}} = 0,01 m^{2}$

Pour le pilote 1000 N :

$𝐴 = \frac{1000 N}{70, 000 {N/m}^{2}} = 0,0143 m^{2}$ $UN = \frac{1000}{70 000 N/m ^{2}} = 0,0143 m^{2}$

La zone de contact pour le cycliste plus lourd est environ 43 % plus grande que celle du cycliste plus léger, ce qui se traduit par une meilleure traction mais une résistance au roulement accrue.

Calcul de la résistance au roulement

Résistance au roulement $𝐹_{𝑟}$ $F$ est donné par:

$𝐹_{𝑟} = 𝐶_{𝑟} \times 𝑁$ $F = C \times N$

Supposons un coefficient de résistance au roulement $𝐶_{𝑟}$ $C$ = 0,005.

Pour le pilote 700 N :

$𝐹_{𝑟} = 0,005 \times 700 N = 3.5 N$ $F = 0,005 \times 700 N = 3.5 N$

Pour le pilote 1000 N :

$𝐹_{𝑟} = 0,005 \times 1000 N = 5 N$ $F = 0,005 \times 1000 N = 5 N$

La force de résistance au roulement pour le cycliste le plus lourd est de 5 N, contre 3,5 N pour le cycliste plus léger. Cette résistance au roulement plus élevée indique que le cycliste le plus lourd devra déployer plus d'efforts pour maintenir la même vitesse.

Exemple pratique

Considérons deux coureurs sur le même sentier de vélo électrique à gros pneus. Le cycliste le plus lourd (220 lb) remarque que s'il a une meilleure traction et une meilleure stabilité sur les surfaces meubles, il lui est également plus difficile de maintenir des vitesses élevées sur les sections pavées en raison de la résistance au roulement accrue. Le cycliste plus léger (157 lb), en revanche, apprécie un pédalage plus facile sur les sentiers lisses, mais peut avoir des difficultés avec la traction dans des conditions meubles.

La physique des vélos électriques Fat Tire : analyse approfondie avec des calculs réels

En analysant cela à travers le prisme de la physique, nous pouvons mieux comprendre pourquoi un vélo électrique à gros pneus est également un excellent choix.

Dynamique des patchs de traction et de contact

La traction est cruciale pour tout vélo, car elle détermine sa capacité à maintenir une adhérence sur diverses surfaces. Pour les vélos équipés de gros pneus , la traction est considérablement améliorée en raison de la zone de contact plus grande, la zone du pneu en contact avec le sol.

Calcul du patch de contact

L' aire de contact d'un pneu peut être analysée grâce aux principes de déformation et de répartition des charges. Lorsqu'un gros pneu roule sur une surface, il se déforme sous le poids du vélo et du cycliste, créant une zone de contact plus grande que celle des pneus plus étroits. Cette déformation répartit la charge sur une plus grande surface, réduisant ainsi la pression par unité de surface.

Considérons un vélo électrique à gros pneus avec les paramètres suivants :

Poids du vélo et du cycliste $𝑊$ $W$ = 1 000 N (environ 220 lb)
Pression des pneus $𝑃$ $P$ = 70 kPa (environ 10 psi)

$𝐴 = \frac{1000 N}{70 kPa} = \frac{1000 N}{70, 000 {N/m}^{2}} = 0,0143 m^{2}$ $UN = \frac{1000}{70 kPa} = \frac{1000}{70 000 N/m ^{2}} = 0,0143 m^{2}$

Ainsi, la zone de contact est d'environ 0,0143 mètres carrés.

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Résistance au roulement

La résistance au roulement est la force qui résiste au mouvement du pneu lorsqu'il roule sur une surface. Cela dépend de facteurs tels que le matériau du pneu, la rugosité de la surface et la déformation. Les gros pneus ont une résistance au roulement plus élevée en raison de leur plus grande surface de contact et de leur plus grande déformation.

