Comprendre la suspension

Sep 15, 2023

Les VOITURES sont agréables à regarder, mais elles sont plus amusantes lorsque vous sautez dedans et que vous les faites accélérer, freiner ou prendre des virages serrés. Bien que ce soient les pneus qui adhèrent à la route, c'est le travail de la suspension de relier le caoutchouc à votre streeter afin qu'il puisse fonctionner au mieux de ses capacités.

Cet article a été publié pour la première fois dans le numéro de mai 2009 de Street Machine

Sans un certain type de système de suspension, vos pneus sauteraient sur la route sans beaucoup d'adhérence, alors jetons un coup d'œil aux bases de la suspension, aux avantages des différentes conceptions, à la façon dont leurs attributs physiques sont liés au comportement de votre voiture et à la façon dont vous pouvez améliorer les choses pour meilleure adhérence et maniabilité.

À L'AVANT

VOUS verrez l'un des trois systèmes de base sous le nez de votre streeter : un essieu solide, un bras triangulaire double ou une jambe de force MacPherson. Un essieu plein est une poutre qui relie les roues avant. Cette configuration est courante sur les voitures d'avant les années 40 ; il est encore utilisé dans les camions aujourd'hui. Il doit être remplacé par un bras triangulaire moderne ou une jambe de force MacPherson si vous souhaitez une gestion des performances.

Double bras en A

La configuration commune des bras triangulaires jumeaux utilise des structures supérieures et inférieures articulées (bras) qui sont fixées au corps à une extrémité et aux montants de suspension à l'autre.

Le système de jambe de force MacPherson utilise un seul élément vertical entouré d'un ressort et contenant l'amortisseur. Ce système a fait ses débuts en Australie sur le VB Commodore de 1978 et reste utilisé. Sur le papier, les doubles bras triangulaires offrent une meilleure géométrie, mais l'excellente maniabilité de nombreuses voitures équipées de jambes de force MacPherson montre qu'il peut être conçu pour fonctionner extrêmement bien.

Jambe de force MacPherson

CARROSSERIE, CHASSE ET ORTEIL

L'angle de vos pneus avant par rapport à la verticale vu de l'avant est appelé carrossage. Plus près du haut que du bas se trouve le carrossage négatif; le carrossage positif est le contraire. Les pneus offrent une adhérence maximale lorsqu'ils sont assis près de la perpendiculaire à la route ; en pratique, cela signifie qu'un peu de carrossage négatif est préférable car le pneu extérieur se redressera lorsque la voiture se penchera dans les virages.

Sur une vue latérale d'une roue, si vous tracez une ligne à travers les joints à rotule supérieur et inférieur, elle sera inclinée. C'est ce qu'on appelle le lanceur. Un système de suspension a une chasse positive si cette ligne se penche vers l'arrière en haut. La chasse positive fait que les roues avant se redressent lorsqu'elles avancent, ce qui améliore la stabilité en ligne droite - les voitures de traînée ont beaucoup de chasse. Malheureusement, l'augmentation de la chasse augmente l'effort de direction.

Angle de chasse

L'orteil est plus facile à voir sur un coureur à roues ouvertes. En regardant d'en haut, le pincement est la condition lorsque les avants des pneus sont plus éloignés que les arrières - le pincement est l'inverse.

Le pincement rend une voiture plus stable, tandis que le pincement encourage l'amorce d'un virage. Le pincement fait également errer la voiture, de sorte que les tramways fonctionnent généralement avec le pincement, ce qui les rend plus faciles à conduire en ligne droite, tandis que les coureurs sacrifient la stabilité pour des virages plus serrés. Un pincement excessif vers l'intérieur ou vers l'extérieur entraînera une usure excessive des pneus.

RAYON DE FROTTEMENT

Lorsqu'elle est vue de côté, notre ligne imaginaire qui traverse les rotules supérieures et inférieures forme l'angle de chasse. Cependant, vu de face, il forme l'axe de direction ou l'inclinaison du pivot d'attelage - même si les voitures n'ont plus de pivot d'attelage. Lorsque vous regardez de face, si la ligne s'incline vers l'intérieur en haut, c'est une inclinaison positive du pivot d'attelage. Avec une inclinaison positive du pivot d'attelage (la plupart des voitures particulières), cette ligne atteindrait le sol à un point situé à l'extérieur du point central de la zone de contact du pneu. La distance entre ces points est connue sous le nom de rayon de brossage. Le rayon de frottement signifie que le pneu ne pivote pas autour de son centre lorsqu'il est tourné ; il trace plutôt un arc. Le rayon de frottement positif fonctionne avec la roulette pour ajouter de la sensation et aider la tendance à l'auto-redressement présente dans tous les systèmes de direction bien conçus. Un rayon de frottement trop important entraîne une usure élevée des pneus et une direction lourde.

