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Les amortisseurs

UN BREF HISTORIQUE

tec_shockabsorbers_01.gifAu début des années 1900, les voitures roulaient encore sur des ressorts de chariot. Après tout, les premiers conducteurs avaient des soucis plus importants que leur qualité de roulement – comme de s’assurer que leur voiture circule sur les pierres et dans les ornières qui leur servaient souvent de routes.

Les premiers constructeurs de véhicules ont bientôt dû affronter les défis d’améliorer le contrôle du conducteur et le confort du passager. Ces premiers concepts de suspension comportaient des roues avant fixées à l’essieu à l’aide de fusées de direction et de pivots d’attelage. Cela permettait aux roues de pivoter alors que l’essieu restait stationnaire. De plus, l’oscillation de haut en bas des ressorts à lame était amortie par un dispositif appelé amortisseur de choc.

tec_shockabsorbers_02.gifCes premiers amortisseurs consistaient simplement en deux bras raccordés par un boulon et une plaque de friction entre les deux. La résistance était ajustée en serrant ou en desserrant le boulon.

Comme on peut s’y attendre, les amortisseurs n’étaient pas très durables et la performance laissait beaucoup à désirer. Avec les années, les amortisseurs ont évolué vers des concepts plus sophistiqués.

LE RÔLE DES AMORTISSEURS

tec_shockabsorbers_03.gifAbordons notre discussion sur les amortisseurs par un des points très importants: en dépit de ce que beaucoup de gens pensent, les amortisseurs conventionnels ne supportent pas le poids du véhicule. Le rôle principal de l’amortisseur est plutôt de contrôler le mouvement du ressort et de la suspension. Cela s’accomplit en transformant l’énergie cinétique du mouvement de la suspension en énergie thermique, ou énergie calorifique, pour être dispersée dans le liquide hydraulique.

Les amortisseurs sont fondamentalement des pompes à huile. Un piston est fixé sur le bout d’une tige de piston et repousse le liquide hydraulique dans le tube de pression. Quand la suspension se débat de haut en bas, le liquide hydraulique est forcé de passer dans de petits trous, appelés orifices, dans le piston. Toutefois, ces orifices ne laissent passer qu’une petite quantité de liquide par le piston. Cela ralentit le piston, qui ralentit à son tour, le mouvement du ressort et de la suspension.

La capacité de résistance qu’un amortisseur développe dépend de la vitesse de la suspension ainsi que du nombre et de la grosseur des orifices dans le piston. Tous les amortisseurs modernes sont des dispositifs hydrauliques d’amortissement sensibles à la vitesse – ce qui signifie que plus la suspension se déplace rapidement, plus l’amortisseur offre de résistance. En raison de cette caractéristique, les amortisseurs s’ajustent aux conditions de la route. En conséquence, les amortisseurs réduisent le taux de:

Les amortisseurs fonctionnent selon le principe du déplacement des liquides en compression et en extension. Une voiture ou une camionnette typique offre plus de résistance en cycle d’extension qu’en cycle de compression. Le cycle de compression contrôle le mouvement du poids non suspendu du véhicule, alors que l’extension contrôle le poids suspendu plus lourd.

tec_shockabsorbers_04.gifLe cycle de compression

Au cours du parcours de compression ou mouvement vers le bas, une partie du liquide passe par le piston de la chambre B vers la chambre A et une partie par la soupape de compression vers le tube de réserve. Pour contrôler le débit, il y a trois niveaux de soupapes chacun; dans le piston et dans la soupape de compression.

Au niveau du piston, l’huile coule par les passages d’huile et quand le piston se déplace lentement, les premiers stades d’écoulement entrent en jeu et restreignent le débit d’huile. Cela permet de contrôler le débit de liquide de la chambre B vers la chambre A.

À haute vitesse, la limite des disques du deuxième stade passe par les restrictions de orifice du troisième stade. Le contrôle de la compression est alors, la force qui résulte de la pression la plus élevée dans le chambre B, qui agit sur la base du piston et sur la surface de la tige du piston.

tec_shockabsorbers_05.gifLe cycle d’extension

À mesure que le piston et que la tige du piston montent vers le sommet du tube de pression, le volume de la chambre A est réduit et ainsi, il est soumis à une pression plus élevée que la chambre B. En raison de cette pression plus élevée, le liquide coule par la soupape d’extension à 3 stades du piston dans la chambre B.