Calcul de la résistance au roulement

Résistance au roulement $𝐹_{𝑟}$ $F$ peut être modélisé par :

$𝐹_{𝑟} = 𝐶_{𝑟} \times 𝑁$ $F = C \times N$

Supposer:

Coefficient de résistance au roulement $𝐶_{𝑟}$ $C$ = 0,005 (typique pour les gros pneus sur surfaces dures)
Force normale $𝑁$ $N$ = Poids $𝑊$ $W$ = 1 000 N

$𝐹_{𝑟} = 0,005 \times 1000 N = 5 N$ $F = 0,005 \times 1000 N = 5 N$

Cela signifie que la force de résistance au roulement agissant contre le mouvement du vélo est de 5 N.

Impact de la pression inflationniste

La pression de gonflage affecte considérablement les performances des pneus. Des pressions de gonflage plus faibles, courantes dans les gros pneus, augmentent la taille de la zone de contact et améliorent la traction, mais augmentent également la résistance au roulement. Des pressions plus élevées réduisent la zone de contact, réduisant ainsi la résistance au roulement mais diminuant également la traction et le confort.

Calcul de déformation et de répartition de pression

À des pressions plus basses, les gros pneus présentent une plus grande déformation, augmentant ainsi la zone de contact. La répartition de la pression sur cette zone suit la mécanique de contact hertzienne, où la pression est la plus élevée au centre et diminue progressivement vers les bords.

Donné:

Pression centrale $𝜎_{0}$ $σ$ = 70kPa
Rayon de la zone de contact $𝑎$ $a$ = 0,1 m (en supposant)

$𝜎 (𝑥) = 70 kPa (1 - {(\frac{𝑥}{0,1 m})}^{2})$ $σ (X) = 70 kPa (1 - (0,1 m)^{2})$

À $𝑥 = 0$ $X = 0$ :

$𝜎 (0) = 70 kPa$ $σ (0) = 70 kPa$

À $𝑥 = 0,05 m$ $X = 0,05 m$ (à mi-chemin du bord) :

$𝜎 (0,05) = 70 kPa (1 - {(\frac{0,05}{0,1})}^{2}) = 70 kPa (1 - 0,25) = 52,5 kPa$ $(0,05) = 70 kPa (1 - (0,1)^{2}) = 70 kPa (1 - 0,25) = 52,5 kPa$

Cela montre comment la pression diminue du centre vers le bord de la zone de contact.

Le vélo à gros pneus rouge S7 est tellement accrocheur

Dissipation d'énergie et production de chaleur

Lorsque les gros pneus se déforment, l’énergie est dissipée par hystérésis dans le matériau du pneu, entraînant une génération de chaleur. Le degré d’hystérésis, et par conséquent la perte d’énergie, est plus élevé dans les gros pneus en raison de leur déformation plus importante.

$𝐸_{𝑑} = \int 𝜎 𝑑 𝜖$ $E = \int σ d ϵ$

Supposons le stress moyen $𝜎$ $σ$ = 50 kPa et déformation $𝜖$ $ϵ$ = 0,05 sur la zone de contact :

$𝐸_{𝑑} = 50 kPa \times 0,05 = 2.5 kPa$ $E = 50 kPa \times 0,05 = 2.5 kPa$

Pour une surface de contact de 0,0143 mètres carrés :

$𝐸_{𝑑} \times 𝐴 = 2.5 kPa \times 0,0143 m^{2} = 0,03575 {kN/m}^{2}$ $E \times UN = 2.5 kPa \times 0,0143 m^{2} = 0,03575 kN/m^{2}$

Cela représente l'énergie dissipée par mètre carré de surface de contact.

Stabilité et maniabilité

Les gros pneus améliorent la stabilité grâce à leur zone de contact plus grande, qui répartit le poids du cycliste plus uniformément et offre une meilleure adhérence. Ceci est particulièrement bénéfique sur les surfaces meubles ou inégales. La zone de contact accrue réduit le risque de glissement, ce qui rend les vélos électriques équipés de gros pneus plus sûrs sur des terrains variés.