Inclinaison du pivot d'attelage

DIRECTION DE BUMP

IL EST essentiel de reconnaître que pratiquement tous les bras, biellettes et éléments de suspension se déplacent en arcs. L'analyse des interactions entre ces arcs est fondamentale pour comprendre les systèmes de suspension. Les tirants de direction en sont un bon exemple. S'ils se déplacent dans des arcs différents par rapport aux bras de direction (attachés aux fusées d'essieu ou aux montants), ils tireront sur les bras de direction et feront tourner les roues, notamment lors du mouvement de suspension vers le haut, d'où le terme bosse de direction.

Dans cette configuration particulière, le déplacement des points de montage du bras de direction à l'extrémité de la crémaillère vers l'intérieur ou vers l'extérieur ajuste la direction de choc

Il est pratiquement impossible de l'éliminer complètement et les voitures sont très sensibles à un braquage excessif, il doit donc être réduit pour une bonne maniabilité. La direction par bosses est un problème avec certaines conversions de direction du marché secondaire, en particulier la conduite de gauche à droite et certaines conversions à crémaillère et pignon - elles ont une mauvaise tendance à se déplacer hors ligne (sans bouger le volant) lors de la conduite sur l'autoroute.

Melbourne Performance Center modifie cette face avant LJ Torana pour les compétitions de style Targa. Les deux bras de commande ont été encadrés pour améliorer la rigidité, tandis qu'une crémaillère de style course a été ajoutée pour affiner la réponse de la direction et permettre des ajustements de la direction.

ACKERMAN

PENDANT un virage, la roue intérieure doit tourner plus loin que la roue extérieure. Ceci est réalisé soit en plaçant les bras de direction attachés aux montants à des angles de miroir les uns par rapport aux autres (plutôt que de les aligner longitudinalement avec la voiture) ou en plaçant l'ensemble crémaillère de direction/bras de traînée devant ou derrière les points de fixation pour l'extérieur extrémités des tirants. Cela signifie que les tirants seront inclinés vers l'avant ou vers l'arrière afin que leurs extrémités se déplacent sur des arcs différents et tournent chaque roue d'une quantité différente. Pour les petites entrées de direction, la différence n'est pas très grande, mais à mesure que l'entrée de direction augmente, la différence d'angle de rotation de chaque roue augmente également. Cela réduit la charge sur le pneu avant extérieur et est connu sous le nom d'angle d'Ackerman.

Cette voiture HQ Targa a vu son arrière repensé pour accepter un système parallèle à quatre liaisons avec une liaison Watts - des choses sérieuses

À L'ARRIÈRE

Collez votre tête sous l'arrière de votre streeter et vous trouverez soit un différentiel traditionnel (connu sous le nom d'essieu solide ou vivant), des bras oscillants ou une suspension arrière indépendante (IRS). Hormis certaines conceptions antérieures aux années 40, les essieux solides se répartissent en trois catégories déterminées par la manière dont ils sont attachés à la voiture. Les ressorts à lames localisent le différentiel transversalement et forment le système de ressort, tandis que les systèmes de suspension multibras utilisent des ressorts hélicoïdaux séparés. Le plus simple des systèmes à liaisons multiples est le système à « quatre liaisons triangulées » de style HQ/Torana, où les bras supérieurs sont inclinés pour fournir un emplacement latéral pour le boîtier de différentiel. De là, vous passez aux systèmes traditionnels à quatre barres dans lesquels les barres sont parallèles à l'axe du véhicule. Cette conception nécessite un lien séparé pour interdire les mouvements latéraux, le plus souvent une barre Panhard ou une liaison Watts.

Panhard bar

Une barre Panhard est une barre rigide qui pivote aux deux extrémités ; une extrémité se fixe au boîtier du différentiel tandis que l'autre se fixe au corps/châssis. De toute évidence, l'extrémité de la barre se déplacera en arc de cercle, créant une petite quantité de mouvement latéral lorsque la suspension se déplace de haut en bas - plus la barre est longue, moins le mouvement latéral est important. Une méthode courante de localisation latérale dans les configurations de course de dragsters à quatre barres consiste à exécuter une liaison diagonale d'un coin à l'autre des bras inférieurs, du pivot arrière d'une liaison à l'avant de l'autre. Une autre configuration de course de dragsters populaire consiste à exécuter un court lien pivotant du haut du différentiel jusqu'au rail du châssis.

