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Principes fondamentaux de suspension

RÔLE DE LA SUSPENSION

En examinant les composantes de la suspension et la façon dont elles fonctionnent ensemble, souvenez-vous qu’un véhicule en mouvement, c’est davantage que des roues qui tournent. Quand les roues tournent, la suspension est en équilibre dynamique, elle compense et s’ajuste continuellement aux conditions de conduite changeantes. La suspension d’aujourd’hui représente le génie automobile à son meilleur.

Les composantes de la suspension effectuent six fonctions de base:

1. Maintenir le bon niveau du véhicule
2. Réduire l’effet des forces des chocs
3. Conserver un bon réglage de la géométrie des roues
4. Soutenir le poids du véhicule
5. Garder les pneus en contact avec la route
6. Contrôler le sens de la marche du véhicule

Toutefois, pour que ceci se produise, toutes les composantes de la suspension, à l’avant et à l’arrière, doivent être en bon état de fonctionnement.

COMPOSANTES PRINCIPALES D’UNE SUSPENSION MODERNE

À cette étape, il est important de comprendre que les composantes principales de la suspension d’un véhicule en mouvement sont les jambes de suspension, les amortisseurs, les ressorts et les pneus. Nous examinerons d’abord le concept et la fonction des ressorts. Dans la section suivante, nous examinerons complètement la fonction et le concept des amortisseurs et des ensembles de jambes de suspension.

Les ressorts supportent le poids du véhicule, maintiennent le niveau du véhicule et absorbent les chocs de la route. Les ressorts sont des liens flexibles qui permettent au châssis et à la carrosserie de se déplacer avec un minimum d’inconvénients pendant que les pneus et la suspension suivent les bosses de la route.

Les ressorts sont un lien compressible entre le châssis et la carrosserie. Quand un poids supplémentaire est placé sur les ressorts ou que le véhicule frappe une bosse sur la route, les ressorts absorbent la charge en se comprimant. Les ressorts sont une composante très importante de la suspension qui procure un confort de roulement. Les amortisseurs et jambes de suspension aident à contrôler comment la vitesse des ressorts et la suspension pourront se déplacer, ce qui est important pour garder les pneus fermement en contact avec la route.

Au cours de l’étude des ressorts, le terme rebond fait référence au mouvement vertical (de haut en bas) de la suspension. Le débattement vertical de la suspension vers le haut qui comprime le ressort et l’amortisseur est appelé écrasement ou compression. Le débattement du pneu et de la roue vers le bas qui allonge le ressort et l’amortisseur s’appelle rebondissement ou extension..

Quand le ressort est infléchi, il emmagasine de l’énergie. Sans amortisseurs et jambes de suspension, le ressort s’allonge et relâche cette énergie à une vitesse incontrôlée. L’inertie du ressort le fait rebondir et trop s’allonger. Alors, il se comprime à nouveau, mais encore une fois, il ira trop loin. Le ressort continue à rebondir à sa fréquence naturelle, jusqu’à ce que toute l’énergie qu’il a reçu à l’origine, soit dépensée.

Si les jambes de suspension et les amortisseurs sont usés et que le véhicule frappe une bosse sur la route, le véhicule rebondit selon la fréquence de la suspension jusqu’à ce que l’énergie de la bosse soit dépensée. Cela peut entraîner une perte de contact des pneus avec la route.

Les jambes de suspension et les amortisseurs en bon état permettent à la suspension d’osciller d’un ou deux cycles décroissants, limitant ou absorbant le mouvement excessif et maintenant les charges verticales placées sur les pneus. Cela aide à maintenir les pneus en contact avec la route.

En contrôlant le mouvement du ressort et de la suspension, les composantes telles que les biellettes de direction fonctionnent dans les limites du registre prévu, et pendant que le véhicule se déplace, le réglage dynamique de la géométrie des roues est maintenu.

MODÈLES DE RESSORT

Avant d’aborder le modèle de ressort, il est important de comprendre ce qu’est le poids suspendu et non suspendu. Le poids suspendu est le poids supporté par les ressorts. Par exemple, la carrosserie du véhicule, la boîte de vitesse, le châssis et le moteur sont un poids suspendu. Le poids non suspendu est le poids qui n’est pas supporté par les ressorts, comme les pneus, les roues et les ensembles de frein.

Les ressorts permettent au châssis et au véhicule de se déplacer sans perturbation quand la suspension et les pneus suivent la surface de la route. La réduction du poids non suspendu réduit le choc de la route. Un poids suspendu élevé et un poids non suspendu faible procurent une meilleure qualité de roulement ainsi qu’une meilleure adhérence des pneus.

