Tout savoir sur le cogging : Définition et conséquences

Chaque année, le sim racing se réinvente et révolutionne la manière dont les passionnés de sport automobile vivent leur passion à travers un écran. Grâce à des technologies de plus en plus avancées, l’écart entre le réel et le virtuel diminue à grands pas.

Malgré ces grandes innovations, certains problèmes techniques continuent de persister, allant bien au-delà de l’univers du sim racing et de ses produits.

Le “couple de cogging (Cogging Torque)” d’un moteur, plus communément appelé le “cogging”, est l’un de ces phénomènes qui entraînent des complications techniques. Il impacte significativement la conduite, avec des variations de vitesse en fonction de la position de votre volant. Savoir ce qui en est la cause vous aidera à mieux appréhender vos configurations et setups tout en comprenant pleinement les aspects techniques d’une telle externalité sur vos produits. Toutes ces explications donneront à la fin une marche à suivre pour réduire votre cogging en jeu.

Qu’est-ce que le “Cogging Torque” ou “Couple de cogging” ?

Le cogging se définit par plusieurs éléments. Ce phénomène, qui n’est pas propre à l’univers de la simulation automobile, est une résultante physique bien connue des ingénieurs.

En effet, cet élément indésirable du moteur est le résultat de l’interaction entre les aimants positionnés sur le rotor (la partie tournante de la machine) et les bobines positionnées sur le stator (la partie générant le champ magnétique tournant) du moteur. À chaque passage d’un pôle, ce qui équivaut plus simplement au passage d’un aimant devant la bobine, cela va générer un courant électromagnétique non linéaire, donnant naissance à des points de résistance périodiques (couple résistant) dû au passage d’un aimant à un autre.

Le cogging devient à ce moment là un élément qui contrarie le fonctionnement à faible vitesse du moteur, en générant des ondulations sur le couple (Torque ripple) et des erreurs de positionnement entre le volant et la simulation. La conséquence majeure est des variations de vitesse en fonction de la position. Pour le simracer, le ressenti est alors différent, avec une forme de résistance ou de secousse que l’on perçoit lorsqu’on tourne le volant dans un simulateur de course, ce qui peut rendre la direction saccadée plutôt que smooth.

Dans le cas du simracing, le couple de cogging (Cogging Torque) va impacter les produits équipés de la technologie Direct Drive. Pourquoi ? Parce que les produits Direct Drive sont équipés de cette même technologie électromagnétique, comprenant un rotor, un stator, des aimants, etc. À titre d’indication, c’est cette même technologie qui est utilisée dans vos machines à laver, d’où le fait que le cogging n’est pas un problème exclusivement lié à la simulation de course.

(Excluant au passage toutes les bases de volant utilisant des engrenages, mais qui ont une durée de vie plus limitée et offrent un ressenti moins réaliste.)

Les raisons d’un tel phénomène.

Les raisons déclenchant le cogging sont multiples ! Elles peuvent également générer plus ou moins d’effets. En voici quelques exemples :

1. Le nombre de pôle : Plus le nombre d’aimants est élevé, plus le champ magnétique va varier rapidement sur une distance donnée de rotation.
2. La puissance des aimants :  Des aimants plus puissants augmentent l’intensité du champ magnétique, ce qui peut accroître les variations du couple de cogging. Les forces d’attraction et de répulsion entre les aimants du rotor et les dents du stator deviennent plus prononcées.
3. La conception du noyau ferreux : Le noyau ferreux guide et concentre le champ magnétique produit par les aimants. Un noyau ferreux doté d’une bonne conductivité magnétique peut concentrer le flux magnétique dans des zones spécifiques. Cette concentration peut créer des variations locales du champ magnétique, qui se manifestent par un effet de cogging.
4. L’épaisseur des bobines du stator : Une bobine plus épaisse peut générer un champ magnétique plus intense. Cette intensité accrue va accentuer les variations locales du champ magnétique lorsque le rotor tourne.

Les conséquences du Cogging

Il est certain qu’une base présentant du “cogging” sera plus difficile à contrôler. Le décalage entre la simulation du jeu et le moteur devra être compensé par un système informatique. À chaque passage de pôle, le logiciel devra ajuster la force appliquée pour compenser le couple de “cogging”.

Les “vagues” perceptibles à travers les capteurs, qui servent à contrôler votre moteur, seront récupérées et intégrées directement dans les calculs de pilotage. Ensuite, vous connaissez la suite, des rebonds et des saccades qui compliquent la maîtrise de la position.

3 grandes conséquences :

• Oscillations (Difficulté de contrôle)
• Saccades (Perte de réalisme)
• Vibrations permanentes et non demandées par le jeu (Fatigue)

Il va sans dire que ce phénomène est pénalisant dans le cadre du sim-racing. La pratique nécessite une utilisation à très basse vitesse, voire à l’arrêt, des moteurs.

Comment résoudre le Cogging sur une base Sim racing ?

Si ce phénomène semble, à première vue, très compliqué à corriger, il existe cependant plusieurs méthodes pour contrer ce couple indésirable. Comme pour toute chose, chacune d’entre elles a ses avantages et ses inconvénients.

L’algorithme “anti-cogging”.

Certains logiciels de simulation de course intègrent des algorithmes pour compenser le cogging torque. Ces algorithmes analysent le comportement du volant et ajustent les forces en conséquence pour offrir une sensation plus fluide et naturelle. C’est l’une des méthodes les plus répandues dans le simracing. À adopter seulement si le moteur lui-même ne peut trouver de solution par les matériaux ou la conception de celui-ci.

L’avantage notable de cette solution est qu’elle est très peu coûteuse, mais elle n’échappe pas à certains inconvénients :

• Réduction des ondulations et des saccades par le filtre, mais aussi des effets provenant du jeu.
• Réduction du couple pour compenser les chutes de couple lors du passage de pôle.
• Utilisation de ressources de traitement supplémentaires.

L’optimisation de la topologie du moteur.

Les fabricants peuvent réduire le cogging en optimisant la conception et les matériaux. Le cogging, étant un effet indésirable du moteur, il est important de traiter le problème à la source ! Dès sa conception, l’utilisation de matériaux plus onéreux peut faire une grande différence, par exemple en utilisant des enroulements en cuivre de meilleure qualité.

Pourquoi est-il si important de réduire le “Cogging Torque” en Sim Racing ?

Un phénomène technique qui peut sembler insignifiant à première vue dans une discipline hautement technique, avec laquelle chaque milliseconde d’un mouvement compte et ne peut être ratée, risque d’avoir un impact bien plus grand que ce qu’on pourrait penser.

Le cogging touche à l’essence même de ce que signifie piloter, une quête du réalisme pur qui mène au sommet du podium ! La marche à suivre pour réduire votre cogging se trouve dans votre réflexion, en choisissant votre base en amont !

C’est cette quête qui pousse ingénieurs et pilotes à toujours chercher des solutions pour améliorer leur équipement et, en fin de compte, leur plaisir de conduite.