Je me demandais justement : depuis quand même les amateurs de voitures entendent-ils parler du « centre de roulis » ?
Quand j’ai commencé à m’intéresser aux suspensions, j’en étais encore à me demander : « Quelle est la différence entre un ressort et un amortisseur ? » Autant dire que je n’avais aucune idée de ce qu’était un centre de roulis.
Aujourd’hui, en revanche, j’entends assez souvent parler du centre de roulis.
La notion de centre de roulis n’est pas si compliquée en soi.
Mais si on se contente de dire : « Le centre de roulis, c’est le centre autour duquel la voiture prend du roulis », la plupart des gens auront sans doute du mal à se représenter ce que ça signifie.
Pour bien comprendre, il faut passer par des schémas.
Alors aujourd’hui, je vais essayer de vous expliquer simplement ce qu’est le centre de roulis, à l’aide de quelques schémas.
Mais désolé, je dois d’abord me trouver une excuse.
Je n’ai pas envie que vous arriviez au bout de l’article pour me dire : « Hé ! Ce n’était pas simple du tout ! »
Alors autant me justifier dès le début.
Il existe déjà beaucoup d’explications très détaillées sur le centre de roulis.
Si vous arrivez à lire l’une d’elles et à bien la comprendre, vous n’aurez probablement pas besoin de ce que je vais raconter ici.
Vous pouvez très bien vous passer de cet article.
Cela dit, je pense qu’il y a aussi des gens qui lisent ces explications techniques sans parvenir à saisir tout à fait de quoi il s’agit.
Même les explications sur des sujets très techniques peuvent être étonnamment claires et accessibles.
Mais les voitures sont des machines complexes, et il y aura toujours des gens qui comprennent comment elles fonctionnent et d’autres qui ne le comprennent pas.
Pour ma part, comme je ne connais quasiment rien à la physique et que j’ai plutôt un profil littéraire, il m’arrive souvent de penser : « Vous ne pourriez pas expliquer cette partie un peu plus clairement ? »
C’est ce que je vais essayer de faire cette fois : reprendre tout ça avec mes mots, de façon encore plus simple.
Bon, assez parlé. Entrons dans le vif du sujet.
Comment trouver le centre de roulis
Commençons par voir comment déterminer le centre de roulis.
Imaginons une suspension à double triangulation dont la géométrie ressemble à ceci.
Tracez d’abord, d’un côté, une droite dans le prolongement du triangle supérieur.
Puis faites la même chose avec le triangle inférieur.
Le point où ces deux droites se croisent est le point P.
Ensuite, tracez une droite reliant le point P au centre de l’empreinte au sol du pneu.
Faites la même chose de l’autre côté de la suspension.
Le point M, où les deux droites bleues se croisent, est le centre de roulis.
Le point M est donc le centre instantané de rotation de la voiture lorsqu’elle prend du roulis.
Si vous vous contentez d’apprendre cette construction par cœur, même un enfant pourrait probablement y arriver.
Mais le plus important, c’est de comprendre pourquoi elle fonctionne.
Si vous n’en comprenez pas le raisonnement, vous oublierez la méthode aussi vite que vous l’aurez apprise.
En revanche, le jour où vous vous direz : « Ah, d’accord ! Voilà pourquoi le centre de roulis se trouve ici ! », vous ne l’oublierez pas de sitôt.
Pourquoi le point P est le centre instantané de rotation
Voyons maintenant pourquoi on détermine le centre de roulis de cette manière.
Commençons par les points d’ancrage du triangle inférieur.
Ce sont ceux qui sont entourés en vert.
Appelons L1 le point d’ancrage du côté du porte-moyeu, et L2 celui du côté du châssis (ou de la caisse).
Si l’on maintient le point L2 fixe, on voit que L1 tourne autour de L2.
C’est pareil pour le triangle supérieur. Si l’on appelle A1 et A2 ses deux points d’ancrage,
on voit que A1 tourne autour de A2.
Quand la roue bouge, les triangles supérieur et inférieur bougent en même temps.
En gros, ça donne ceci.
Regardons à nouveau le mouvement du triangle inférieur.
Imaginez l’instant précis où il commence à bouger.
Pas après qu’il a déjà bougé un peu : vraiment à l’instant même où le mouvement commence.
Dans quelle direction le point L1 tend-il alors à se déplacer ?
Dans la direction indiquée par la flèche.
Autrement dit, il se déplace perpendiculairement au triangle inférieur.
Si vous vous dites : « Attendez. L1 décrit un cercle autour de L2. Comment peut-on dire qu’il se déplace en ligne droite ? », vous avez tout à fait raison de vous poser la question.
Mais nous ne considérons que l’instant où le mouvement commence. Essayez donc de voir les choses ainsi, juste pour cet instant.
C’est le point clé de l’explication. Si ce n’est pas encore très clair, tenez bon encore un peu…
Autrement dit :
À l’instant précis où un point commence à suivre une trajectoire circulaire, il se déplace dans la direction de la tangente au cercle, comme l’indique la flèche.
On peut aussi raisonner à l’envers : si le point L1 commence à se déplacer dans la direction indiquée par la flèche,
sa trajectoire pourrait bien sûr être un cercle comme celui-ci.
