SUSPENSION : Partim technologies des essieux - Pierre DUYSINX Ingénierie des Véhicules Terrestres Université de Liège Année Académique 2013-2014
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SUSPENSION :
Partim technologies des essieux
Pierre DUYSINX
Ingénierie des Véhicules Terrestres
Université de Liège
Année Académique 2013-2014
1
Références bibliographiques
R. Bosch. « Automotive Handbook ». 5th edition. 2002. Society
of Automotive Engineers (SAE)
T. Gillespie. « Fundamentals of vehicle Dynamics », 1992,
Society of Automotive Engineers (SAE)
T. Halconruy. Les liaisons au sol. ETAI. 1995.
H. Mémeteau. « Technologie Fonctionnelle de l’Automobile ».
4ème édition. Dunod. Paris. 2002.
W. Milliken & D. Milliken. « Race Car Vehicle Dynamics », 1995,
Society of Automotive Engineers (SAE)
J. Reimpell, H. Stoll, J. Betzler. « The automotive chassis:
engineering principles ». 2nd edition. 2001, SAE.
2
Plan de l’exposé
LES SUSPENSIONS A ESSIEU RIGIDE
Généralité
Les essieux hotchkiss
Les systèmes à 4 maillons
Les suspensions de Dion
LES SUSPENSIONS SEMI-RIGIDES
3
Plan de l’exposé
LES SUSPENSIONS INDEPENDANTES
Avec un bras tiré
Avec un bras semi tiré
Avec axe oscillant
Mc Pherson
Double bras en A
Bras en H
5 Bras
4
Données constructives des essieux
5
Les essieux rigides
Sur les essieux rigides, les roues sont montées aux deux
extrémités d’un arbre (rigide) de sorte que les mouvements
d’une roue sont transmis à l’autre roue
Les roues ont des mouvements de carrossages et de braquage
communs
Les essieux rigides moteurs sont utilisés
à l’arrière sur beaucoup de camions ou même sur certaines
voitures (ex pick-up)
à l’avant sur les camions 4 roues motrices
Les essieux rigides sont utilisés
à l’avant des camions lorsqu’une charge importante est à supporter
6
Les essieux rigides
7
Les essieux rigides
Avantages des essieux rigides:
Le carrossage des roues n’est pas affecté par le roulis du châssis,
les inégalités de la route, donc on a une faible prise de carrossage
des roues en virage, excepté celui de la compression différente des
pneus à cause du transfert de charge latéral
L’alignement, la voie et le pinçage des roues sont de facto
préservés, économisant l’usure des pneus
Désavantage des essieux rigides
Le désavantage majeur = sensibilité aux vibrations de shimmy
(=flottement) de braquage
Masse non suspendue élevée
8
Les essieux rigides
9
Les essieux rigides : Hotchkiss
Gillespie Fig7.1: Suspension Hotchkiss
10Les essieux rigides : Hotchkiss
La plus familière et la plus ancienne forme d’essieu rigide
Essieu centré et amorti sur des ressorts à lames
Transmission de la motorisation au moyen d’un arbre muni de 2
joints universels (cardan) montés de manière homocinétique
Les ressorts à lames sont montés longitudinalement et connectés
au châssis à leurs extrémités (une main fixe et une jumelle libre
pour permettre l’extension du ressort)
Les ressorts à lames assurent en outre aussi les fonctions de
guidage latéral et de transmission des efforts longitudinaux
11Les essieux rigides : Hotchkiss
AVANTAGES
(+) Faible coût de fabrication
INCONVENIENTS
(-) Masse non suspendue importante
(-) Friction des ressorts à lame non contrôlée
(-) Voyage de l’essieu
(-) Perte de stabilité lorsque l’on veut faire des ressorts plus
souples, donc plus longs pour les voitures
(-) Déformation latérale ou de torsion trop importante, d’où
réintroduction de bras de traction et de barres de guidage
latéral pour contrer les forces de freinage ou de traction avec
des moteurs puissants
12Les essieux rigides : Hotchkiss
Centre de roulis d’une
suspension hotchkiss avec
un ressort à lames
Milliken Fig 17.44
13Les essieux rigides : Hotchkiss
Heisler Fig 7.7 Micro braquages avec des ressorts à lames
14Les essieux rigides
Essieu rigide: ressorts à lames ou à boudin
15Les essieux rigides : 4 bras
Gillespie Fig 7.2: la suspension à 4 bras
16Les essieux rigides : 4 bras
Réponse aux difficultés des ressorts à lame
Maître choix pour les voitures assez larges avec essieu arrière
moteur
Les bras inférieurs : assurent le contrôle longitudinal
Les bras supérieurs : absorbent les couples de freinage et de
traction et les efforts latéraux
Les bras supérieurs peuvent être remplacés par un bras
triangulaire, mais la fonction reste similaire
17Les essieux rigides : 4 bras
18Les essieux rigides : 4 bras
AVANTAGES - INCONVENIENTS
(+) Possibilité d’utiliser des ressorts hélicoïdaux ou à air donne
lieu à un meilleur confort
(-) Plus cher
(+) Meilleur contrôle de la localisation du centre de roulis
(+) Possibilité de créer des systèmes anti-plongée, anti-
abaissement (anti-squat)
(+) Meilleures propriétés de raideur au roulis
19Les essieux rigides : de Dion
Gillespie Fig 7.3 : Suspension de Dion
20Les essieux rigides : de Dion
A mi-chemin entre les suspensions à essieu rigide et les
suspensions indépendantes, on trouve le système de Dion
(breveté par le conte de Dion et Georges Bouton en 1894).