Il y a quatre modèles principaux de ressort en usage aujourd’hui: hélicoïdal, à lames, à barre de torsion et pneumatique.

Ressorts hélicoïdaux

Le ressort le plus communément utilisé est le ressort hélicoïdal. Le ressort hélicoïdal est une longueur de tige en acier à ressort enroulée en boudin. Contrairement aux ressorts à lames, les ressorts hélicoïdaux conventionnels ne développent aucune friction entre les lames. Donc, ils procurent un roulement plus doux.

Le diamètre et la longueur du fil de ressort déterminent la force d’un ressort. Une augmentation du diamètre du fil de ressort produit un ressort plus robuste; par contre, s’il est allongé, il devient plus flexible.

Le taux de rigidité, parfois appelé taux de flexion, est utilisé pour mesurer la robustesse d’un ressort. Il s’agit de la quantité de poids requis pour comprimer le ressort de 2,5 cm (1 po). Par exemple: s’il faut 45,4 kg (100 lb) pour comprimer un ressort sur 2,5 cm (1 po), il faudra 90,8 kg (200 lb) pour comprimer le ressort sur 5 cm (2 po).

ertains ressorts hélicoïdaux possèdent un taux de rigidité variable. Ce taux variable est atteint, soit en fabriquant ce ressort à partir de matériaux dont l’épaisseur est différente ou en enroulant le ressort de telle sorte que le boudin se comprimera progressivement à un taux supérieur. Les ressorts à rigidité variable procurent un taux de rigidité inférieur quand ils ne supportent pas de charge, offrant un roulement plus doux, et un taux de rigidité supérieur quand ils sont en charge, offrant plus de soutien et de contrôle.

Les ressorts hélicoïdaux ne nécessitent aucun ajustement et dans la plupart des cas, sont sans problème. La panne la plus fréquente est l’affaissement. Les ressorts affaissés à une hauteur inférieure à celle du modèle de véhicule changent la géométrie du véhicule. Cela peut entraîner l’usure des pneus, des problèmes de maniabilité et l’usure d’autres composantes de la suspension. Au cours de l’entretien du véhicule, il est très important de mesurer le niveau du véhicule. Si le niveau du véhicule n’est pas conforme aux spécifications du fabricant, il faut changer les ressorts.

Ressorts à lames

Les ressorts à lames sont conçus de deux façons: à lames multiples et à lame unique. Le ressort à lames multiples est fabriqué de plusieurs plaques d’acier de différentes longueurs empilées. Au cours du fonctionnement normal, le ressort se comprime pour absorber les chocs de la route. Les ressorts à lames plient et glissent les unes sur les autres pour permettre à la suspension de se déplacer.

Un exemple de ressort à lame unique est le ressort à lame parabolique. La lame est épaisse au milieu et s’amincit aux deux bouts. Plusieurs de ces ressorts à lames sont fabriqués de matériau composite, alors que les autres sont en acier.

Dans la plupart des cas, les ressorts à lames sont utilisés en paires montées longitudinalement (de l’avant vers l’arrière). Toutefois, il y a de plus en plus de constructeurs d’automobiles qui utilisent un ressort à lame simple monté transversalement (d’un côté à l’autre).

Barre de torsion

La barre de torsion est un autre genre de ressort. La barre de torsion est une barre droite ou en L en acier à ressort. La plupart des barres de torsion sont montées longitudinalement et solidement au châssis à une extrémité et raccordées à une pièce mobile de la suspension à l’autre extrémité. Les barres de torsion peuvent aussi être montées transversalement. Durant le déplacement de la suspension, la barre de torsion subit une torsion, procurant ainsi, un effet de ressort.

Ressorts pneumatiques

Le ressort pneumatique est un autre genre de ressort qui devient de plus en plus populaire sur les voitures de tourisme, les camionnettes et les camions lourds.Le ressort pneumatique est un cylindre de caoutchouc rempli d’air comprimé. Un piston fixé sur le bras inférieur de suspension se déplace de haut en bas avec le bras inférieur de suspension. Cela force l’air comprimé à jouer le rôle de ressort. Si la charge du véhicule change, une soupape située au sommet du sac gonflable s’ouvre pour ajouter ou relâcher de l’air du ressort pneumatique. Un compresseur de bord fournit l’air.

