Suspension de véhicule
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Les suspensions sur un véhicule, sont les éléments permettant de relier les masses non suspendues (typiquement la roue, les systèmes de freinage, d'entraînement de roue, etc) aux masses suspendues (typiquement le châssis, le moteur et tous les composants du véhicule fixés au châssis).
L'utilisation de la suspension est imposée par les irrégularités de la surface sur laquelle se déplace le véhicule. Elle en diminue l'impact sur l'engin, évitant des ruptures et une usure excessive, améliorant le confort de conduite et maintenant le contact entre les roues et le sol malgré ses irrégularités : condition indispensable à la tenue de route. Par ailleurs le fait qu'un véhicule possède une masse nécessite l'utilisation d'un mécanisme de rappel pour éviter que le système ne s'affaisse indéfiniment au fur est à mesure des aspérités du terrain.
Ainsi, la suspension se compose au minimum d'un bras de liaison entre les masses non suspendues et les masses suspendues, d'un ressort et d'un amortisseur. Dans certain cas, les bras de suspension sont aussi appelés triangle de suspension, dénomination due à leur forme.
On distingue aussi les suspensions indépendantes, sur un même essieu la partie gauche est séparée de la partie droite, des suspensions essieux rigide où les parties gauche et droite sont liées.
Certaines explications peuvent nécessiter la lecture au préalable de l'article géométrie de suspension notamment pour les véhicules terrestres.
Sommaire |
[modifier] Différents types de suspension
- Glossaire
- porte-fusée : aussi appelé porte-moyeu, c'est la partie mécanique qui supporte le roulement mécanique et donc indirectement le moyeu (ou fusée). Elle supporte également la partie fixe du freinage. C'est aussi cette pièce qui est orientée lors d'une action sur la direction.
- triangle : bras de suspension typique des suspensions Mac-Pherson et double triangulation.
- train avant/arrière : système complet de suspension avant ou arrière (incluant les parties mécaniques de gauche et de droite).
- Barre anti-roulis, système limitant le roulis du véhicule en assurant une connexion souple entre les composants gauche et droit d'un train.
On distingue un grand nombre de suspensions. En pratique, leur utilisation dépend en grande partie de la charge à transporter, des coûts de fabrication et du type de véhicule.
[modifier] La suspension à ressorts à lames
La suspension avec des ressorts à lames est très anciennes et était déjà largement utilisée par les carrioles, chariots et véhicules hippomobiles. Elle fut la première à être utilisée dans l'automobile mais fut remplacée par celle à ressort à boudin lorsque la traction avant s'est répandue. En effet, ce dernier système demande une mécanique de transmission du mouvement plus complexe aux roues avant. On doit naturellement adjoindre un amortisseur au ressort afin d'absorber le mouvement.
Le ressort à lames consiste en une série de lames superposées qui ont des longueurs de plus en plus faibles mais toutes centrées l'une sur l'autre. Les extrémités de la lame la plus longue sont attachées au véhicule alors que la roue est attachée au centre des lames. On peut décrire ainsi les caractéristiques du ressort :
- la plus longue lame, ou lame maîtresse, doit avoir une section suffisante pour résister seule à l'effort tranchant, ainsi que pour permettre la liaison avec les éléments extérieurs. Son extrémité n'est donc jamais triangulaire mais toujours façonnée en fonction des besoins ;
- pour éviter que le ressort « baille », c'est-à-dire que les lames décollent, on donne à ces dernières une courbure qui croît de la lame maîtresse, la plus longue, aux plus courtes. Il faut alors que les épaisseurs des lames aillent en décroissant, sinon on dépasserait de plus en plus largement la limite d'élasticité ;
- l'extrémité des lames n'est jamais taillée en pointe, mais coupée droite, terminée en trapèze ou encore amincie et arrondie selon un profil parabolique.
 lames droites |
 lames trapézoïdales |
 lames à extrémités paraboliques |
 Ressort à lames sur un véhicule |
[modifier] La suspension de type Mac-Pherson
C'est la plus utilisée des suspensions en automobile aujourd'hui, elle est de type indépendante. Elle se compose d'un bras de suspension (ou triangle) unique. La jonction entre les masses suspendues et non suspendues est effectuée par une rotule côté roue et un axe côté châssis (pour permettre différents réglages). Un système d'amortisseur et ressort est fixé de manière rigide au porte-fusée.