Système peu répandu
Le différentiel est monté sur le châssis et relié aux roues par des
demi arbres
Les deux porte-roues motrices sont éventuellement reliés par un
tube courbée pour contourner le différentiel
Le tube peut être contrôlé par divers systèmes d’amortissement
21Les essieux rigides : de Dion
AVANTAGES - INCONVENIENTS
(+) Comme les essieux rigides, le système maintient les roues
solidaires, mais les masses non suspendues sont réduites
(+) Contrôle de l’axe est assuré indifféremment par des ressorts
à lames ou des ressorts hélicoïdaux
(-) Possibilité d’avoir un tube coulissant, ce qui ajoute de la
friction au système
(+/-) Un système est nécessaire pour le guidage latéral
(+/-) Meilleur confort que les essieux rigides (masse non
suspendue plus faible) mais moins bon que les suspensions
indépendantes.
22Les essieux rigides : de Dion
Exemples: Smart Fortwo, Alfa GTV6, Mazda Cosmo…
23Les essieux rigides : de Dion
Essieu de Dion Alpha Romeo GTV6
24Les essieux rigides : de Dion
Milliken Fig 17.43 : Suspension de Dion
25Systèmes de restriction latérale
Milliken Fig. 17.16 : Systèmes de restriction du mouvement latéral
26Systèmes de restriction latérale
De nombreux éléments pour contraindre le mouvement latéral:
Paire de bras
Bras en triangle
Barre de Panhard
Liaison de Watt
Pivot dans une glissière
Lorsque l’essieu monte et descend il est nécessaire de maintenir
son mouvement linéaire le long d’un axe vertical
La paire de bras, le triangle, la liaison de Watt et le pivot donnent
tous lieu à un mouvement linéaire
La barre de Panhard crée un mouvement circulaire autour du point
d’encrage. Le mouvement linéaire est approché (R grand,
mouvement petit)
27Systèmes de restriction latérale
Les systèmes doivent également transmettre des forces de
réaction entre masses suspendues et non-suspendues.
Transmission de manière purement latérale sans composante
verticale
Ce couplage doit être contrôlé parce qu’il tend à varier avec la
hauteur de conduite et l’angle de roulis de la suspension
Les paires de bras, le triangle, le tenon glissière n’introduisent pas
de couplage
Présence de couplages parasites latéraux verticaux avec la liaison
de Watt et la barre de Panhard (fonction de l’angle de la barre)
28Systèmes de restriction latérale
Le tenon dans la glissière n’est pas recommandé:
Introduction de jeu
Introduction de friction
La barre de Panhard:
Le couplage latéral – vertical dépendent de son inclinaison dans la
vue de derrière
Le couplage conduit à un soulèvement ou un abaissement de la
masse suspendue en fonction de la direction du virage et de la
position d’accrochage de la barre
La barre de Panhard crée un mouvement approximativement
linéaire si
Longueur de barre = Rayon grand
Mouvements petits
29Les essieux semi-rigides
30Les essieux semi-rigides
Essieu semi rigide de la Golf
31Les essieux semi-rigides
Famille d’essieux assez récente
Utilisés pour l’essieu arrière sur des voitures à traction avant
Origine de leur nom: une poutre essieu doit être mise en torsion
pour permettre le mouvement de roulis de la voiture
La cinématique permet le contrôle de tous les paramètres
exceptés l’anti-squat, parce qu’il n’y a pas de couple de traction
arrière à contre balancer
3 types de géométrie selon la position de la poutre de torsion
Axe de roulis variable en fonction de la géométrie de la poutre
de torsion
32Essieux semi rigides
C'est le type le plus simple : si on schématise à l'extrême, il
s'agit de bras longitudinaux fixés au châssis, articulés par des
roulements, et complétés par un ressort et un amortisseur.