Les pneus utilisés comme ressort

Un autre ressort souvent ignoré est le pneu. Les pneus sont des ressorts pneumatiques qui supportent le poids total du véhicule. L’action de ressort pneumatique du pneu est très importante à la qualité de roulement et à la conduite sécuritaire du véhicule. En fait, les pneus peuvent être considérés comme l’élément le plus important du contrôle de la suspension. Le format, la construction, la composition et le gonflage du pneu sont très importants pour la qualité de roulement du véhicule.

Il y a trois types de base de pneus: à carcasse radiale, à carcasse diagonale et ceinturé à plis en biais.

Les pneus à carcasse radiale utilisent une carcasse en cordes qui recouvrent la ligne centrale de la bande de roulement et autour du pneu. Les deux ensembles de ceintures sont à angle droit. Certaines ceintures sont en fil d’acier ; d’autres sont en polyester et autres matériaux. Aujourd’hui, les pneus à carcasse radiale sont livrés en équipement d’origine sur la plupart des voitures de tourisme et des camionnettes.

Les pneus à carcasse diagonale utilisent une carcasse en cordes posée en diagonale de la ligne centrale de la bande de roulement. Les cordes de la carcasse alternent en diagonale à angles opposés. Les pneus ceinturés à plis en biais sont pareils à la carcasse diagonale, avec en plus, des couches de cordes – ou ceintures – enrobant le pneu sous la bande de roulement. Ces deux types de pneus se retrouvent la plupart du temps sur de vieux modèles de véhicules.

La pression d’air détermine le taux de rigidité du pneu. Un pneu trop gonflé a un taux de rigidité plus élevé et produit trop de chocs de la route. Des pneus trop gonflés transmettent les chocs de la route au lieu de les réduire. Un pneu trop ou pas assez gonflé affecte aussi la maniabilité et l’usure du pneu

En ajustant la pression du pneu, toujours consulter les spécifications du fabricant du véhicule, non la spécification sur le flanc du pneu. La pression d’air spécifié par le fabricant du véhicule indique le fonctionnement sécuritaire et la meilleure qualité de roulement d’ensemble du véhicule. La pression du pneu étampée sur le flanc indique la pression maximale que peut supporter un pneu en fonction d’un poids spécifique.

MODÈLE DE SUPPORT DE JAMBE DE SUSPENSION

Les supports de jambe de suspension sont spécifiques à chaque véhicule et il y a plusieurs modèles en usage aujourd’hui sur les suspensions avant et arrière. Les trois modèles les plus courants sont ; à plaque interne, à manchon central et à coussinet écarteur.

Le modèle à plaque interne utilisé par General Motors et certains modèles Ford comporte une plaque interne encastrée dans du caoutchouc moulé entouré de plaques de surface supérieure et inférieure.

La plaque interne est conçue pour que la tige du piston de la jambe de suspension ne puisse pousser dans la plaque de surface supérieure ou inférieure si le noyau de caoutchouc fait défaut. Ce modèle ne nécessite généralement pas de rondelles. Étant donné que les plaques de montage supérieure et inférieure recouvrent la portion caoutchoutée du support, il est difficile de voir si le coussinet interne en caoutchouc fait défaut. Toutefois, ces composantes s’usent au fil du temps et à la suite d’une inspection complète, une recommandation appropriée peut être faite. Le roulement est situé à la base du support de jambe de suspension et n’est pas réparable. Si un roulement est défectueux l’ensemble de la jambe de suspension doit être remplacé.

Le modèle à manchon central utilisé par Chrysler comporte un manchon central moulé sur le coussinet de caoutchouc. Ce modèle procure une stabilité accrue d’un côté à l’autre. La tige de la jambe de suspension s’allonge dans le manchon central. Les rondelles de retenue supérieure et inférieure empêchent la tige de pousser au travers du support. Le roulement est une composante séparée du support de la jambe de suspension. Si l’inspection révèle des fissures ou des déchirures dans le coussinet de caoutchouc, le remplacement est nécessaire. Si le roulement est défectueux , il peut être remplacé séparément.

Le modèle à coussinet écarteur utilisé par Volkswagen, Toyota, Mazda, Mitsubishi, et les anciens véhicules Chrysler comporte un positionnement central du roulement et un coussinet interne séparé au lieu d’un manchon interne moulé. Le fonctionnement est semblable au modèle que nous venons de voir sauf que le roulement est pressé dans le support de la jambe de suspension. Les roulements, la rondelle et la plaque supérieure retiennent la tige de la jambe de suspension. Si le coussinet de caoutchouc est fissuré, déchiré ou si le roulement est grippé ou saisi, le support de jambe de suspension doit être remplacé.