Système triangulé à quatre barres

La liaison Watts, telle qu'utilisée dans les Supercars V8 et XE à EL Falcons, est plus complexe mais ne souffre pas du mouvement latéral de la tige Panhard. En regardant de l'arrière de la voiture, un lien Watts ressemble à un Z allongé. Il y a de longs bras transversaux supérieurs et inférieurs, chacun étant attaché à la carrosserie/châssis à son extrémité extérieure, et à l'extrémité supérieure ou inférieure d'un lien vertical à son extrémité intérieure. Le lien vertical pivote sur une goupille centrale fixée au boîtier de différentiel. Au fur et à mesure que la suspension monte et descend, elle écrase le Z. Il peut également être monté à l'envers comme les Supercars V8, où la liaison verticale est montée sur la carrosserie et les liaisons horizontales sur le boîtier de différentiel. Cela leur permet de régler rapidement l'arrière en déplaçant le point de pivot de la liaison verticale vers le haut ou vers le bas.

Liaison Watts

Une variante des quatre maillons est la configuration en échelle. Ici, les biellettes supérieures et inférieures se rejoignent en fait à l'avant en un seul point de pivot. La suspension à barre d'échelle fonctionne bien lorsque la suspension monte et descend dans son ensemble, mais souffre de liaison lorsque la voiture se penche d'un côté (dans les virages), ce qui la rend parfaite pour les courses de dragsters mais inadaptée aux voitures de rue.

Barre d'échelle

La bonne chose à propos d'un essieu arrière en direct est que les roues restent droites dans les virages. Cependant, les extrémités arrière sous tension sont lourdes et si une roue heurte quelque chose sur la route, cela affecte la roue opposée.

Quatre maillons

IRS

LES avantages de la suspension arrière indépendante (IRS) sont qu'elle a considérablement moins de poids non suspendu, isole les roues de chaque côté et peut être configurée pour induire un peu de sous-virage en roulis pour aider la voiture à tourner. Cependant, elle peut introduire problèmes de géométrie qui lui sont propres. Le véritable IRS est similaire à la suspension avant à deux bras en ce sens qu'il a un montant (sur lequel la roue est boulonnée) relié à la voiture par deux liaisons pivotantes (bras). La plupart des voitures qui prétendent avoir un IRS sont en fait une configuration à bras oscillant. Dans un agencement à bras oscillant, le moyeu arrière / fusée est fixé de manière rigide à un seul bras de commande pivotant (oscillant) - tous les Commodores IRS entrent dans cette catégorie.

Contrairement à la plupart des systèmes IRS à bras oscillant, la suspension arrière de cette réplique GT40 de Roaring Forties est une conception entièrement indépendante avec des bras de commande supérieurs et inférieurs discrets, tout comme une configuration avant à double bras triangulaire.

RESSORTS

LA carrosserie de votre voiture nécessite un lien flexible avec la suspension pour la maintenir au-dessus du sol - les ressorts hélicoïdaux ou à lames sont les principales options. La raideur du ressort est la quantité de compression qui se produit par unité de force appliquée. Le choix du taux de ressort correct (et des amortisseurs correspondants) est un facteur important pour déterminer la tenue de route de votre voiture.

Il est plus facile de considérer les feuilles comme une feuille solide plutôt que comme plusieurs feuilles. Pendant la bosse, le corps et le tube d'essieu essaient d'aplatir le ressort mais l'arche du ressort essaie de conserver sa forme.

Plusieurs facteurs déterminent le taux d'un ressort à lames. Rendre les feuilles plus épaisses ou plus larges ou augmenter l'arc augmente la raideur du ressort, tandis que l'allongement des feuilles réduit la raideur du ressort. Lorsque vous abaissez un ressort à lames (rendez-le plus plat), vous devez ajouter des feuilles supplémentaires pour maintenir ou augmenter sa raideur de ressort.

