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la parallèle à l'axe de symétrie longitudinal du véhicule passant par l'axe de pivot Cet angle est défini par l'épure de Jeantaud et le choix fait par le concepteur 

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véhicule et sur un schéma, afin de lui permettre d'effectuer des mesures Biellette Inconvénient : Il altère l'épure de Jeantaud qui ne répond plus à sa fonction

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C e n tr e d e g r a v it , t riè d re d e référence, trajectoire, m ouvem e n t p la n s u r p l a n l e s pn e u m a t i q u e s, l e p a r a l l él o g r a m m e d e W a t t l p u r e d e J e a n t a u d l ,a x e d e m a r c h e s y s t m e d e g u i d ag e l e r o u li s l e g a l o p l e f fe t d a s c e n s e u r l e s si e u d e D i o n 0l e f f

DOSSIER

TECHNIQUEÉdité avec le concours de l'Éducation Nationale

Géométrie des essieux

Géométrie des essieux

Dossier créé avec la collaboration de l2École de la Performance, Nogaro. www.ecoleperformance.com

François MONATH

Architecte véhicule

Chargé de cours à l2École de la Performance

SOMAIRAE1.1 EntrIRnIR1odtrnAuRc1RI1ERci72cMQuR1eR1edoRu7iiRlR2I1ntRq1srIE7é2fi1aM2tMEe1RI1aRApR7I3Li7EIfi1mEM2v7rc1h72MIt1M1

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> SOMMAIRE

1. Introduction ..................7..................7..................7..................7..................7..................7..................7...................7..................7............7

1.1 L"utilisation de la roue ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o..................o..........7

1.2 Une évolution majeure ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o..................o..........7

1.3 La nécessité d"un support ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o..................o......7

1.4 Les principales évolutions au fil du temps ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o.............8

1.5 L"objectif de ce dossier technique ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o........9

2. Quelques définitions et rappe7ls ..................7..................7..................7..................7..................7..................7..................7..............11

2.1 Le centre de gravité ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o..................o..............11

2.2 Le mouvement ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o..................o..................o...11

2.3 Trièdre de référence : les mouvements du véhicule ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..............11

2.4 La trajectoire ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o..................o..................o.......11

2.5 Le mouvement plan sur plan o: centre instantané de rotation ..................o..................o..................o..................o..................o..............12

2.6 L"équilibre : la notion de stabilité ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o........13

2.7 Les bases de l"architecture d"un véhicule ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o..............14

2.8 Les efforts appliquoés ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o..................o...........16

2.9 Le pneumatique : groandeurs utiles pour oun essieu ..................o..................o..................o..................o..................o..................o.................17

2.10

Systèmes de guidage et articoulations ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................21

2.11

Une particularité du mouvement de rotation ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....24

2.12

Le parallélogramme de Watt ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o..............24

2.13

Le quadrilatère déformable ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o................24

3. Les mouvements du véhicule ..................7..................7..................7..................7..................7..................7..................7.................25

3.1 Mouvement dans le plan horizontal xGy ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o..............25

3.1-1 Description ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o..................o..............26

3.1-2 Le premier système de direction : la chevilloe ouvrière ..................o..................o..................o..................o..................o..............26

3.1-3 L"épure de Jeantaud ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o..................o26

3.1-4 Le parallélisme..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o..................o.........36

3.1-5 L"axe de marche ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o..................o.......37

3.1-6 La géométrie du système de direction à crémaillère ..................o..................o..................o..................o..................o...............38

3.1-7

Les données géométriques ocaractéristiques du système de guidage d"une roue directrice ..................o..................o............44

3.1-8 Les quatre roues directrices ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o............51

3.2 Mouvement dans le plan transversal yGz ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o.............52

3.2-1 Description ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o..................o..............52

3.2-2 Le centrage transversal ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o...........52

3.2-3 L"effet de la force centrifuge : le oroulis ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o.....53

3.2-4 Le système Maoc Pherson ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o...........71

3.2-5 Le mouvement de pompage ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o.....79

3.2-6 Le déplacement du centre de gravité en roulis ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..........82

3.2-7 Incidence de l"inclinaison de l"axe de roulis..................o..................o..................o..................o..................o..................o.................83

3.2-8 Incidence du roulis sur le carrossage ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o.........85

3.2-9 L"effet "d"ascenseur» ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o................86

3.2-10 Compatibilité de la " troisième barre » ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o..87

3.2-11 Les coefficieonts liés au mouvement de roulis ..................o..................o..................o..................o..................o..................o...........89

3.2-12 La retenue en roulis ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o.................90

3.3 Mouvement dans le plan xGz : l7e galop ..................7..................7..................7..................7..................7..................7.................91

3.3-1 Description ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o....................o..................o..............91

3.3-2 Le centrage longitudoinal ..................o..................o..................o..................o..................o..................o..................o...................o..........92

3.3-3 L"effet des efforts longitudionaux : le galop ..................o..................o..................o..................o..................o..................o................92

