La suspension

4 - La barre antiroulis

La barre antiroulis en Formule 1, appelée aussi barre stabilisatrice, constitue un élément de la suspension dont le rôle est de limiter le roulis de la voiture. En virage, cette pièce vient raidir la suspension. Le réglage de cette barre est prépondérant sur le comportement de la voiture en virage: si elle est sous-vireuse, il faut diminuer la raideur de la barre à l'avant et si elle est survireuse, on fait de même à l'arrière.

De façon conventionnelle, son utilisation est considérée comme un retour à l’essieu rigide car la barre crée un lien, une interdépendance des mouvements des deux roues du même essieu. Même s’il n’y a pas d’essieu à l’avant en Formule 1, tout le système de suspension se comporte comme s’il y en avait un mais avec roues indépendantes.

L’essieu rigide engendre des variations de carrossage des deux roues, rigoureusement identiques au moment où l’une d’elles rencontre une aspérité au sol. La barre antiroulis crée une interdépendance entre les mouvements verticaux (secousses) d’une roue par rapport à l’autre. Ce phénomène se produit soit dans les courbes (conséquence recherchée et voulue), soit sur un obstacle (conséquence non voulue mais inévitable).

En Formule 1, on cherche à obtenir un maximum de rigidité des suspensions et du châssis car il est important, sinon obligatoire, que la direction de la voiture puisse être assurée avec la plus grande précision, indépendamment de la recherche du confort. Le véhicule se trouve dans une situation particulière, du point de vue dynamique, au moment du freinage et de l’accélération, moment où le maintien de la trajectoire et de la stabilité peut être influencé par une disposition géométrique particulière des suspensions. L’assiette du véhicule doit être équilibrée en ligne droite comme en virage.

5 - La butée de choc

6 - La triangulation

La triangulation est l’ensemble des barres de suspension que l’on voit ressortir du châssis et qui sont rattachée aux roues (voir Figure 1). Elles sont conçues en fibre de carbone pour plus de légèreté et pour une meilleure efficacité en terme de résistance. Cependant, on leur applique des points de rupture (situés aux extrémités des barres) en cas de contacts violents afin qu’ils puissent se rompre pour ne pas blesser le pilote.

On appel cela triangulation parce que le porte-moyeu représente le sommet d’un large triangle formé par le bâti. Elle est aussi composée par une bielle tubulaire montée sur pivots ainsi qu’un tirant ancré loin devant sous la caisse. Ce porte-moyeu enchâsse l’arbre de roue, lequel constitue avec la biellette tubulaire, un parallélogramme déformable dans le sens vertical. De cette triangulation naît un guidage extrêmement contraignant du pont, des demi-arbres et des roues. Les couples d’accélération et de freinage sont contraints par l’interaction conjuguée de l’ensemble biellette – demi-arbre, superposés à un tirant perpendiculaire. Toutefois, le montage de ce tirant, ou jambe de force, sur bague de caoutchouc, autorise une flexion du berceau de 5° sous l’effet du couple d’accélération, et de 3° pour le couple de freinage. Les forces de déport et d’écrasement sont, quant à elles, encaissées par le parallélogramme biellette – demi-arbre. Ainsi, les roues conservent en permanence le même angle de carrossage, quels que soient les virages ou les variations d’assiette.

Tensions subies par les ressorts et les barres lors d’un débattement (à gauche) et lors d’un roulis (à droite). La triangulation diminue le roulis.

Triangulation avant d’une Formule 1

Suspension avant d’une Jordan

Triangulation démontée

7 - Les effets de la suspension sur les variations de la surface de contact

La cinématique du système de suspension est conçue de façon à maintenir les roues le plus perpendiculairement possible par rapport au revêtement, en assurant au pneumatique un contact d’appui constant sur le sol pendant le roulis de la voiture afin d’assurer un comportement neutre du véhicule.

Dans une courbe, il se produit un transfert progressif de charge des roues intérieures vers les roues extérieures (phase transitoire), et plus le mouvement polaire d’inertie est important, au moment où on aborde la courbe, plus grande est la tendance au maintien du mouvement en ligne droite; de même, au moment de la fin de la courbe, le véhicule a tendance à conserver le mouvement curviligne (fin de la phase transitoire).

Pour obtenir un comportement neutre du véhicule, on agira sur le poids brut (tarage) et sur les dimensions de la barre antiroulis, sur la rigidité des ressorts et, plus particulièrement dans les phases transitoires, sur le tarage des amortisseurs, de même que sur la géométrie des suspensions avant et arrière en ce qui concerne plus spécialement la nécessité de compenser l’inclinaison positive des roues, provoquée naturellement par le roulis.