Dans certains cas, les ressorts hélicoïdaux sont remplacés par
des barres de torsion.
Ce type de suspension est très compact, par contre il ne permet
pas de transmettre un couple moteur aux roues, c'est pourquoi
on trouve ce système uniquement sur le train arrière des
voitures à traction avant .
33Les essieux semi-rigides
Type a: poutre de torsion au niveau
des bagues.
Assez semblable à la suspension
indépendante à train tiré
Type b: poutre de torsion à mi-
chemin entre les coussinets et les
centres des roues.
En rebond, mouvement autour des
l’axe des bagues
En roulis, propriétés d’une suspension
indépendante semi-tirée
Type c: poutre de torsion dans l’axe
des roues
Requiert une barre de Panhard pour
le contrôle latéral
34Les essieux semi-rigides
AVANTAGES – INCONVENIENTS
(+) Large distance entre le support minimise les contraintes
structurales
(+) Transfert de force favorable aux membres longitudinaux
(+) Simple à fabriquer
(+) S’attache par deux points seulement
(+) Assemblage simple
(+) Extrêmement robuste
(-) Possibilités cinématiques assez limitées
35Les essieux semi-rigides
Utilisés sur la plupart des voitures européennes de classe
moyenne (segment C: VW- Golf, Fiat Punto…)
36Les essieux indépendants
37Les essieux indépendants
38Les essieux indépendants
Contrairement aux suspensions avec axe rigide, les suspensions
indépendantes autorisent un mouvement indépendant des
roues, c.-à-d. sans affecter la roue opposée.
Presque toutes les nouvelles voitures et les petits camions ont
des suspensions indépendantes à l’avant
Avantage majeur des essieux indépendants: Ils améliorent les
propriétés de confort
39Les essieux indépendants
Avantages
Libère de l’espace pour le compartiment moteur
Donne une meilleure résistance aux vibrations dans la direction
(shimmy et wobble) en découplant les roues et en interposant la
masse de la voiture entre les roues
Fournit une plus grande raideur en roulis par une raideur verticale
donnée
Contrôle facile du centre de roulis par la géométrie des bras
Capacité à contrôler (=minimiser) le changement de l’aire de
contact avec les bonds et rebonds
Plus grand débattement de suspension
40Essieu indépendant à bras tiré
Historiquement : succès de VW
et Porsche durant la seconde
guerre mondiale
Bras tirés, parallèles, de
dimensions identiques,
connectés sur leur avant à des
barres de torsion qui fournissent
le système de ressort
Les roues restent parallèles par
rapport au châssis et prennent
du carrossage avec le roulis du
châssis Gillespie Fig. 7.4
Suspension avant
indépendante
à bras tiré
41Essieu indépendant à bras tiré
42Short Long Arm (SLA) Front Suspension
Gillespie Fig 7.5 Suspension avec bras en A
43Short Long Arm (SLA) Front Suspension
La morphologie la plus répandue parmi les
suspensions des voitures après seconde guerre
mondiale
Deux bras pour maintenir la roue
Les bras supérieurs et inférieurs ont généralement
des longueurs différentes (d’où short long arm)
Les bras sont souvent appelés bras A-arm (USA) et
wishbones (GB), triangle de suspension (en
français)
Variantes (équivalentes):
Le bras supérieur est remplacé par un simple lien
latéral
Le bras inférieur est remplacé par un bras latéral et
une jambe de force en angle
44Short Long Arm (SLA) suspension
Variante: ressort sur le bras supérieur ou inférieur
45Short Long Arm (SLA) suspension
« Double wishbone » Type Moulton
46Short Long Arm (SLA) Front Suspension
Heisler Fig 7.34 : effet des bras inégaux sur la réduction de la variation de voie
47Short Long Arm (SLA) Front Suspension
Les suspensions SLA sont bien adaptées aux
véhicules avec moteur à l’avant et traction
arrière, car elles dégagent de l’espace pour
le moteur longitudinal
Bien adaptés aux véhicules avec un faux-
châssis séparé pour montage de la
suspension et l’absorption des charges
La conception de la géométrie demande
beaucoup d’attention pour obtenir des
bonnes performances
48Short Long Arm (SLA) Front Suspension
La géométrie des bras inégaux peut
améliorer le carrossage de la roue
extérieure au virage en contrecarrant
le carrossage dû au roulis de la
caisse, mais amène souvent un plus
grand carrossage de la roue
intérieure.