Toutefois, le volume de la tige du piston retirée de la chambre B augmente considérablement son volume. Ainsi, le volume de liquide de la chambre A est insuffisant pour remplir la chambre B. La pression dans le tube de réserve est maintenant plus grand que dans la chambre B, forçant la soupape d’admission de compression à sortir de son siège. Le liquide coule alors du tube de réserve vers la chambre B, gardant ainsi le tube de pression plein.

Le contrôle de l’extension est un cadeau forcé résultant de la pression plus élevée dans la chambre A, qui agit sur la partie supérieure de la surface du piston.

LE CONCEPT D’AMORTISSEUR

There are several shock absorber designs in use today:

  • Modèles à tubes jumelés
    • Chargés d’azote
    • PSD
    • ASD
  • Monotube

tec_shockabsorbers_06.gifLe modèle de base à tubes jumelés

Le modèle à tubes jumelés est muni d’un tube interne appelé tube de travail ou tube de pression et d’un tube externe appelé tube de réserve. Le tube externe est utilisé pour stocker l’excès de liquide hydraulique.

l y a plusieurs modèles de support d’amortisseurs utilises aujourd’hui. La plupart utilisent des coussinets de caoutchouc entre l’amortisseur et le châssis ou la suspension pour réduire le bruit et la vibration de la route transmis. Les coussinets en caoutchouc sont flexibles pour permettre le mouvement du débattement de la suspension. Le support supérieur de l’amortisseur est raccordé au châssis du véhicule.

Il faut noter que la tige du piston passe au travers d’un guide de tige et un joint d’étanchéité à l’extrémité supérieure du tube de pression. Le guide de tige garde la tige en ligne avec le tube de pression et permet au piston de se déplacer librement à l’intérieur. Le joint d’étanchéité garde l’huile hydraulique à l’intérieur et la contamination à l’extérieur.

La soupape de base située au fond du tube de pression est appelée soupape de compression. Elle contrôle le mouvement du liquide pendant le cycle de compression.

tec_shockabsorbers_07.gifLa dimension d’alésage est le diamètre du piston et l’intérieur du tube de pression. Généralement, plus l’unité est large, plus les niveaux de contrôle potentiel sont élevés à cause du déplacement du piston plus gros et des surfaces de pression. Plus la surface du piston est grande, moins la pression et les températures de fonctionnement internes sont élevées. Ce qui procure des capacités d’amortissement plus élevées.

Les ingénieurs spécialistes du roulement choisissent les caractéristiques de la soupape pour un véhicule particulier permettant d’obtenir les caractéristiques optimales d’équilibre et de stabilité sous une grande variété de conditions de conduite. Leurs choix de ressorts de soupapes et d’orifices contrôlent le débit de liquide dans l’unité, ce qui détermine le comportement et la maniabilité du véhicule.

tec_shockabsorbers_08.gifTubes jumelés – Modèles chargés d’azote

Le développement des amortisseurs chargés d’azote fut une avancée importante de la technologie du contrôle de la suspension. Cette avancée a résolu plusieurs problèmes de contrôle de la suspension qui surviennent en raison du nombre croissant de véhicules qui utilisent une construction monocoque, des empattements plus courts et l’utilisation accrue de pressions plus élevées des pneus.

Le concept des amortisseurs à tubes jumelés chargés d’azote résout plusieurs problèmes de contrôle de la suspension d’aujourd’hui en ajoutant une charge à basse pression d’azote dans le tube de réserve. La pression d’azote dans le tube de réserve varie de 100 à 150 psi, selon la quantité de liquide dans le tube de réserve. L’azote a plusieurs fonctions afin d’améliorer les caractéristiques de contrôle de la suspension d’un amortisseur.

Le rôle principal de la charge d’azote est de minimiser l’aération du liquide hydraulique. La pression de l’azote comprime les bulles d’air dans le liquide hydraulique. Cela empêche l’air de se mélanger à l’huile et de mousser. La mousse affecte le rendement parce qu’elle peut être comprimée – pas le liquide. Quand l’aération est réduite, l’amortisseur est capable de réagir plus rapidement et de façon plus prévisible, ce qui permet un temps de réaction plus court et aide à maintenir le pneu fermement sur le revêtement routier.

tec_shockabsorbers_09.gifUn avantage supplémentaire de la charge d’azote est qu’elle crée une légère augmentation du taux de rigidité du véhicule. Cela ne signifie pas qu’un amortisseur chargé d’azote élèverait le véhicule au bon niveau si les ressorts étaient affaissés. Cela aide à réduire le roulis, le balancement, la plongée au freinage et l’affaissement à l’accélération.