Cependant, l’augmentation de la surface et de la masse des pneus peut affecter la maniabilité. Le moment d'inertie $𝐼$ $I$ des roues augmente, ce qui rend plus difficile l'initiation et l'arrêt de la rotation.

Calcul du moment d'inertie

$𝐼 = \frac{1}{2} 𝑚 𝑟^{2}$ $je = 2 M ^{2}$

Supposer:

Masse du pneu $𝑚$ $m$ = 2kg
Rayon $𝑟$ $r$ = 0,3 m

$𝐼 = \frac{1}{2} \times 2 kg \times (0,3 m)^{2} = \frac{1}{2} \times 2 \times 0,09 kg \cdot m^{2} = 0,09 kg \cdot m^{2}$ $je = 2 \times 2 kg \times (0,3 m)^{2} = 2 \times 2 \times 0,09 kg \cdot m^{2} = 0,09 kg \cdot m^{2}$

Ce moment d'inertie plus élevé signifie qu'un couple plus important est nécessaire pour modifier la vitesse de rotation, ce qui a un impact sur la maniabilité.

Où acheter le meilleur vélo électrique Fat Tire

Trouver le mélange parfait de qualité, de performance et de prix abordable dans les vélos électriques à gros pneus peut être un défi. TESWAY se distingue comme une marque leader sur le marché du vélo électrique aux États-Unis, proposant des produits haut de gamme qui répondent aux divers besoins des cyclistes.

Les vélos électriques à gros pneus de TESWAY sont dotés de freins à disque flexibles et avancés conçus pour éviter de glisser sur les routes mouillées, garantissant ainsi la sécurité dans diverses conditions météorologiques. Qu'il s'agisse de parcourir les rues de la ville ou d'explorer des terrains accidentés, les vélos TESWAY offrent la stabilité et le contrôle dont vous avez besoin.

Le modèle S7 de la série de vélos électriques à gros pneus de TESWAY est populaire pour ses performances exceptionnelles et son prix abordable. Comme l'a noté Tommy, client satisfait : « C'est le meilleur vélo électrique à gros pneus que j'ai jamais acheté, et il n'est pas cher, à seulement 1 059,99 $. Il répond parfaitement à mes besoins, que ce soit pour faire du shopping ou faire des courses en ville. Même sur de longs trajets, le S7 est une évidence.

Conclusion

La physique derrière les vélos électriques à gros pneus met en évidence leurs avantages et leurs inconvénients. Une traction et une stabilité améliorées, dues à des zones de contact plus grandes et à des pressions de gonflage plus faibles, se font au prix d'une résistance au roulement et d'une dissipation d'énergie accrues.

Que vous fassiez la navette, fassiez du shopping ou entrepreniez de longs voyages, TESWAY a le vélo parfait pour vos besoins. Visitez le site Web de TESWAY ou votre revendeur local pour effectuer votre achat dès aujourd'hui !

FAQ

Pourquoi les cyclistes plus lourds ressentent-ils plus de résistance au roulement sur les vélos électriques à gros pneus ?
Les cyclistes plus lourds éprouvent une plus grande résistance au roulement, car l'augmentation du poids entraîne une plus grande zone de contact, ce qui entraîne une plus grande déformation et une plus grande perte d'énergie lorsque le pneu roule.

Comment le poids du pilote affecte-t-il la taille de la zone de contact des pneus ?
Le poids du cycliste affecte directement la taille de la zone de contact ; un cycliste plus lourd augmente la force exercée sur le pneu, élargissant la zone de contact et améliorant la traction.

Quel est le compromis entre traction et résistance au roulement pour les cyclistes plus lourds ?
Les cyclistes plus lourds obtiennent une meilleure traction grâce à une zone de contact plus grande, mais sont confrontés à une résistance au roulement accrue, ce qui rend plus difficile le pédalage sur des surfaces lisses.

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