Cinématique de suspension et dynamique du véhicule
La cinématique de suspension décrit le déplacement et le changement d’orientation de chaque roue lorsque la suspension travaille ou que la direction tourne. La dynamique du véhicule décrit comment les forces, les masses, les pneus et ces mouvements interagissent pendant l’accélération, le freinage, le virage et le passage sur des irrégularités.
Géométrie et forces : deux approches différentes
Une analyse cinématique part des points d’ancrage, des bras, des articulations et des mouvements autorisés. Elle permet de calculer le débattement, le carrossage, le pincement, la position de l’axe de direction, le rapport de mouvement et le centre de roulis géométrique sans supposer au préalable une force de ressort ou d’amortisseur.
Une analyse dynamique ajoute la masse, l’inertie, les forces des pneus, les ressorts, les amortisseurs, les dispositifs antiroulis, les bagues souples, les actionneurs et le temps. Le résultat dépend de la vitesse et de la charge autant que de la géométrie. Deux suspensions ayant un réglage statique similaire peuvent donc réagir différemment en raison de leur raideur à la roue, de leur amortissement, de leur souplesse, de leur masse non suspendue ou de leurs systèmes de commande.
Pour les architectures physiques qui créent ces mouvements, consultez Suspension Construction.
Débattement et géométrie des roues
La compression, aussi appelée bump ou jounce, réduit la distance entre la roue et la carrosserie. La détente, ou rebound, l’augmente. Pendant le débattement, le carrossage et le pincement peuvent varier. Le braquage modifie aussi le plan de la roue et la position de l’empreinte du pneu par rapport au véhicule.
Les ingénieurs définissent ces courbes au lieu d’évaluer uniquement la géométrie à la hauteur de caisse normale. La plage utile doit tenir compte du roulis, du tangage, de la charge utile, du freinage, du couple moteur, des sollicitations de la route et de la marge avant d’atteindre une butée de compression ou de détente.
Ressorts, amortisseurs et rapports de mouvement
La roue déplace rarement le ressort ou l’amortisseur d’une distance identique. La position de montage et la géométrie des bras créent un rapport de mouvement ; la raideur et l’amortissement du composant ne correspondent donc pas directement à ceux mesurés à la roue. Ce rapport peut aussi varier au cours du débattement.
Les ressorts portent la charge et déterminent une grande partie de la relation entre hauteur de caisse et raideur à la roue. Les amortisseurs produisent une force dépendant de la vitesse pour contrôler les oscillations et les mouvements transitoires. Les barres antiroulis et les systèmes actifs ajoutent des forces qui couplent ou contrôlent indépendamment les mouvements des roues et de la carrosserie.
Consultez Suspension Springs, Suspension Dampers et Active Suspension pour les mécanismes de chaque composant.
Mouvement de caisse et transfert de charge
Le pompage est le mouvement vertical de la caisse, le tangage sa rotation autour de l’axe transversal et le roulis sa rotation autour de l’axe longitudinal. La géométrie et les éléments de force contrôlent la réponse de la caisse, mais n’éliminent pas le transfert de charge créé par l’accélération et la hauteur du centre de masse.
Les centres de roulis, l’anti-plongée et l’anti-cabrage décrivent des chemins géométriques de forces. Ils peuvent modifier la part de la réponse de caisse transmise par les bras plutôt que par la déflexion des ressorts. Ils ne suppriment pas le transfert de charge longitudinal ou latéral.
Souplesse et composants réels
Les bagues, supports, bras, berceaux et la carrosserie se déforment sous l’effort. L’élastocinématique décrit les changements de géométrie et de position provoqués par cette souplesse. Elle peut être réglée pour filtrer les chocs ou produire une réponse directionnelle utile, mais une usure ou un dommage excessif peut entraîner des variations indésirables de pincement et de carrossage, du bruit et de l’instabilité.
La suspension complète doit donc être évaluée sur toute sa course, son braquage, ses charges, ses températures, ses tolérances et sa durée de vie. Une seule dimension statique ou une force maximale ne suffit pas à décrire son comportement.