Thèmes:
- Degrés de liberté dans le guidage des roues
- Charnières dans le guide-roue
- Guides dans le guide-roue
- Calculer les degrés de liberté
Degrés de liberté dans le guidage des roues :
La suspension d'une voiture contient un certain nombre de charnières (y compris sur les triangles de suspension et l'amortisseur) qui assurent les degrés de liberté dans l'ensemble de la suspension. Le guidage des roues garantit que les degrés de liberté possibles des mouvements de roue possibles sont limités à un ou deux seulement. Si une roue n’est pas maintenue « fixe », elle pourra tourner, s’incliner (dans les directions x et y), tourner, monter et descendre librement. La roue est alors en principe « détachée » de la suspension. Il peut se déplacer dans n’importe quelle direction sans « guidage ». Chaque mouvement que nous venons de mentionner représente un degré de liberté.
La suspension des roues, c'est-à-dire le guidage des roues, garantit que la liberté de mouvement est limitée à 1 degré de liberté. Cela signifie que la roue peut bouger « librement » dans une seule direction, sans influence du conducteur. Ce mouvement libre est le mouvement de haut en bas de la compression et du rebond. La roue peut rebondir sans entrave sur une surface de route inégale.
La suspension des roues d'une voiture est constituée d'un certain nombre de charnières linéaires, de rotules et de charnières rotatives-coulissantes. Ces charnières s’influencent toutes. Un trop grand nombre de charnières crée trop de degrés de liberté (la roue peut donc involontairement se déplacer dans différentes directions) ou 0 degré de liberté (la roue ne peut pas bouger et ne peut donc pas se comprimer et se comprimer).
Charnières dans le guide-roue :
Charnière de ligne :
Cette charnière linéaire peut se déplacer dans 1 direction ; haut et bas. Cela fournit 1 degré de liberté.
Rotule :
Avec cette charnière, les pièces concernées peuvent effectuer 3 mouvements les unes par rapport aux autres ; un mouvement de hochement de tête, de roulement et de rotation. Cette charnière possède 3 degrés de liberté, car lorsque la charnière est « desserrée », elle peut effectuer 3 mouvements libres (voir flèches).
Charnière pivotante-coulissante :
Cette charnière peut effectuer 2 mouvements ; un mouvement de rotation et un mouvement de coulissement entrant et sortant. En principe, il s'agit d'un exemple d'amortisseur (d'une jambe de force McPherson). Ces 2 mouvements assurent à la charnière rotative-coulissante 2 degrés de liberté.
Guides dans le guide-roue :
Pour créer une suspension de roue à partir de différents types de charnières, il faut parfois combiner les charnières sur un seul objet, par exemple un triangle. On appelle alors ce bras de support un guide. Voici quelques exemples de ces conducteurs :
Charnière Line avec rotule :
Il s'agit d'un exemple typique de triangle de suspension, qui est relié à la carrosserie (ou au faux-châssis) côté charnière de ligne et à la fusée d'essieu côté rotule. Lorsque toute cette charnière est desserrée, elle peut se déplacer aussi bien dans le sens de déplacement de la charnière linéaire (1 sens) que dans les 3 sens de la rotule. Après tout, la charnière linéaire a 1 degré de liberté et la rotule en a 3. Comme cette partie est considérée comme 1 conducteur, les degrés de liberté peuvent être additionnés. Le 1 et le 3 en font alors 4 degrés de liberté.
Rotule double :
Un exemple de guide avec une double rotule est le tirant avec les billes de tirant intérieures et extérieures. Chaque rotule a 3 degrés de liberté, donc comme il s'agit d'un seul conducteur, il faut les additionner. Cependant, elles ont la même auto-rotation, car si une rotule fait un mouvement de rotation, l'autre fait aussi. Donc 1 degré de liberté d'auto-rotation ne compte pas (voir les flèches rouges). Les degrés de liberté de ce conducteur sont au total de 1, mais dans le calcul qui suit, inscrivez le chiffre 1 sous « auto-rotations r ». Ce 6 est ensuite soustrait dans le calcul.
Charnière pivotante-coulissante avec rotule :
Comme mentionné précédemment, un amortisseur est une charnière rotative-coulissante. Cependant, chaque jambe de force McPherson est également dotée d'une rotule au-dessus, même si on ne le penserait pas au début. Il y a un autre caoutchouc en haut de l'amortisseur. Ce caoutchouc offre une certaine liberté de mouvement à l'amortisseur et possède donc également les propriétés d'une rotule. Un amortisseur possède donc à la fois les 2 degrés de liberté de la charnière rotative-coulissante et les 3 degrés de liberté de la rotule, ce qui fait ensemble 5. Ici aussi, il y a une rotation naturelle, car le mouvement de rotation de la charnière rotative-coulissante est le même mouvement que le mouvement de rotation de la rotule. Il faudra donc ajouter 1 au « r » de l’auto-rotation.
Calculer les degrés de liberté :
Le nombre de degrés de liberté peut être calculé sur la base des données de suspension. Pour bien compléter la formule, les charnières et guides doivent être répartis en catégories :
- L pour le nombre de conducteurs
- g pour le nombre de joints et de charnières
- r pour le nombre de rotations naturelles (comme pour la double rotule en 1 guide)
De plus, les lettres :
- k pour le nombre de porte-roues (dans la plupart des cas 1, car il s'agit de la fusée d'essieu)
- εfi pour le nombre de degrés de liberté pour le nombre total d'articulations et de charnières additionnées.
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
Exemple:
Une suspension de roue contient : k 1 porte-roue (fusée), L 2 guides, g 5 articulations, r 2 autorotations, εfi 15 degrés de liberté totaux
Sous forme de formule, cela donne :
F = 6 (1 + 2 – 5) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = 1
Alors maintenant, il y a 1 degré de liberté, donc c'est bien. La roue peut effectuer un pur mouvement de haut en bas.
Pour clarifier cela, voici un exemple avec une photo d'une suspension de roue :
L'image ci-dessous représente une jambe de force McPherson avec la légende correspondante. Les lettres A, B et C représentent les guides et les chiffres 1 à 6 représentent les charnières/joints.
εfi sont les degrés de liberté des charnières additionnés ; donc 3 degrés de liberté par rotule (donc 4 x 3), 1 degré de liberté de la charnière droite et 2 degrés de liberté de la charnière rotative-coulissante.
La formule peut être complétée par ceci :
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
F = 6 (1 + 3 – 6) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = -12 – 2 + 15
F = -14 + 15
F = 1 degré de liberté
