Système de suspension avant indépendante
Pour surmonter les inconvénients associés à la suspension à poutre rigide, une suspension avant indépendante ( suspension) est utilisée. Le terme suspension indépendante décrit tout système reliant les roues au châssis dans lequel le mouvement d’une roue n’a aucun effet sur l’autre roue. Les avantages et les inconvénients de l’adoption d’une suspension avant indépendante pour les voitures particulières et les fourgonnettes légères sont les suivants:
Avantages.
(a) La force centrifuge est créée dans les carrosseries des véhicules à ressorts lorsque les virages forment un couple de roulis qui incline ou fait rouler la carrosserie vers l’extérieur. Le roulis du corps est rencontré par un couple résistant, produit par le produit des forces de réaction des ressorts et de la distance effective entre eux. Par conséquent, la raideur de réaction nécessaire du ressort pour résister au couple de roulis augmente ou diminue à mesure que la distance effective entre les ressorts diminue ou augmente respectivement. En effet, l’angle de roulis est inversement proportionnel au carré de la largeur effective de la base du ressort.
Dans le cas de l’essieu de poutre, la plus grande distance entre les ressorts dépend de la largeur du châssis, qui supporte les manilles attachées. Mais avec la suspension indépendante utilisant une tringlerie à bras transversaux, la distance effective entre les ressorts est égale à la trajectoire des roues du véhicule. Par conséquent, par rapport à la poutre d’essieu, des ressorts relativement plus souples peuvent être utilisés avec une suspension indépendante sans affecter le roulis de la carrosserie. Les ressorts souples réagissent et dévient avec la plus petite déformation de la route sans transmettre les chocs à la carrosserie et aux passagers du véhicule, et offrent donc un meilleur confort de conduite.
(6) Comme l’énergie de contrainte élastique stockée dans un ressort hélicoïdal ou à barre de torsion est supérieure à celle d’un ressort multi-lames semi-elliptique pour un poids de ressort donné, des ressorts plus légers peuvent être utilisés avec une suspension à triangles indépendante. Dans le cas d’une suspension à triangles indépendants, le ressort n’est nécessaire que pour supporter les charges verticales et absorber les chocs, car la tringlerie de suspension supporte à elle seule les forces d’entraînement, de freinage et latérales. Avec le triangle articulé sur la structure du sous-châssis, l’articulation pivotante de l’axe de la fusée non suspendue suit des arcs par rapport à la structure de la carrosserie à ressort lorsque la suspension rebondit. Ces arcs produisent une trajectoire de roue précise et prévisible dans le plan vertical, ce qui est essentiel pour une géométrie de direction cohérente.
(c) Étant donné que la suspension indépendante a une masse non suspendue inférieure, les roues suivent le contour des irrégularités de la route jusqu’à des vitesses plus élevées que pour la suspension lourde à essieu rigide. En conséquence, le frottement et l’usure des pneus sont réduits avec une suspension indépendante.
(d) Une barre antiroulis, si elle est utilisée conjointement avec la suspension indépendante, fournit la rigidité de résistance nécessaire pour s’opposer au roulis de la carrosserie dans les virages et, par conséquent, des ressorts plus souples peuvent être utilisés pour des charges verticales normales.
(e) Si une suspension séparée ou indépendante de chaque côté de la voiture est utilisée, toute interaction entre les roues de route opposées est réduite, de sorte qu’il y a moins de risques de vacillement des roues en raison de la résonance vibratoire.
(/) La structure du moteur et du châssis peut être abaissée de même que le centre de la voiture afin que
le moteur puisse être avancé pour offrir plus de place aux passagers. g) Une suspension indépendante abaisse généralement le centre de roulis, de sorte que la carrosserie roule avant que les roues ne se détachent de la route, ce qui avertit le conducteur.
Inconvénients.
(a) Le carrossage des roues avec roulis réduit la puissance.
(b) Il y a un léger changement de trajectoire des roues, ce qui provoque un frottement des pneus lors du rebond d’une roue.