Prendre des bras égaux élimine les
conditions défavorables sur la roue
intérieure au prix d’une perte de
compensation sur la roue extérieure
Il faut minimiser la changement
d’aire de contact dans les
débattements
49Short Long Arm (SLA) Suspension
Suspensions double triangle montées sur faux châssis
50Les essieux indépendants : 4 bras
Porsche 993 (arrière)
51Suspension Mac Pherson
Gillespie Fig. 7.6 Système Mac Pherson
52Suspension Mac Pherson
Mc Pherson a développé une suspension de
géométrie similaire aux bras inégaux sur la base
d’une jambe de force (strut).
Le jambe de force est un membre télescopique
incorporant de l’amortissement
La roue est attachée de manière rigide à l’extrémité
basse de sorte que le coulisseau maintient la roue
dans un carrossage défini.
La localisation de la partie basse est réalisée par
des liaisons rigides qui reprennent les forces
latérales et longitudinales
La partie supérieure de la jambe est fixée au
châssis par une rotule
53Suspension Mac Pherson
Parce qu’il est nécessaire de fixer la
jambe à l’intérieur de la roue, les forces
de la roue créent un moment de
retournement qui ajoute de la friction.
On le contrecarre avec un ressort
hélicoïdal en angle sur la jambe.
54Suspension Mac Pherson
Exemples: Fiat Croma, Lancia
Thema, Saab 9000, Fiat Tipo,
Tempra, Lancia Delta, Dedra…
55Suspension Mac Pherson
Système Mc Pherson original
Système combinant
l'amortisseur, le ressort et la
fusée
Le système fait office de fusée.
La barre stabilisatrice sert au
guidage
Le combiné est fixé en bas au
porte moyeu, et en haut
directement sur le châssis.
56Suspension Pseudo Mac Pherson
La fusée (5) est solidarisée au corps du
Mc Pherson
Le bras inférieur (2) est triangulaire et
reprend les forces longitudinales
Avec un seul triangle, pas de contrôle fin
du carrossage dynamique.
Par contre, la présence de ce triangle
inférieur permet de passer des puissances
assez importantes.
Utilisé généralement sur des propulsions
de moyenne gamme, et presque toujours
sur le train avant des tractions.
57Suspension Mac Pherson
AVANTAGES - INCONVENIENTS
(+) Le système Mac Pherson est très compact. Il permet de
placer le moteur transversalement à l’avant et il est souvent
utilisé pour des tractions avants
(+) A cause de la séparation des points d’ancrage sur la
carrosserie, il est bien adapté aux véhicules semi-monocoques
(+) La jambe de force a l’avantage de n’introduire que peu de
pièces et est capable de répartir les charges sur une zone assez
large de la carrosserie
(-) Il demande une hauteur d’installation qui limite le
concepteur dans sa volonté de diminuer la hauteur du capot
58Comparaison des suspensions
59Suspensions arrières multi-points
Miliken Fig 7.33: Suspension 5 points Mercedes
60Suspensions multi-points
61Suspensions arrières multi-points
Récemment, les suspensions multibras (5 liens) se sont
développées (e.g. Mercedes, Corvette après 1984)
L’idée consiste simplement à utiliser 5 barres afin de créer les 5
contraintes cinématiques.
On peut également le voir comme une séparation des bras du
triangles de suspension inférieurs et supérieurs.
Grande flexibilité de la cinématique
Les liens étant reliés par des joints sphériques, ils ne subissent
pas de moments de flexion
L’entièreté du porte roue pivote lors des braquages de roue.
62Suspensions arrières multipoints
Miliken Fig 7.34: Suspension 5 points de la Corvette
63Suspensions arrières multipoints
Le placement et l’orientation des liens suit la même idée que
pour les suspensions 3 liens et 1 triangle de suspension (un
triangle = 2 liens)
Flexibilité de l’approche cinématique: ajuster les liens aux
centres virtuels de rotations
Objectif: obtenir des cinématiques désirées dans le plan frontal
sans compromis avec la cinématique dans le plan latéral.
