Quand on pense aux performances d'une automobile, on pense généralement à la puissance, au couple et à l'accélération de zéro à -60. Mais toute la puissance générée par un moteur à pistons est inutile si le conducteur ne peut pas contrôler la voiture. C'est pourquoi les ingénieurs automobiles ont porté leur attention sur le système de suspension presque dès qu'ils ont maîtrisé le moteur à combustion interne à quatre temps.
La fonction d'une suspension de voiture est de maximiser la friction entre les pneus et la surface de la route, d'assurer la stabilité de la direction avec une bonne tenue de route et d'assurer le confort des passagers. Dans cet article, nous allons découvrir comment fonctionnent les suspensions de voiture, comment elles ont évolué au fil des ans et dans quelle direction la conception des suspensions se dirige à l'avenir.
Si une route était parfaitement plate, sans irrégularités, les suspensions ne seraient pas nécessaires. Mais les routes sont loin d'être plates. Même les autoroutes fraîchement pavées présentent de subtiles imperfections qui peuvent interagir avec les roues d'une voiture. Ce sont ces imperfections qui appliquent des forces aux roues. Selon les lois du mouvement de Newton, toutes les forces ont à la foisampleuretdirection. Une bosse sur la route provoque un mouvement de haut en bas de la roue perpendiculaire à la surface de la route. L'ampleur du mouvement dépend bien sûr du fait que la roue heurte une bosse géante ou une petite tache. Dans tous les cas, la roue de la voiture subit unaccélération verticalecar il passe sur une imperfection.
La suspension de votre voiture maximise la friction entre les pneus et la route et assure la stabilité de la direction.
Sans structure intermédiaire, toute l'énergie verticale de la roue est transférée au cadre, qui se déplace dans la même direction. Dans une telle situation, les pneus peuvent perdre complètement le contact avec la route. Puis, sous la force de gravité descendante, les pneus peuvent s'écraser sur la surface de la route. Il faut un système qui absorbe l'énergie de la roue accélérée verticalement, permettant au cadre et à la carrosserie de rouler sans être dérangés tandis que les pneus suivent les bosses de la route.
L'étude des forces agissant sur une voiture en mouvement s'appelledynamique du véhicule, et vous devez comprendre certains de ces concepts afin de comprendre pourquoi une suspension est nécessaire en premier lieu. La plupart des ingénieurs automobiles considèrent la dynamique d'une voiture en mouvement sous deux angles :
Monter:la capacité d'une voiture à lisser une route cahoteuse
Manutention:la capacité d'une voiture à accélérer, freiner et prendre les virages en toute sécurité
Ces deux caractéristiques peuvent être décrites plus en détail dans trois principes importants :isolement de la route, tenue de routeetvirageLe tableau ci-dessous décrit ces principes et la manière dont les ingénieurs tentent de résoudre les défis propres à chacun d’eux.
La suspension d'une voiture, avec ses différents composants, offre toutes les solutions décrites.
Examinons les pièces d’une suspension typique, en partant de la vue d’ensemble du châssis jusqu’aux composants individuels qui composent la suspension proprement dite.
Contenu
Pièces de suspension pour voiture
Amortisseurs : Amortisseurs
Amortisseurs : jambes de force et barres stabilisatrices
Types de suspension : Avant
Types de suspension : arrière
Suspensions spécialisées : le Baja Bug
Suspensions spécialisées : pilotes de Formule 1
Suspensions spécialisées : Hot Rods
Pièces de suspension pour voiture
La suspension d'une voiture fait en réalité partie du châssis, qui comprend tous les systèmes importants situés sous la carrosserie de la voiture. Ces systèmes comprennent :
Lecadre:composant structurel et porteur qui soutient le moteur et la carrosserie de la voiture, qui sont à leur tour soutenus par la suspension
Lesystème de suspension: configuration qui supporte le poids, absorbe et amortit les chocs et aide à maintenir le contact avec les pneus
Lesystème de direction:mécanisme qui permet au conducteur de guider et de diriger le véhicule
Lepneus et roues: composants qui rendent le mouvement du véhicule possible grâce à l'adhérence et/ou au frottement avec la route
La suspension n’est donc qu’un des principaux systèmes de tout véhicule.