Les trois principaux critères pour déterminer la raideur du ressort sont le pas de la bobine, le diamètre du fil et le diamètre global de la bobine. La rigidité du ressort doit être augmentée à mesure que la course de la bosse est réduite (lorsque vous abaissez votre véhicule)

Pour comprendre les ressorts hélicoïdaux, regardez une bobine à la fois. Au fur et à mesure que la bobine se comprime, la barre ronde à partir de laquelle elle est fabriquée se tord. Les trois principaux facteurs déterminant la rigidité d'un ressort hélicoïdal sont le pas de la bobine, le diamètre du fil et le diamètre global. Le nombre de spires par unité de longueur de ressort est connu sous le nom de pas et plus le pas est grand, plus la raideur du ressort est élevée. Les ressorts sont enroulés à partir de fil; plus le fil est épais, plus la raideur du ressort est élevée. À mesure que le diamètre global de la bobine diminue, la raideur du ressort augmente. Pour comprendre pourquoi, regardez le côté de la bobine - chaque bobine ressemble à un levier. Pour obtenir la même quantité de compression, les « leviers » d'un petit ressort doivent se tordre davantage que les « leviers » d'un gros ressort. Les ressorts utilisés dans les configurations à ressorts hélicoïdaux sont assez fins par rapport aux ressorts de type usine, mais ils peuvent être jusqu'à 200 % plus rigides !

TAUX DU PRINTEMPS

VOUS conduisez sur la route et vous heurtez une bosse ; l'énergie est transférée dans la suspension, déplaçant la roue vers le haut — c'est le travail du ressort d'absorber cette énergie. Cependant, comme il n'y a qu'un certain débattement de suspension, à la fin de ce mouvement se trouve une butée de suspension pliable pour empêcher les composants métalliques de la suspension de s'écraser contre le métal de la voiture. Vous voulez que les ressorts arrêtent le débattement de la suspension avant qu'elle n'atteigne la butée, car la suspension n'est pas une suspension une fois qu'elle est bien appuyée contre le corps.

Si votre voiture a quatre pouces de débattement et que vous l'abaissez de deux pouces, vous devez augmenter la raideur du ressort afin que les ressorts puissent arrêter le débattement de la suspension sur cette distance plus courte. Tout expert en suspension qui vous dit qu'il peut abaisser sensiblement votre voiture et maintenir la rigidité de conduite d'origine en est plein. Si vous essayez cela, ce qui se passe, c'est que la suspension s'effondre continuellement et lorsque cela se produit, des forces astronomiques sont appliquées à la structure du corps car il n'y a pas de course de ressort pour absorber l'énergie. Laissée comme ça, la voiture se déchirera avec le temps.

AMORTISSEURS

Un RESSORT absorbera avec plaisir l'énergie cinétique des composants de la roue et de la suspension. Mais les ressorts dissipent leur énergie stockée par des rebonds répétés. Ce serait non seulement assez inconfortable, mais l'énergie d'une bosse ne serait jamais complètement dissipée avant que vous ne frappiez la bosse suivante. La réponse est l'amortisseur ou l'amortisseur. L'amortisseur accomplit sa tâche en absorbant l'énergie transmise au ressort et en la convertissant en chaleur qui peut être dissipée dans l'atmosphère.

Pour des performances optimales, la soupape de l'amortisseur doit être précisément adaptée à la raideur du ressort, sinon les amortisseurs seront incapables de contrôler correctement le ressort

Un amortisseur se compose d'un corps principal plein d'huile, à partir duquel s'étend un arbre qui est attaché à la voiture. À l'extrémité de cet arbre à l'intérieur du corps se trouve un piston percé de trous. Lors de la compression, ce piston pousse contre l'huile ; le nombre et la taille des trous dictent la vitesse à laquelle l'huile peut s'écouler à travers le piston. Des trous plus nombreux ou plus grands permettent un transfert plus rapide, créant moins de résistance. Des trous plus petits ou moins nombreux limitent le transfert d'huile, créant une plus grande résistance. Plus la force appliquée est grande, plus la résistance au transfert d'huile est grande.

Il y a en fait deux ensembles de trous dans chaque piston - un pour la compression (bosse) et l'autre pour l'extension (rebond). Chaque ensemble est recouvert de disques à ressort qui agissent comme des soupapes. La modification de la taille, du nombre et de l'ordre d'empilement des disques à ressort modifie les caractéristiques de l'amortisseur. Sur certains amortisseurs haut de gamme, les caractéristiques de soupape peuvent être ajustées de manière externe pour régler le comportement de la suspension.