(c) Une structure de châssis ou de sous-châssis plus rigide est requise.
(d) Une suspension et des articulations de la tringlerie et du pivot de direction plus compliquées sont nécessaires, de sorte que la suspension devient plus coûteuse et a tendance à s’user davantage.
(e) Les effets de l’ensemble roue déséquilibrée se transmettent plus facilement au volant et sont également plus prononcés.
(f) L’alignement direction-géométrie est plus critique et nécessite une attention plus fréquente. 22.12.1. Types de Suspension Indépendante Avant
Suspension à double triangulation transversale.
La figure 22.57 montre les principaux détails de cette suspension. Dans ce système, deux biellettes, généralement parallèles en position de conduite normale, sont construites en forme de triangle pour fournir une rigidité avant et arrière et résister au couple de freinage. Chaque triangle utilise trois paliers, deux paliers intérieurs se connectant au cadre et un palier extérieur se fixant au triangle de talon, et l’extrémité supérieure à un point du cadre juste au-dessus du triangle supérieur. Le poids du véhicule et la charge utile sont transférés du corps à ressort et de la traverse au sommet du ressort hélicoïdal. Un amortisseur est installé à l’intérieur du ressort hélicoïdal et est fixé par des bagues en caoutchouc à la face inférieure de la traverse fixe et à l’élément triangulaire inférieur. La poussée latérale, le cas échéant, est résistée par la rigidité des éléments triangulaires et des articulations pivotantes et des pivots.
L’avant de la voiture « roule » vers le sol lorsque les freins sont serrés, car les points de pivotement des triangles inférieurs du système à liaison sont normalement parallèles à la route. Pour minimiser ce problème, une géométrie anti-plongée est utilisée dans laquelle le point de pivot arrière du triangle inférieur est placé plus haut que le pivot avant. Lors de l’application des freins avant, le couple de freinage sur le triangle incliné produit une force verticale qui contrebalance la charge supplémentaire transférée des roues arrière aux roues avant.
Fig. 22.57. Suspension transversale à double triangulation.
Lorsque la voiture tourne dans les virages, la carrosserie roule et les deux roues se penchent vers l’extérieur du cercle de braquage, produisant une petite quantité de carrossage (Fig. 22.58A). Lors d’un déplacement en ligne droite, si l’une des roues passe au-dessus d’une bosse ou d’un trou dans la route, seule la tringlerie de suspension individuelle est momentanément déviée vers le haut ou vers le bas sans modifier la hauteur moyenne du corps de suspension (Fig. 22.58B). Il en résulte une suspension totalement indépendante pour chaque roue afin que les vibrations de réaction ne soient pas transmises d’un côté à l’autre.
Fig. 22.58. Effets du roulis de la carrosserie et des surfaces de route irrégulières sur la suspension transversale à double triangulation. A. Les deux roues s’inclinent vers l’extérieur B. Le corps reste droit lorsque le corps de la roue roule. pénètre dans le nid-de-poule et s’incline vers l’intérieur.
Suspension inégale à double triangulation transversale à Voie constante.
Dans cette disposition, le porte-essieu est relié au châssis par deux biellettes. Une tige de rayon semi-traînante résiste aux charges dynamiques longitudinales et au couple de freinage. Le ressort peut être placé au-dessus du porte-essieu supérieur. Des bagues en caoutchouc ou en plastique (PTFE) sont installées aux extrémités intérieures du triangle. Habituellement, une rotule est positionnée à l’extrémité extérieure pour permettre à l’axe de pivotement. Les ressorts hélicoïdaux sont installés dans la position indiquée ou au-dessus du triangle supérieur.
Fig. 22.59. Suspension inégale à triangles doubles transversaux à piste de contenu. A. Longueur transversale égale. B. Longueur inégale transversale.