LES BARRES STABILISATRICES

Une autre importante composante de la suspension est la barre stabilisatrice. Ce dispositif est utilisé avec des amortisseurs pour procurer une stabilité accrue. La barre stabilisatrice est simplement une tige de métal raccordée aux deux bras inférieurs de suspension. Quand la suspension d’une roue monte et descend, la barre stabilisatrice transfert le mouvement à l’autre roue. De cette façon, la barre stabilisatrice crée un roulement mieux équilibré et réduit le balancement ou l’affaissement du véhicule dans les virages.

Selon l’épaisseur et le modèle de barre stabilisatrice, elle peut réduire le roulis et le balancement jusqu’à 15 % lors des virages

LES COUSSINETS

Les coussinets sont utilisés à plusieurs endroits sur la suspension du véhicule. La plupart des coussinets sont faits de caoutchouc naturel. Toutefois, dans certains cas, des composés d’uréthane peuvent être utilisés. Les coussinets en caoutchouc naturel offrent une forte résistance à la traction (déchirure) et ont une excellente stabilité aux basses températures. Le caoutchouc naturel est un matériau élastomérique. « Élastomérique » fait référence à l’élasticité naturelle du caoutchouc permettant au coussinet de bouger dans un plan de torsion. Le mouvement est contrôlé par le modèle de l’élément en caoutchouc. Le caoutchouc naturel ne requiert aucune lubrification, il isole des vibrations mineures, réduit les chocs transmis par la route, fonctionne en silence et offre une grande adaptabilité à la forme du coussinet. L’adaptabilité au coussinet permet de bouger sans gripper. Le caoutchouc naturel résiste à la déflexion permanente, il est imperméable et très durable. De plus, le caoutchouc naturel offre de grandes capacités de charge.

Comme c’est le cas pour toutes les composantes de la suspension, les coussinets du bras de suspension sont des composantes dynamiques, ce qui signifie qu’elles fonctionnent quand le véhicule est en mouvement. Les bras de suspension agissent en tant que positionneurs parce qu’ils retiennent la position de la suspension en relation avec le châssis. Ils sont fixés au cadre du véhicule à l’aide de coussinets en caoutchouc élastomérique. Au cours du débattement de la suspension, les coussinets du bras de suspension procurent un point de pivotement au bras de suspension. De plus, ils maintiennent la position latérale et verticale des points de pivotement du bras de suspension, ils maintiennent le réglage dynamique des roues, ils réduisent la transmission du bruit, des chocs de la route et des vibrations tout en offrant une résistance aux mouvements de la suspension.

Au cours du débattement de la suspension, la portion caoutchoutée du coussinet doit se tordre pour permettre le mouvement du bras de suspension. Les coussinets du bras de suspension qui sont en bon état agissent comme un ressort ; ce qui signifie que le caoutchouc revient à sa position d’origine. Ce mouvement de torsion du caoutchouc offre une résistance aux mouvements de la suspension.

Tel qu’indiqué précédemment, les coussinets du bras de suspension sont des composantes de suspension dynamiques. Quand le bras de suspension se déplace d’abaissement en rebond, la portion caoutchoutée du coussinet se tord et s’étire. Cette action transfère l’énergie dans le coussinet et génère de la chaleur.

Une chaleur excessive tend à durcir le caoutchouc. A mesure que le caoutchouc durcit, il a tendance à se fissurer, casser et ensuite, à se désintégrer. Sa température détermine la durée de vie du coussinet de caoutchouc. Les routes en mauvais état et/ou des amortisseurs ou des jambes de suspension défectueux vont permettre un mouvement excessif de la suspension, ce qui génère plus de chaleur et raccourcit la durée de vie des coussinets.

Les coussinets de caoutchouc ne doivent pas être lubrifiés avec une huile à base de pétrole. Un produit à base de pétrole détruit les coussinets. Utiliser plutôt un lubrifiant spécial pour pneu en caoutchouc ou à base de silicone

Les coussinets de suspension usés permettent au bras de suspension de changer de position. Il en résulte une vibration du système d’entraînement (principalement les coussinets du bras de suspension arrière sur une traction arrière), des changements d’angle de la géométrie dynamique, l’usure des pneus et des problèmes de maniabilité. L’usure d’un coussinet de bras de suspension (relâchement) provoque un bruit sourd en conduisant sur de mauvaises routes.