Mais si l’on sait seulement que « la direction initiale du mouvement de L1 est celle de la flèche », le cercle pourrait aussi être plus petit, comme celui-ci,
ou beaucoup plus grand.
Quelle que soit la taille de la trajectoire circulaire, une chose est sûre : au départ, L1 se déplace dans la direction indiquée par la flèche.
Par exemple, pour un petit cercle, son centre se trouverait à peu près ici.
Pour un cercle de taille moyenne, il se trouverait à peu près là.
Et pour un grand cercle, à peu près là.
Si l’on ne regarde que les centres de ces cercles,
on voit que, quelle que soit la taille du cercle que L1 cherche à décrire, son centre doit toujours se trouver quelque part sur la droite prolongeant le triangle inférieur.
C’est pareil pour le triangle supérieur.
Comme L1 et A1 tendent à se déplacer en même temps, il n’y a donc qu’un seul centre de rotation qui puisse correspondre aux deux mouvements à la fois : le point P, où se croisent les prolongements des triangles supérieur et inférieur.
Or, les points L1 et A1 sont fixés au porte-moyeu.
Appelons T le centre de la roue.
À cet instant, le point T tend donc à suivre une trajectoire circulaire centrée sur le point P.
À strictement parler, nous considérons toujours l’instant où le mouvement commence. La direction dans laquelle T tend à se déplacer reste donc celle indiquée par la flèche.
Pourquoi le centre instantané de rotation se déplace
Pourquoi ne regardons-nous que l’instant où le mouvement commence ?
Parce que lorsque la suspension parcourt son débattement comme ceci,
le point P, où se croisent les prolongements des triangles supérieur et inférieur, change de position.
Le point T tend alors à suivre un cercle dont le centre n’est plus au même endroit qu’avant.
Quand le pneu monte ou descend, le centre du cercle se déplace constamment. Les points L1 et A1 ne décrivent donc pas chacun un simple cercle autour d’un centre fixe. La courbure de leurs trajectoires varie constamment à mesure que le centre instantané se déplace.
Bref, l’idée à retenir, c’est que le centre du cercle bouge sans arrêt.
Du point P au centre de roulis
Jusqu’ici, nous avons considéré le mouvement comme si la voiture était suspendue en l’air et que la caisse restait fixe.
Mais pour étudier le roulis, il faut tenir compte d’un autre mouvement.
Il s’agit du mouvement circulaire autour du centre de l’empreinte au sol du pneu — plus précisément, autour du point qui sert de pivot au pneu lorsqu’il bascule.
À partir de maintenant, je ne montrerai qu’un côté de la suspension, pour que les schémas soient plus lisibles.
La caisse peut pivoter autour d’un point situé près de l’empreinte au sol du pneu, comme ceci,
ou comme cela.
Et même à partir d’une position comme celle-ci,
elle peut encore bouger de cette façon lorsque la suspension parcourt son débattement.
Vous voyez ce que je veux dire ?
Un, deux, un, deux… c’est bien comme ça que ça bouge, non ?
Mais, comme nous venons de le voir assez longuement, le centre instantané de rotation pendant le mouvement de la suspension est le point P.
Quelle que soit la manière dont la caisse bouge, il suffit donc de regarder comment le point P tend à se déplacer.
Dans ce cas, P tend à se déplacer dans la direction de la flèche.
Là encore, si l’on ne considère que l’instant où le mouvement commence, le centre du cercle ne se trouve pas forcément au centre de l’empreinte au sol du pneu. Il peut se trouver n’importe où sur la droite qui relie le centre de cette empreinte au point P.
Le roulis combine deux mouvements : celui du pneu autour du point P — autrement dit, le mouvement circulaire des points L1 et A1 — et celui de la caisse autour du centre de l’empreinte au sol du pneu — autrement dit, le mouvement circulaire du point P.
Le centre de roulis se trouve donc au point qui permet à ces deux mouvements circulaires de se produire simultanément.
En répétant la même construction de l’autre côté, on trouve le point M, à l’intersection des deux droites bleues : c’est le centre de roulis.
Pour vraiment comprendre ce type de mouvement, il faut passer par des schémas.
Essayer de l’expliquer sans dessin, c’est presque comme ne pas l’expliquer du tout.
Et si vous n’arrivez pas à expliquer quelque chose à l’aide d’un dessin, c’est probablement que vous ne l’avez pas encore tout à fait compris.
Je veux donc commencer par m’assurer que je l’ai bien compris moi-même.
Une fois qu’on a bien compris ce qu’est le centre de roulis, on voit aussi qu’en concevant la géométrie de suspension de façon à faire coïncider les points P des côtés gauche et droit, on peut créer une voiture dont le carrossage des roues par rapport au sol ne change absolument pas quand la caisse prend du roulis.
On comprend également ce que signifie vraiment disposer les triangles supérieur et inférieur parallèlement l’un à l’autre.
Mais même si on est très doué, il est important de tracer les schémas soi-même.
Alors si vous avez du mal à comprendre quelque chose, c’est encore plus important de dessiner les schémas vous-même et d’y réfléchir.
Voilà, c’était mon long blabla complètement inutile sur un sujet qui ne vous servira à rien. Haha.