POIDS RESSORT

Le poids UNSPRUNG est toute masse non supportée par les ressorts, comme les roues et les pneus, tandis que le poids suspendu est tout ce qui est supporté par les ressorts, y compris la carrosserie, le châssis et les passagers. Vous voulez réduire au minimum le poids non suspendu. Si vous avez déjà conduit une limousine lourde, vous aurez remarqué que, quelle que soit la taille de la bosse que vous heurtez, vous la remarquez à peine à l'intérieur. En effet, par rapport au poids du véhicule, le poids de la suspension est faible, ce qui lui permet d'absorber l'énergie de heurter une bosse sans perturber le reste de la voiture. Plus la voiture est légère, plus la suspension doit être légère, pour s'assurer que les pneus restent fermement ancrés sur la route tout en minimisant les mouvements de la carrosserie.

CENTRE DE GRAVITÉ

LORSQUE VOTRE voiture prend un virage, elle veut rouler, ce qui provoque un transfert de poids. Cela oblige les pneus extérieurs à supporter plus de charge que les pneus intérieurs, créant une nette réduction de l'adhérence. La différence entre le centre de gravité de votre voiture et la hauteur de son axe de roulis provoque un roulis.

Le centre de gravité (ou centre de masse) est le point unique théorique à partir duquel vous pouvez suspendre votre voiture dans n'importe quelle orientation sans qu'elle essaie de tourner et de se redresser. Dans une voiture de tourisme, ce point est généralement juste en avant du milieu de la voiture à peu près à la hauteur de l'arbre à cames - la position exacte varie d'une voiture à l'autre.

Pendant le roulis, chaque extrémité de la suspension de votre voiture pivote autour d'un point appelé centre de roulis, qui est déterminé par les angles et les points de montage des différents composants de la suspension. L'axe de roulis est une ligne imaginaire qui relie les centres de roulis avant et arrière. C'est le long de cet axe que la caisse roule dans les virages.

Alors qu'est-ce que tout cela signifie? Eh bien, c'est incroyablement complexe, mais voici une description simpliste de la relation entre le transfert de poids et la transmission de force. Les concepteurs utilisent un axe de faible roulis pour rendre la voiture plus stable, généralement plus bas que le centre de gravité. La distance entre le centre de gravité et l'axe de roulis agit comme un levier et provoque le roulis. Le raccourcissement de cette distance entraîne moins de roulis; l'allonger aggrave les choses. L'abaissement de la hauteur de caisse est un moyen de rapprocher le centre de gravité de l'axe de roulis, mais cela affecte également les positions des centres de roulis avant et arrière, et par conséquent l'angle de l'axe de roulis - en raison d'une géométrie différente, abaisser l'avant et l'arrière de des quantités similaires affectent différemment les centres de roulis avant et arrière. Et changer l'angle de l'axe de roulis peut avoir des conséquences diaboliques sur la maniabilité.

BARRES ANTI-ROULIS

Une façon de limiter le roulis consiste à installer des ressorts et des amortisseurs plus rigides, au prix d'une conduite plus dure. Une meilleure option est une barre anti-roulis. Les arceaux de sécurité ressemblent à peu près à un U très large. La longue section centrale est fixée à la carrosserie de la voiture tandis que les extrémités sont fixées aux bras de suspension. Lorsque les deux côtés de la suspension montent et descendent ensemble, la barre pivote simplement dans les supports de carrosserie. Cependant, lorsqu'un côté de la suspension monte et que l'autre côté descend (roulis du corps dans les virages), le mouvement opposé des bras d'extrémité provoque la torsion de la large section centrale de la barre dans ses supports et agit comme un ressort de torsion pour résister au corps. rouleau. Il prend la force appliquée au pneu extérieur et l'utilise pour pousser la voiture vers le bas de l'autre côté. Augmenter l'épaisseur de la barre ou raccourcir les vérins d'extrémité augmente sa rigidité.

CONCLUSION

'Comment faire votre poignée de voiture' par Fred Puhn

NOUS AVONS à peine effleuré la surface de la suspension ici.

Pour un examen approfondi, prenez une copie de :

- Comment faire votre poignée de voiture par Fred Puhn ;

- Suspension de voiture de compétition par Alan Staniforth

- ou Chassis Engineering par Herb Adams.

Nous avons également parlé à Advantage Suspension (03 9555 2633), Roaring Forties, Melbourne Performance Center (03 9761 7775) et RRS (02 9907 3755) pour assembler cette histoire.