Autres objectifs : avoir des axes de fusée très courts et des
rayons de ripage très petits et négatifs
64Suspensions arrières multipoints
Gillespie Fig 7.7 : Suspension arrière multi-bras de la Ford Taurus
65Suspensions arrières multipoints
66Suspensions arrière à bras tirés
Souvent utilisé sur les voitures plus coûteuses où on recherche
la performance: e.g. suspension arrière de la Corvette avant
1984
Le bras de contrôle absorbe les forces longitudinales et
moments de freinage et contrôle le tassement et le soulèvement
d’essieu
Les bras indépendants ont l’avantage de réduire la masse non-
suspendue en montant le différentiel sur le châssis
Dans la corvette d’avant 1984, un demi axe monté sur un joint
universel sert de bras de contrôle latéral supérieur avec une
simple jambe de force jouant le rôle de bras latéral inférieur
67Suspensions arrière à bras tirés
Gillespie Fig 7.8 : Suspension arrière de la corvette avant 1984
68Suspensions arrières à bras tirés
69Suspensions arrières à bras tirés
Milliken Fig 7.24 : Suspension arrière à bras tirés
70Suspensions à bras tirés
71Suspensions arrière à bras semi tirés
Les suspensions indépendantes à bras semi-tirés ont été
popularisées sur les BMW et les Mercedes
Axe de pivot généralement autour de 25° par rapport à la
direction transversale de la voiture
Donne un carrossage intermédiaire entre le bras tiré (pas de
changement de carrossage par rapport au châssis) et le bras
oscillant
Le bras semi-tirés donne lieu à un effet de braquage lors des
débattements verticaux
La combinaison braquage / carrossage sur la roue extérieure
au virage agit en sens opposé à la direction de virage, ce qui
génère un roulis sous-vireur de l’essieu arrière.
Mais la souplesse à la force latérale crée lui un effet de
braquage qui peut devenir survireur si non contrôlé
72Suspensions arrière à bras semi tirés
Gillespie Fig 7.9 : Suspension arrière à bras semi tirés
73Suspensions arrière à bras semi tirés
Milliken Fig 7.25 : Suspension arrière à bras semi tirés
74Suspensions arrière à bras semi tirés
75Suspensions arrière à bras oscillant
La manière la plus simple d’obtenir des suspensions arrières
indépendantes
Exemple fameux: la VW coccinelle
Peut être vu comme un cas de bras traîné
Le changement de carrossage est entièrement déterminé par les
axes qui pivotent autour de joints universels (cardan)
Le rayon d’oscillation est court et donc les changements de
carrossage peuvent être importants
Conséquence: difficile d’avoir une bonne performance en virage
de la part d’un bras oscillant
76Suspensions arrière à bras oscillant
Milliken Fig 7.26 : Suspension arrière à bras oscillant
77Suspensions arrière à bras oscillant
Milliken Fig 7.27 : Suspension arrière à bras oscillant
(Corvette d’avant 1984)
78Suspensions arrière à bras oscillant
Gillespie Fig 7.10 : Suspension arrière à bras oscillant
79Suspensions arrière à bras oscillant
Problématique dans toutes suspensions
indépendantes, le phénomène de « jacking »
est critique avec les bras oscillants,
Survient lors des virages lorsque les deux roues
développent des forces latérales importantes,
mais avec la roue extérieure plus chargée
La direction intérieure de la force latérale tend à
soulever le véhicule
Effet:
élévation du châssis (et donc réduction de
sa résistance au retournement)
réduction de la force d’envirage à cause de
la poussée de carrossage défavorable,
conduisant parfois au tête à queue ou au
retournement
Inclure un bras pour limiter le mouvement de la
roue 80Suspensions arrière à bras oscillant
Phénomène de jacking
Bras oscillant utilisés dans les
voitures anglaises telles que les
Triumph et les Sptifire
http://herald-tips-
tricks.wikidot.com/rear-
suspension:jacking-and-tuck-
under_movie
81Suspensions arrière indépendantes
AVANTAGES – INCONVENIENTS
(+) Faible coût
(-) Options limitées pour la cinématique
(-) Le châssis est soulevé par la force latérale en virage
(-) Effet de liaison verticale avec génération de carrossage
positif
82Quelques ressources sur le web
http://bielles.free.fr/bielles-mecanique/suspension.html
http://www.monroe.com.au/trade-corner/tech-info/suspension-
systems/rear-suspensions.html
http://www.carbibles.com/suspension_bible_pg2.html
http://www.monroe.com.au/trade-corner/tech-info/suspension-
systems/front-suspensions.html
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