Cette légère augmentation du taux de rigidité est aussi causée par la différence d’aire de la surface située au-dessus et en-dessous du piston. Avec une aire de surface en-dessous plus grande qu’en dessus, plus de liquide pressurisé entre en contact avec la surface. C’est pourquoi un amortisseur chargé d’azote s’allonge de lui-même.

La dernière fonction importante de la charge d’azote est qu’elle donne une plus grande flexibilité aux ingénieurs pour des modèles de soupape. Dans le passé, des facteurs tels que l’amortissement et l’aération obligeaient à des compromis dans la conception.

Avantages:

  • Améliore la maniabilité en réduisant le roulis, le balancement et la plongée
  • Réduit l’aération, offrant ainsi un registre de contrôle plus grand sur une plus grande variété de conditions de la route comparativement aux unités sans charge d’azote
  • Réduction de l’affaiblissement – les amortisseurs peuvent perdre leur capacité d’amortissement quand ils deviennent chaud en cours d’utilisation. Les amortisseurs chargés d’azote peuvent diminuer cette perte de rendement, appelé affaiblissement

Désavantages:

  • Ne peut être monté qu’en un seul sens

Usages courants:

  • En équipement d’origine sur plusieurs voitures de tourisme, camionnettes et VUS nord-américains
Tubes jumelés- Modèle PSD

Dans notre discussion précédente sur les amortisseurs hydrauliques, nous avons discuté que dans le passé, les ingénieurs spécialistes du roulement devaient faire des compromis entre une soupape souple ou ferme. Avec une soupape souple, le liquide coule plus facilement. Il en résulte un roulement plus doux mais avec une mauvaise maniabilité et beaucoup de roulis et de balancement. Quand la soupape est ferme, les liquides coulent moins facilement. La maniabilité est améliorée mais le roulement peut devenir dur.

Avec l’avènement de la charge d’azote, les ingénieurs spécialistes du roulement ont pu ouvrir le contrôle de l’orifice de ces soupapes et améliorer l’équilibre entre les capacités de confort et de contrôle disponibles chez les amortisseurs traditionnels sensibles à la vitesse.

Un pas au-delà du contrôle de la vitesse du liquide est une percée technologique qui prend en compte, la position de la soupape à l’intérieur du tube de pression. Cela s’appelle Amortissement sensible à la position (PSD).

L’élément principal de cette innovation est la rainure de précision en V dans le tube de pression. Chaque application est ajustée individuellement, en considérant la longueur, la profondeur et la conicité de ces rainures pour assurer un confort de roulement optimum et un contrôle accru. Essentiellement, cela crée deux zones dans le tube de pression.

tec_shockabsorbers_10.gifLa première zone, la zone de confort , est là où se situe la conduite normale. Dans cette zone, le course du piston reste à l’intérieur des limites de la zone médiane du tube de pression. Les rainures en V laissent passer le liquide hydraulique librement autour et à travers le piston dans le milieu de la course. Cette action réduit la résistance sur le piston, assurant un roulement doux et confortable.

La deuxième zone, la zone de contrôle, est utilisée dans les situations de conduite exigeantes. Dans cette zone, le piston se déplace hors de la zone médiane du tube de pression et au-delà des rainures. Tout le débit de liquide est dirigé à la soupape du piston pour plus de contrôle de la suspension du véhicule. Il en résulte une maniabilité accrue du véhicule et un meilleur contrôle sans sacrifier le confort.