Ce type de suspension est très répandu dans la voiture de série, le système est simple donc peu coûteux. Il est également très efficace dans la mesure où il maintient le pneu perpendiculaire au sol quand l'automobile prend du roulis il y a prise de carrossage négatif à l'enfoncement. Cela assure une très bonne tenue de route latérale. Les trains avants des voitures de « Monsieur tout le monde » en sont équipés. On y adjoint généralement une barre anti-roulis pour améliorer le comportement physique du châssis.
[modifier] La suspension à pont oscillant
Ce type de suspension est très exploité en automobile, il est de type essieu rigide. Il n'y a qu'un seul bras de suspension en forme de fourche. La partie entre les deux branches est plus ou moins souple en torsion ; cette souplesse intervenant pour limiter la prise de roulis. Les masses non suspendues gauche et droite sont fixées sur le pont arrière, en bout des branches. On utilise un axe monté sur roulement mécanique pour les roues. Les masses suspendues sont fixées à la partie entre les deux branches à l'aide d'un axe. Un système d'amortisseur et ressort est fixé à l'aide d'une rotule sur le bout des branches.
Ce type de suspension se trouve sur les trains arrières de la voiture de série. La prise de carrossage est nulle à l'enfoncement de la suspension. C'est une suspension économique, ce qui explique son utilisation. La difficulté de mise en place d'une direction efficace interdit son utilisation sur le train avant. Sur certains types de voiturettes légères à propulsion, le moteur peut y être fixé. Cette suspension s'accorde particulièrement lorsque le système nécessite une adhérence longitudinale (motricité typiquement pour les véhicules à propulsion.
[modifier] La suspension à double triangulation
C'est ce qui se fait de mieux en automobile, elle est de type indépendante. À l'instar des suspensions Mac-Pherson, on y exploite des triangles. Mais cette fois-ci, on en utilise deux, un dit supérieur et l'autre dit inférieur (par rapport au sol). Le porte-fusée est raccordé par deux rotules, une au triangle inférieur, l'autre au triangle supérieur. Le châssis est raccordé par quatre rotules, soit deux par triangle. Un système d'amortisseur et ressort est fixé à l'aide d'une rotule sur un des deux triangles. On appelle parfois cette suspension suspension à parallélogramme déformable.
Ce type de suspension se retrouve sur la majorité les voitures de compétition et les voitures haut de gamme (GT). Son intérêt réside dans l'infinité de réglages possible en fonction des points d'ancrage des différentes rotules. Ainsi, le carrossage, la chasse, l'antiplongée, etc, sont réglables et peuvent même être variables (voir géométrie de suspension). Mais aussi, à l'inverse de la suspension de type Mac-Pherson, elle assure une meilleure motricité en fonction des réglages appliqués au train. Comme pour la suspension Mac-Pherson, on associe une B.A.R. pour améliorer le comportement physique du châssis.
[modifier] La suspension coulissante
C'est une suspension ou la roue peut se déplacer par coulissement dans un guide. L'ensemble de la structure est rigide.
Cette suspension a longtemps équipé les motocyclettes, où elle a été remplacée par la suspension à bras oscillant.
Elle a l'avantage de permettre la réalisation d'un cadre plus solide (tout l'arrière est rigide), mais permet moins de débattement.
[modifier] La suspension à bras tiré (ou bras oscillant)
Elle n'est pas très utilisée en automobile, sauf pour les charges lourdes (typiquement les remorques de camion et les chars militaires), elle est de type indépendante. Toutefois, son utilisation est massive pour le train arrière des véhicules de type motocyclette, où elle a remplacé la suspension coulissante à l'arrière. Elle est constituée d'un bras de suspension ; la roue et le châssis y sont chacun fixés à l'aide d'un axe. Un système d'amortisseur et ressort est fixé à l'aide d'une rotule sur le bras de suspension.