En Formule 1, cela représente un problème plus complexe parce que les pneus doivent absolument être perpendiculaires au sol car contrairement aux pneus conventionnels, les pneus larges ne se déforment pratiquement pas en virage, ce qui fait que la surface totale de la bande de roulement doit être en contact constant avec le sol, sinon il y aura un manque d’adhérence, ce qui mènera à une perte de contrôle ou à une perte considérable de temps.

Si on tient compte du fait que le pilote utilise la traction des roues arrières pour obtenir une accélération maximale en courbe et en sortie de virage, il faut toutefois remarquer que cette force, appliquée au pneumatique, modifie ses caractéristiques, phénomène qu’il ne faut pas négliger au moment de la mise au point des suspensions.

Le but premier avec les suspensions est d’atteindre le maximum d’adhérence dans n’importe quelle condition (ligne droite, courbe lente ou rapide). Pour cela il faut que les suspensions soient montées sur des rotules sphériques ou sur des articulations métalliques, qu’il y ait une grande rigidité des diverses parties des suspensions et du châssis, que l’on ait une direction comportant un minimum d’organes intermédiaires, que l’on possède des barres antiroulis très efficaces et des ressorts rigides.

Avec les suspensions avancées comme en Formule 1, on essais le plus possible d’optimiser le débattement et le roulis. Pour y arriver, on essai d’obtenir ce qu’on appelle la flexibilité variable, c’est-à-dire un durcissement progressif en fonction de l’augmentation de la charge indépendamment des caractéristiques élastiques du ressort. Le résultat, acquis grâce à une cinématique du mouvement adéquate, permet d’obtenir un comportement de la voiture relativement souple, lorsqu’il s’agit de secousses légères, et un net durcissement lorsqu’il s’agit de contraintes plus fortes.

8 - Les angles des roues

Les angles des roues (surtout ceux du train avant) vont influencer énormément la suspension selon leur orientation car elle ne sont jamais parfaitement parallèles ni parfaitement perpendiculaires aux plans de référence de la voiture (longitudinal ou transversal). Pour le train avant on appelle cela la géométrie de la direction.

La géométrie de la direction doit être optimale, et pour cela on doit éviter le dérapage des pneumatiques (limiter leur usure), améliorer la tenue de route, et permettre le braquage correct et l’irréversibilité de la direction sur les inégalités du revêtement.

On doit d’abord considérer le pincement qui est l’angle formé par les plans verticaux de symétrie des roues avant et l’axe longitudinal du véhicule (le contraire est l’ouverture). Pour les voitures à propulsion arrière comme les Formules 1, les roues avant ont tendance à s’ouvrir contrairement aux voitures à propulsion avant qui ont tendance à converger; c’est pourquoi on utilise le pincement pour corriger ce défaut. Le pincement a aussi pour but de corriger les effets dus aux différents angles d’orientation des roues avant.

Pincement

Pincement ou ouverture du train avant

Il y a l’angle de chasse qui est l’angle formé par l’axe du pivot de la fusée (partie sur laquelle est fixée et tourne la roue) rencontrant le sol en avant de l’impact de la roue et la verticale. Cette disposition a pour but de faciliter le retour en ligne droite de la direction après un virage car la rotation du pivot soulève légèrement la roue.

Et finalement, l’angle du pivot qui est l’angle formé par le pivot de la fusée et la verticale dans un plan transversal. Tout comme l’angle de carrossage, il diminue le déport, donc l’effort à fournir pour braquer les roues. Cet angle a pour but de stabiliser la direction et de favoriser le retour en ligne droite après un virage.

Les angles d’orientation des roues sont interdépendants. Il suffit que l’un d’eux soit mal calculé pour qu’on enregistre des perturbations dans le comportement de la voiture et une usure anormale des pneus. Ces angles doivent être calculés à partir de valeurs dynamiques comme l’amplitude de la suspension, la vitesse, la charge, etc.

9 - Le rôle du pneu dans la suspension

Le rôle principal du pneu est d’assurer l’adhérence du véhicule avec le sol, mais il joue un petit rôle dans la suspension qui est celui d’amortir les chocs. Étant donné que les pneu sont élastiques, remplis d’air et déformables, ils absorbent une partie du choc provoqué par un cahot ou un obstacle sur la route. C’est un peu moins le cas en Formule 1 car les pneus sont plus rigides et ne se déforment presque pas. C’est un rôle un peu effacé à cause des autres éléments de la suspension mais il est tout de même important. Le rôle principal du pneu est développé en détail dans la section LES PNEUS.