Avantages:

  • Permet aux ingénieurs spécialistes du roulement d’aller au-delà de la simple soupape sensible à la vitesse et d’utiliser la position du piston pour mettre au point les caractéristiques de la suspension.
  • S’ajuste plus rapidement aux conditions changeantes de la route et au poids que les amortisseurs réguliers
  • Deux amortisseurs en un – confort et contrôle

Désavantages:

  • Si le niveau du véhicule n’est pas dans les limites spécifiées par le fabricant, la course du piston peut être limitée à la zone de confort

Usages courants:

  • Principalement sur le marché de rechange sous la marque de commerce Sensa-Trac

Tubes jumelés – Modèle ASD

Nous avons discuté des compromis qu’ont dû faire les ingénieurs spécialistes du roulement pour jumeler le confort et le contrôle en un seul amortisseur. Ce compromis a été réduit de façon significative avec l’avènement de la charge d’azote et de la technologie d’amortissement sensible à la position.

tec_shockabsorbers_11.gifUne nouvelle invention dans le compromis entre le confort et le contrôle est une technologie innovatrice qui procure un meilleur contrôle de la maniabilité tout en améliorant le confort de roulement et qui s’appelle Amortissement sensible à l’accélération (ASD).

Cette technologie va au-delà de l’amortissement traditionnel sensible à la vitesse pour se concentrer et affronter le choc. Cette concentration sur le choc est réussie en utilisant un nouveau modèle de soupape de compression. Cette soupape de compression est un système en boucle fermée, qui ouvre une dérivation pour permettre au liquide de passer autour de la soupape de compression.

Ce nouveau modèle spécifique d’application permet des changements infimes à l’intérieur du tube de pression selon les informations provenant de la route. La soupape de compression capte une bosse sur la route et ajuste automatiquement l’amortisseur pour absorber le choc, tout en gardant à l’amortisseur, un contrôle supérieur lorsque requis.

En raison de l’ajustement quasi instantané aux changements de conditions de la route, le transfert du poids du véhicule est mieux géré pendant le freinage et dans les virages. Cette technologie améliore le contrôle du conducteur en réduisant la plongée au freinage et le roulis dans les virages.

Avantages:

  • Un contrôle amélioré sans sacrifier le confort du conducteur
  • La soupape s’ajuste automatiquement aux conditions changeantes de la route
  • Réduit la dureté du roulement

Désavantages:

  • Disponibilité limitée

Usages courants:

  • Principalement sur des applications du marché de rechange sous la marque de commerce Reflex.

Modèle monotube

Ce sont des amortisseurs chargés d’azote sous haute pression constitués d’un seul tube, le tube de pression. À l’intérieur du tube de pression, il y a deux pistons: un piston diviseur et un piston actif. Le piston actif et la tige sont très semblables au modèle d’amortisseur à tubes jumelés. La différence dans l’application réelle est que l’amortisseur monotube peut être monté à l’envers ou à l’endroit et fonctionne des deux façons. En plus de sa flexibilité de montage, les amortisseurs monotube sont une composante importante, avec le ressort, pour supporter le poids du véhicule.

tec_shockabsorbers_12.gifUne autre différence notable est que l’amortisseur monotube n’a pas de soupape à sa base. À la place, tout le contrôle durant la compression et l’extension a lieu au piston.

Le tube de pression du modèle monotube est plus gros que le modèle à tubes jumelés pour convenir à la longueur sans retrait. Toutefois, cela devient plus compliqué d’appliquer ce concept aux modèles de voitures de tourisme équipés en É.O. de modèles à tubes jumelés. Un piston diviseur libre se déplace dans la base du tube de pression, séparant la charge d’azote et l’huile.

La zone sous le piston diviseur est pressurisée à environ 360 psi d’azote. Cette haute pression aide à supporter une partie du poids du véhicule. L’huile est située dans la zone au-dessus du piston diviseur.

Pendant le fonctionnement, le piston diviseur monte et descend quand la tige du piston entre ou sort de l’amortisseur, ce qui garde le tube de pression plein en tout temps.

Avantages:

  • Peut être monté à l’envers, réduisant ainsi le poids non suspendu
  • Peut fonctionner plus froid puisque le tube actif est exposé à l’air

Désavantages:

  • Difficile d’utiliser sur les modèles de voitures de tourisme équipés en É.O. de modèles à tubes jumelés
  • Une bosselure sur le tube de pression détruit l’amortisseur

Usages courants:

  • En équipement d’origine sur plusieurs modèles d’importés et sur plusieurs modèles de voitures de tourisme de performance, VUS et camionnettes nord-américains
  • Disponibles pour plusieurs applications du marché de rechange.