Ce type de suspension est très compact, ce qui permet l'utilisation de bras de suspension de grande dimension et ainsi de soutenir une très forte charge. Il n'y a pas de prise de carrossage à l'enfoncement d'où l'utilisation pour la motocyclette et les véhicules chenillés. Ce type de suspension assure également une excellente adhérence longitudinale (motricité).
[modifier] La suspension télescopique
C'est la suspension réservée au domaine de la motocyclette et de l'aviation. Elle est installée en utilisant une paire système d'amortisseur et ressort sur le train avant des motocyclette pour permettre une orientation de la roue et limiter la déformation lors des contraintes latérales. Dans le domaine de l'aviation, on utilise un seul système d'amortisseur et ressort, l'orientation étant assurée à l'aide de deux petits bras de suspension (système appelé compas) ne jouant pas d'autre rôle que le guidage (cas également de certaines motos BMW).
Cette suspension est privilégiée pour une raison de légèreté, primordiale en aviation. Les suspensions n'aidant pas au vol, il n'est pas nécessaire d'alourdir l'aéronef avec.
Pour les mêmes raisons de légèreté, ce type de suspension est utilisé sur les motocyclettes, bien que les raisons physiques diffèrent. Dans ce cas, le but est de réduire les masses non suspendues, le train s'en trouvant plus réactif (moins d'inertie). Notons, à ce sujet, que des essais de suspension de type double triangulation ont été tentés sans succès sur motocyclette, l'intérêt étant de limiter la diminution de la chasse à l'enfoncement (voir géométrie de suspension).
[modifier] La suspension oléopneumatique
Ce type de suspension se caractérise par la solution technique retenue pour réaliser les fonctions de ressort et d'amortissement. La solution consiste à remplacer le ressort et l'amortisseur, par l'association en série d'un vérin hydraulique et d'une chambre ressort à gaz.
Le vérin est relié d'une part, à la masse non suspendue (bras de suspension) et de l'autre à la caisse. Le piston, en se deplacant par rapport au cylindre du vérin, déplace un fluide incompressible sous pression (huile) au travers de clapets amortisseurs situé à l'entée de la sphere. La shère est constituée de deux chambres isolées par une membrane. Une chambre contient l'huile poussée par le vérin au travers des clapets, l'autre est remplie d'un gaz sous pression. Le gaz réalise la fonction de ressort par sont elasticité, en exerçant une pression sur la membrane il la répercute sur l'huile du vérin.
Les principaux avantages de ce système sont :
- De procurer une sensation de confort type "tapis volant", une impression de souplesse propre à l'utilisation de gaz pour la fonction ressort.
- Possibilité de faire varier la garde au sol du véhicule, par une variation du volume de fluide ;
- Il permet au véhicule de rester horizontal et ce quelle que soit la charge de chaque essieux.
Ce système équipe principalement sur les automobiles Citroën, même si certain autres constructeurs l'ont utilisé sur leur modèle haut de gamme afin de résoudre l'adéquation masse importante, confort, tenue de route. Certains véhicules utilitaires exploitent des ressorts à gaz en appoint des classique ressorts à lames pour gérer les fortes variations de charges sur les essieux.
Il a été mis en œuvre, en série pour la première fois, sur l'essieu arrière des Citroën Traction haut de gamme, ensuite généralisé aux 4 roues sur les DS/ID. Citroën n'a cesser de faire évoluer sont système par l'ajout de sphères aux caractéristiques différentes associées à une gestion électronique, ce qui permet d'adapter le confort et la tenue de route aux sollicitations du conducteur et à l'etat de la route.
Ce système de suspensions peut être appliqué à tout type de géométrie, même si dans la pratique on le retrouve généralement associé à une géométrie Mac person à l'avant et bras tiré à l'arrière.
