Toute automobile est généralement considérée, en termes de masses, comme un système à deux masses : la masse non suspendue (pneus, jantes, disques de frein…) et la masse suspendue (châssis, moteur, différentiel…). Entre ces deux masses viennent se placer les suspensions, qui revêtent donc une importance considérable pour le fonctionnement même du véhicule. Les suspensions sont en effet des mécanismes grâce auxquels la masse non suspendue est liée au châssis, ce qui permet d’effectuer toutes les manœuvres que le conducteur peut réaliser avec sa voiture, à savoir accélérer, freiner et braquer. Au-delà de cette fonction, les suspensions doivent garantir :
• La tenue de route du véhicule, dans toutes les conditions maîtrisables par le conducteur.
• La définition du réglage du train roulant à travers ses paramètres caractéristiques (par ex. : l’angle de carrossage, le parallélisme,…).
• Le confort du conducteur et des passagers, en absorbant et en amortissant les sollicitations provenant d’une route dégradée.
De manière générale, les suspensions se classent en trois groupes :
• Suspensions à roues indépendantes
• Suspensions à roues dépendantes
• Suspensions à roues semi-indépendantes
Suspensions à roues indépendantes
Les suspensions à roues indépendantes sont des mécanismes dans lesquels les roues appartenant au même essieu sont commandées par des mécanismes séparés l’un de l’autre par le châssis du véhicule. Cela signifie que la dynamique d’une roue de l’essieu est indépendante de celle de l’autre. Dans cette catégorie de suspensions, la plus répandue dans le secteur automobile, le choix entre l’une et l’autre est dicté par les exigences et par les réponses attendues du véhicule en phase de conception. Si l’objectif est de concevoir une voiture économique et de dimensions compactes, la suspension Mc Pherson répond parfaitement à ce cahier des charges. (Sur la photo : la suspension Mc Pherson)
Cette solution consiste à employer l’amortisseur comme élément intégrant de la suspension, ce qui permet de libérer davantage d’espace pour la disposition transversale du moteur. C’est une suspension réalisable avec peu de pièces faciles à produire, caractéristique importante pour contenir les coûts en production de série. Malgré ces qualités, la suspension Mc Pherson reste caractérisée par une structure qui transmet des vibrations à la caisse en raison de la fixation supérieure positionnée sur la coupelle d’amortisseur. Parmi les solutions disponibles pour les suspensions indépendantes, le Mc Pherson provoque d’importantes variations de carrossage en cas de débattement vertical de la roue, ce qui pénalise la stabilité et la géométrie du véhicule. De plus, la tige de l’amortisseur ainsi montée est soumise à des charges de flexion pouvant provoquer des frottements de glissement avec son cylindre ou son fourreau. (Sur la photo : position de la coupelle d’amortisseur sur la caisse)
Une solution technique supérieure au Mc Pherson est la suspension à quadrilatère transversal, et ce grâce au fait que l’on adopte deux bras reliés au châssis, un inférieur et un supérieur, ce qui évite à l’amortisseur d’assurer également des fonctions structurelles, au bénéfice du confort de conduite. La structure adoptée permet de maintenir les paramètres de géométrie dans une plage plus restreinte en cas de débattement de la roue. Généralement, compte tenu de la disposition centrale du moteur et des coûts majorés dus à un plus grand nombre de composants, cette solution est adoptée sur les voitures de Grand Tourisme. Pour les voitures à hautes performances à moteur avant transversal, il est possible d’adopter la configuration à bras supérieur haut afin de réduire l’intrusion dans le compartiment moteur. Par ailleurs, avec l’augmentation du nombre de composants de cette solution, augmente aussi le nombre de rotules sur les articulations, qui peuvent s’user, altérant la géométrie et provoquant une usure irrégulière des pneumatiques. (Sur les photos : 1 – La suspension à quadrilatère transversal, en configuration à bras supérieur haut 2- Les deux types de suspensions à quadrilatère transversal : avec bras supérieur haut (à gauche) et bas (à droite))
Une mention à part revient à la suspension à centres virtuels. Dans la suspension à quadrilatère traditionnelle, le porte-fusée est articulé sur les bras correspondants par deux rotules qui déterminent l’axe de pivot. Il en résulte que l’axe de direction est fortement contraint par la position de ces mêmes rotules, ce qui empêche d’obtenir un déport au sol transversal faible ou négatif, utiles respectivement pour réduire le couple d’action sur le volant et pour une direction réactive, surtout sur les voitures à traction avant, généralement sous-vireuses. (Sur la photo : exemple de suspension à centres virtuels appliquée à une suspension à quadrilatère haut)
Dans la suspension à centres virtuels, l’axe est déterminé par deux points, dont l’un au moins est défini par l’intersection des axes de deux biellettes distinctes qui prennent la place du bras traditionnel, comme le montre la figure ci-dessus. Cette solution permet de résoudre la question du déport au sol transversal, même si cela implique l’ajout d’une rotule sur le porte-fusée et l’adoption de biellettes à géométrie courbe pour des raisons d’encombrement lors du braquage.