Triangles de longueur égale (Fig. 22.59A) sont utilisés dans les premières conceptions; en conséquence, la variation de la voie a entraîné une usure considérable des pneus. Pour minimiser ces triangles de longueur inégale (Fig. 22.59B) sont montés, le plus long en bas; cependant, des changements d’angle de carrossage sont maintenant produits. En montant le triangle supérieur légèrement derrière le triangle inférieur, un angle de roulette constant peut être obtenu. L’axe du triangle est parfois incliné vers l’arrière pour obtenir la longueur maximale du triangle sans restreindre l’espace moteur.
Soit un amortisseur à piston est utilisé pour monter les paliers intérieurs du triangle supérieur, soit un amortisseur télescopique est installé au centre du ressort hélicoïdal. Lorsqu’un ressort de barre de torsion est utilisé,
un mouvement important de l’amortisseur télescopique est obtenu en ajustant l’amortisseur en diagonale. Dans cette disposition, l’extrémité inférieure est reliée à l’extrémité externe de la biellette inférieure, ou une barre de torsion est reliée aux extrémités internes de la biellette inférieure.
Suspension MacPherson.
Dans ce type de suspension (Fig. 22.60), un long tube télescopique, incorporant l’amortisseur, est pivotant à l’extrémité supérieure et relié rigidement à l’axe à l’extrémité inférieure. Une liaison transversale unique, fixée au cadre par des bagues en caoutchouc et reliée à l’essieu par une rotule, assure le contrôle de la voie. Le ressort hélicoïdal est installé entre les éléments de suspension fixes et flottants. Une barre stabilisatrice relie les deux biellettes inférieures de la suspension avant et fournit également la rigidité avant et arrière requise. La rotule et la douille en bas servent de pivot à la jambe de direction et à l’axe dans le plan horizontal. Ce joint sert également de joint de suspension pour le mouvement relatif entre le bras de commande de la voie et l’essieu dans le plan vertical.
Comme plusieurs autres systèmes de suspension, l’inclinaison de la roulette, du carrossage et de l’axe de pivotement est réglée pendant la fabrication et ne peut pas être modifiée. L’inclinaison de l’axe de pivotement est l’angle formé entre la verticale et la ligne prise du centre du palier de butée de la jambe de force au centre de la rotule, qui relie la jambe de force au bras de commande de la voie. La jambe de force est réglée sur un angle inférieur à l’inclinaison de l’axe de pivotement pour assurer le dégagement des pneus.
Par le haut de la jambe de force vers le centre du véhicule, il est possible d’obtenir un décalage négatif (rayon de frottement négatif) pour la direction. Lorsque le ressort hélicoïdal est presque entièrement comprimé, une butée de butée installée en haut de la tige de piston sert à rigidifier le ressort de suspension. Le bras de commande de voie triangulaire absorbe les réactions de poussée de conduite et de freinage.
En virage, la caisse roule et les roues extérieures intérieures s’inclinent respectivement vers l’extérieur et vers l’intérieur en fonction de l’ensemble angulaire initial du bras transversal de commande de la voie. Par conséquent, les deux roues produisent un rouleau de carrossage (Fig. 22.61A). Chaque suspension de roue est totalement indépendante de l’autre côté, de sorte que la carrosserie suspendue n’est pas influencée par de petites déviations de roue pendant le mouvement de la voiture (Fig. 22.61B).
Fig. 22.60. Suspension à jambe MacPherson.
Fig. 22.61. Effet du roulis de la carrosserie et de la surface de la route irrégulière sur la suspension MacPherson. A. Les roues s’inclinent vers le centre B. La roue pénètre dans le trou du pot et s’incline vers l’intérieur pendant le roulis. et le corps reste droit.
Bras Oscillant court.