ÉzÉ3V1 fliuM2IMIr721eA1cgcI4lR1eR1pAreMpR1cAE1uR1n7tkccrc1zzzzzzzzzzzzzzzzzz7zzzzzzzzzzzzzzzzzz7zzzzzzzzzzzzzzzzzz7zzzzzzzzzzzzzzzzzz7zzzzzzzzzzzzzzzzzz7zzzzzzzzzzzzzzzzzz7PÉ

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âL"aLutuer : Acuhivé

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OMAIRE1.AORM

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CL"aauter t:Acuhitrvrél"slpeutrotartaautin

S

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Fig. 1.2 Mise en rotation d"une roue porteuse, non motrice. L"entrée du mouvement est la force de propulsion

Fpfi1via le châssis

la résultante est une rotation ȦFig. 1.3 Mise en rotation d"une roue porteuse et motrice.

L"entrée du mouvement est un couple moteur

1 Cm fi1 la résultante est un effort de propulsion

Fp appliquée en1Oz1

SM1 lrcR1 R21 E7IMIr721 eOA2R1 E7AR1 2dnRccrIR1 eR1 iE7o7:ARE1 uR1

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B4c1uM1J21eA1DP

4lR

1cr4nuR1RI1uR1edQAI1eA1,N

4lR

1.4-1 La suspension

4lR

1cr4nuRfi1

R2IER1uM1ntMEpR1RI1uORccrRAz1

Fig. 1.4 La première suspension avec un ressort

à lame pour système élastique.

1.4-21Le pont de DION

de Dion

1:Ar1edc7ureMErcMrI1uM1572nIr721IEM2clrccr721eR1uM1572nIr721pAreMpR1cAE17A21i72I1 91ErpreRz1

1.4-31L"épure de JEANTAUD

iME1A21cgcI4lR1cRu721uO

épure de Jeantaud

z1js5zJpz1ÉzV)z1 1nR1cAURI1 uOMIIErQA72c1 G1Jeantaudfi1 uRc1 M2pu73cMx72c1 uOMIIErQAR2I1 G1Rudolf

Ackermann

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1.4-41Le pneumatique

A1edQAI1eA1,N

dlR1 iERlrREc1 ntMEr7Ic1 iME1 A2R1 E7AR1 G1 QM2eMpR1pneumatiquez1 sRI1

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> 1.4-5 Le centre de gravité

SOMQMrccRlR2I1eA1

centre de gravité

1.4-6 L"essieu à roues indépendantes

Fig. 1.5 Principe de l"essieu à roues indépendantes. Fig. 1.6 Incidence du passage d"un obstacle sur le mouvement d"un essieu rigide.

Rs= Point de contact de la roue avec le sol,

L ࢢ= angle pris par le plan de roue lors du passage d"un obstacle par la roue opposée.

Christie

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1.4-7 La suspension Mac P7herson

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Mac Pherson

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1.5 L"OBJECTIF DE CE DOSSIER TECHNIQUE

Fig. 1.7 Quels éléments de guidage faut-il installer entre le châssis et la roue ? Fig. 1.8 Un élément à résoudre : le passage d"obstacle, qui se traduit par la nécessité d"un déplacement vertical de la roue.

PL"aLutuer : Acuhivé

S

OMAIRE1.AORM

> 1.4-5 Le centre de gravité

SOMQMrccRlR2I1eA1

centre de gravité

1.4-6 L"essieu à roues indépendantes

Fig. 1.5 Principe de l"essieu à roues indépendantes. ...†flflΔΔfl

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Rs= Point de contact de la roue avec le sol,

L ࢢ= angle pris par le plan de roue lors du passage d"un obstacle par la roue opposée.

Christie

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1.4-7 La suspension Mac P7herson

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Mac Pherson

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1.5 L"OBJECTIF DE CE DOSSIER TECHNIQUE

Fig. 1.7 Quels éléments de guidage faut-il installer entre le châssis et la roue ? ŒŽfl‚Δfl‘flΔΔfl

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OMAIRE1.AORM

Fig. 1.9 Le véhicule, grâce à une gouverne doit pouvoir changer de direction. u7Ec1eA1ntM2pRlR2I1eR1erERnIr72z1 CiR uM1IEMURnI7rER1srEnAuMrER1eR1EMg72 R eA1odtrnAuRz eg2Mlr:AR1eA1odtrnAuRz1 uRc1 iEr2nriRc1 eR1 uM1cinématiquefi1 iMEIrR1 eR1 uM1 ldnM2r:AR1 :Ar1 :ARun72:AR17oe1 cR1IE7AoR1 A21 i7r2I1 urd1 G1 A21 c7ureRz1 Accrfi1 27Ac1 AIrurcRE72c1 RccR2IrRuuRlR2I1 uRc1 pEM2eRAEc1 nMEMnIdErcM2I1 .1 uR1 déplacement

021n72credEM2I1:AR1.