Pour l’essieu arrière, on trouve la suspension à bras longitudinaux. Ici, la suspension prend la forme de deux bras oscillants articulés sur une traverse constituée de deux coquilles en tôle emboutie, reliées entre elles par une poutre de section circulaire. L’ensemble se raccorde à la caisse par des silentblocs. Dans l’espace ménagé entre le bras et la tôle prennent place le ressort et l’amortisseur. (Sur la photo : Suspension à bras longitudinaux)
Comme on peut le voir sur l’image ci-dessus, la solution est peu encombrante et permet de dégager de l’espace pour loger le réservoir et/ou la roue de secours. Les composants adoptés sont légers, ce qui garantit une masse non suspendue réduite, avec des avantages en termes de confort et de conduite. De plus, la fabrication et l’assemblage de cette solution sont simples et économiques. En revanche, les bras peuvent subir une déformation sous des charges transversales, contribuant à un comportement survireur du véhicule, et le rattrapage du carrossage n’est pas assuré.
Pour garantir une meilleure stabilité lorsque la suspension est soumise à des charges, on adopte la solution à bras longitudinaux guidés. Comme on peut le voir sur l’image ci-dessous, la rigidité et la stabilité de la suspension sont assurées par les biellettes 2 et 3. Grâce à cet aménagement, un rattrapage du carrossage est possible en cas de débattement, même si l’ajout d’éléments supplémentaires constituant la suspension entraîne une complexité de construction et des coûts plus élevés. (Sur la photo : Suspension à bras longitudinaux guidés)
La suspension Multilink est une solution technique complexe, dans laquelle le porte-fusée est relié à la caisse par cinq biellettes, qui n’autorisent que le débattement vertical de la roue. En considérant l’image ci-dessous, le seul mouvement permis l’est grâce à la biellette de fausse direction (biellette 3), qui empêche la roue de pivoter autour de son propre axe. Cette solution permet de stabiliser les variations de parallélisme et de rattraper le carrossage. En revanche, il s’agit d’une solution complexe, coûteuse et très sensible à l’usure des éléments élastiques. (Sur la photo : Suspension Multilink)
Suspensions à roues dépendantes
Cette catégorie de suspensions ne comprend que le vieux pont rigide à lames. En référence à l’image ci-dessous, les porte-fusées sont reliés par le pont 1. Les ressorts à lames 2 sont fixés au pont par des brides et des boulons. Le ressort à lames est lié à la carrosserie grâce à l’œil fixe 3 et aux jumelles 4, qui permettent au ressort de se déformer en cas de débattement. Il est évident que le pont rigide est de construction simple et garantit un rattrapage complet du carrossage. Mais il ne permet pas le réglage du carrossage et du parallélisme, ne dispose pas d’une rigidité au roulis élevée et n’assure pas un bon niveau de confort. (Sur la photo : Suspension à pont rigide)
Pour améliorer la cinématique du pont rigide, on adopte quelques aménagements qui consistent à recourir à des tringleries particulières. Ci-dessous, deux exemples de réalisation : la barre Panhard et le parallélogramme de Watt. (Sur la photo : Exemples de ponts rigides guidés)
Suspensions à roues semi-indépendantes
Dans cette catégorie, la seule solution existante est la suspension à essieu de torsion. Les roues sont semi-indépendantes dans la mesure où les bras oscillants 1 sont reliés entre eux par une poutre profilée, caractérisée par un certain degré de torsion. Une solution simple de construction et d’assemblage. Elle permet d’obtenir des masses non suspendues plus contenues et de garder sous contrôle le carrossage et le parallélisme. En revanche, la poutre est un élément élastique soumis à des contraintes qui peuvent compromettre sa fonctionnalité, et elle se caractérise par une faible rigidité au roulis. (Sur la photo : Suspension à essieu de torsion)
Testo: Riccardo Casini
Foto: © Car-Shooters e poi:
Images tirées de « L’Autotelaio-Progetto dei componenti », de Giancarlo Genta et Lorenzo Morello, Ed. ATA
Images de la suspension McPherson et des exemples de ponts rigides guidés tirées de « L’assetto-Teoria e pratica per la messa a punto dell’assetto », de Flavio Facchinelli, Ed. Motor Books Tech