Avec cette vue d'ensemble à l'esprit, il est temps d'examiner les trois composants fondamentaux de toute suspension : les ressorts, les amortisseurs et les barres stabilisatrices.
Les systèmes de ressorts actuels sont basés sur l'une des quatre conceptions de base :
Ressorts hélicoïdauxLes ressorts hélicoïdaux sont le type de ressort le plus courant et sont, en substance, une barre de torsion robuste enroulée autour d'un axe. Les ressorts hélicoïdaux se compriment et se dilatent pour absorber le mouvement des roues.
Ressorts à lamesLes ressorts à lames sont constitués de plusieurs couches de métal (appelées « feuilles ») liées entre elles pour agir comme une seule unité. Les ressorts à lames ont d'abord été utilisés sur les calèches et ont été retrouvés sur la plupart des automobiles américaines jusqu'en 1985. Ils sont encore utilisés aujourd'hui sur la plupart des camions et des véhicules utilitaires lourds.
Barres de torsionLes ressorts hélicoïdaux utilisent les propriétés de torsion d'une barre d'acier pour fournir des performances similaires à celles d'un ressort hélicoïdal. Voici comment ils fonctionnent : une extrémité d'une barre est ancrée au châssis du véhicule. L'autre extrémité est fixée à un bras transversal, qui agit comme un levier se déplaçant perpendiculairement à la barre de torsion. Lorsque la roue heurte une bosse, le mouvement vertical est transféré au bras transversal, puis, par l'action de levier, à la barre de torsion. La barre de torsion tourne ensuite le long de son axe pour fournir la force du ressort. Les constructeurs automobiles européens ont largement utilisé ce système, tout comme Packard et Chrysler aux États-Unis, dans les années 1950 et 1960.
Ressorts pneumatiquesLes ressorts pneumatiques sont constitués d'une chambre cylindrique d'air placée entre la roue et la carrosserie de la voiture, et utilisent les qualités de compression de l'air pour absorber les vibrations de la roue. Cette technologie est utilisée aujourd'hui dans de nombreux véhicules de luxe, mais le concept est en réalité vieux de plus d'un siècle et se retrouvait sur les calèches tirées par des chevaux. Les ressorts pneumatiques de cette époque étaient fabriqués à partir de diaphragmes en cuir remplis d'air, un peu comme un soufflet ; ils ont été remplacés par des ressorts pneumatiques en caoutchouc moulé dans les années 1930.
En fonction de l'emplacement des ressorts sur une voiture, c'est-à-dire entre les roues et le châssis, les ingénieurs trouvent souvent pratique de parler demasse suspendueet lemasse non suspendue.
Lemasse suspendueest la masse du véhicule supportée par les ressorts, tandis que lamasse non suspendueLa masse est définie comme la masse entre la route et les ressorts de suspension. La rigidité des ressorts affecte la façon dont la masse suspendue réagit pendant que la voiture roule. Les voitures à suspension lâche, comme les voitures de luxe (pensez à la Mercedes-Benz Classe C), peuvent avaler les bosses et offrir une conduite très douce. Cependant, une telle voiture a tendance à plonger et à s'affaisser lors du freinage et de l'accélération et a tendance à subir des mouvements de carrosserie ou à rouler dans les virages. Les voitures à suspension serrée, comme les voitures de sport (pensez à la Mazda Miata MX-5), sont moins indulgentes sur les routes cahoteuses, mais elles minimisent bien les mouvements de la carrosserie, ce qui signifie qu'elles peuvent être conduites de manière agressive, même dans les virages.
Ainsi, bien que les ressorts en eux-mêmes semblent être des dispositifs simples, les concevoir et les mettre en œuvre sur une voiture pour équilibrer le confort des passagers et la maniabilité est une tâche complexe. Et pour rendre les choses plus complexes, les ressorts seuls ne peuvent pas assurer une conduite parfaitement douce. Pourquoi ? Parce que les ressorts sont excellents pour absorber l'énergie, mais pas aussi bons pourse dissipantil. D'autres structures, connues sous le nom deamortisseurs, sont tenus de le faire.