C’est le type de système de suspension indépendant le plus simple. Celui-ci n’utilise qu’un seul bras transversal, appelé triangle et maintenu rigidement à l’axe de roue, par l’intermédiaire d’une articulation de direction à pivotement sur le sous-châssis de caisse. Les fourches à bras triangulaires sont écartées au niveau des points de pivotement pour absorber tout couple de réaction d’entraînement et de freinage uniquement par l’élément de bras oscillant. Le ressort, installé entre la structure de la carrosserie et le bras oscillant, ne supporte que le poids du véhicule. Le bras oscillant et les points de pivotement du sous-châssis absorbent complètement les forces latérales et les réactions.
La caisse roule lorsque le véhicule se déplace sur une piste courbe, de sorte que les deux roues se penchent vers l’intérieur vers le centre de la trajectoire circulaire (Fig. 22.62A), produisant un rouleau de carrossage. Lorsqu’une roue suit un creux ou un obstacle, la flèche associée est confinée à un seul côté de la voiture et le ressort est comprimé sans perturber la hauteur de caisse dans une large mesure (Fig. 22.62B). Avec cette suspension, le moindre balancement du bras modifie considérablement la droiture de la roue au sol. ___
Fig. 22.62. Bras oscillant court. A. Les deux roues s’inclinent vers l’intérieur pendant le roulis.
B. La roue pénètre dans les trous de pot et s’incline vers l’extérieur et le corps reste droit.
Suspension à double bras transversal à barre de torsion.
Une version alternative de suspension à double triangulation transversale intègre un ressort à barre de torsion à la place d’un ressort hélicoïdal de sorte que la résistance élastique soit fournie au changement de la charge verticale de la suspension (Fig. 22.63A). La barre de torsion est située parallèlement aux longerons sous châssis de chaque côté du véhicule. Une extrémité de la barre de torsion est cannelée sur un levier de réaction, boulonnée sur le dessous du corps, tandis que l’autre extrémité est cannelée sur le bras de suspension inférieur supporté par le pivot du trou d’oeil.
Lors de la déflexion de la suspension, le bras de suspension inférieur pivote et tord la barre de torsion, à laquelle résiste le levier de réaction maintenu rigidement à l’extrémité de la barre. Le bras de suspension supérieur complète la géométrie de la chaîne à quatre barres, grâce à laquelle le mouvement vertical de l’essieu arrière qui en résulte maintient toujours les deux roues avant à peu près perpendiculaires au sol. Dans certains systèmes, le pivot du bras de suspension supérieur fait partie d’un amortisseur à levier, dans d’autres, un amortisseur télescopique séparé est installé entre le sous-châssis et le bras de suspension inférieur.
L’ensemble pivot de trou d’oeil permet au bras de suspension inférieur de pivoter et transfère la résilience de la barre de torsion à la suspension (Fig. 22.63B). Le pivot de suspension inférieur a un boîtier de trou d’oeil circulaire monobloc et un goujon boulonné au sous-cadre. Un boulon à œil cannelé est situé au centre du manchon, qui est enfoncé dans le boîtier. Lorsque le bras de suspension inférieur tourne partiellement, la déformation en torsion du caoutchouc occupe tout le mouvement angulaire de sorte que le glissement par frottement entre le boulon à œil et le manchon intérieur de la douille est évité.
Fig. 22.63. Suspension à double bras transversal à barre de torsion.
La résistance élastique statique et dynamique est transférée par les cannelures d’extrémité de la barre de torsion situées dans le même trou cannelé interne dans le bras de suspension inférieur que dans le boulon à œil cannelé. La barre de torsion n’agit donc que comme un ressort et ne fait pas pivoter le bras de suspension inférieur. Un tirant supporte le bras de suspension inférieur et empêche également la torsion horizontale de ce bras lors de l’accélération et du freinage du véhicule.
La hauteur d’assiette du véhicule peut être modifiée en vissant ou en retirant les boulons de réglage du levier de réaction de la barre de torsion. Le roulis et la déflexion en bosse ou en creux de la suspension provoquent une inclinaison de la roue similaire à celle illustrée à la Fig. 22.58. La simplicité et la compacité globales de la suspension avec ressort à barre de torsion sont assez simples et compactes et sont donc choisies pour les applications automobiles.