E7AuMpRz1sR1cREM1uR1EYuR1eR1uM

fusée et du moyeu de roue z b) cgcI4lR1 eR1 pAreMpR1 eRoEM1 i7Ao7rE1 èIER1 erlR2cr722d1 i7AE1

IEM2clRIIER1uRc1

efforts

1r2eArIc1iME1nRIIR17ntMEpRz

1c) SM1E7AR1eRoEM1i7Ao7rE1cR1ediuMnRE1oREIrnMuRlR2I1iME1EMii7EI1

iEdndeR2I1 e7rI1 i7Ao7rE1 l72IRE1 RI1 eRcnR2eER1 iME1 EMii7EI1 MA1

RAxfi1e72n1ERurdc1iME1eRc1

articulations. RciMnR1 i7AE1 edQMIIER1 RI1 2R1 iMc1 èIER1 iREIAEQdc1 iME1 uRc1 MAIERc1 uOrliuM2IMIr721eM2c1uR1odtrnAuRz1

1d)1 fu1 eRoEM1 5MrER1 uM1 ercIr2nIr721 R2IER1 A21 RccrRA1 erERnIRAE1 RI1

i7AE1 iRElRIIER1 uRc1 ntM2pRlR2Ic1 eR1 erERnIr72z1 sRuM1 rliur:AR1 uOr2cIMuuMIr721eOA21cgcI4lR1eR1 direction z

1e) fu1eRoEM15MrER1uM1ercIr2nIr721R2IER1A21RccrRA1i7Accd1iME1uR1ntkccrc1

i7AE1IEM2clRIIER1nRc1R557EIcz1 uM1n72nRiIr72z1 eR1 pAreMpR1 eRoEM1 oRruuRE1 G1 uAr1 iRElRIIER1 eR1 IEMoMruuRE1 eM2c1 uRc1 SM1 n7lQr2Mrc721 eR1 eroREc1 dudlR2Ic1 eR1 pAreMpR1 MQ7AIrI1 G1 eR1 iE7eArI1 RI1 eRc1 eroREcRc1 E4puRlR2IMIr72cz1 SORliuMnRlR2I1 RI1 uR1 erlR2cr722RlR2I1 eRc1 7EpM2Rc1 eR1 cAciR2cr721 eRorR2I1 Mu7Ec1 A21 n7liE7lrcz1 S

OMAIOMARE1. ntnrnotREA7rEduccAIR

11SOMSAIARE1.1 nAtrod

Pour la suite de l"étude de ce dossier, nous serons amenés à utiliser des définitions relatives à la mécanique et à la technologie du véhicule.

L"objet de ce chapitre est d"en rappeler les porincipales, afin notaomment de préciser le vocabulaire utilisé.

> "irn DunSu8?gunUunfg Efi?"

Il s"agit d"un point fixe d"un corps par lequeol passe la force qui représente son poids et coela quelle que soit la positiono de ce corps.

> "i"nDunse-Eusu8?n

Citons

UqvoFdlqv

: " DqnPaxèqPqclnqvlnxcno2Fc4qPqcblntqnmpqx ». En général, le mouvement d"un corps qui se déplace est un mouvement composé. Tout déplacement d"un solide impose : o-1°) un espace et -o2°) un repère. > "i0n?gfiVUgunUung"A"gu8bSun3nDuLnse-Eusu8?bLnU-nE"=fiS-Dun Un corps sera considéré en mouvement par rapport à un système fixe de référence, lorsque les distances qui le séparent d"un point quelconque de ce système varient avec le temps. Le vam constituant la daxlqn est considéré comme fixe et invariant. Cette route forme un plan en deux dimensions : longueur et largeur. Le véhicule posé sur ce plan ajoute une troisième dimension verticale. Cela signifie que son déplacement sur la route se fera par rapport à un trièdre de référence f,Wâ, centré en f centre de gravité du véhicule. (Cf. fig. 2.1). Ce trièdre trirectangle permet d"attribuer à tout point, trois coordonnées cartésiennes x,y,z, qui le positionne dans l"espace. A partir de notre trièdre de référence, nous pouvons définir les mouvements élémentaires de notre véhicule, chacun de ces mouvements étant un degré de liberté. Nous pouovons définir : FGnnTrois déplacements, chacun suivant un axe, que nous appellerons : nnl"FèFcoqnselon l"axe f,, sens de marche du véhicule. -nnla thdpèq selon fW, représente un déplacement transversal. nnle 1aP1F4qnselon fâ, est un déplacement rectiligne verticale.

QGnnTrois rotations, chacune auotour d"un axe :

-nnle daxmpv autour d"un axe e,. Nous verrons plus loin que le centre de roulis e est distinct de f. L"étude de la position de e est un des sujets de ce dossier. - le 4Fma1 autour d"un axe eNW. Ce mouvement de galop se décompose en : nn• oFQdF4q lors des phases d"accélération, nn• 1mac4hq lors des phases de décélération.

Le centre de galop

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