Vous roulez sur circuit, vous faites du gymkhana ou vous aimez attaquer sur les routes de montagne ?
Quand on se dit : « Je veux encore gagner une seconde ! », on commence parfois à toucher aux réglages des combinés filetés pour modifier le comportement de la voiture, notamment le sous-virage et le survirage.
Vous avez sûrement déjà entendu dire que des ressorts avant plus fermes provoquent du sous-virage, ou qu’en relevant l’arrière de la voiture, on la rend survireuse.
Pourtant, les mécanismes précis derrière ces effets sont assez rarement expliqués dans les magazines ou sur Internet. Résultat, ils restent assez mal connus.
Ce n’est pas parce qu’on comprend ces mécanismes qu’on va tout de suite trouver les bons réglages pour aller vite. Mais quand on comprend les bases, on repère plus facilement des choses comme : « C’est ça qu’il me faut pour régler le problème que j’ai en ce moment » ou « Ça ne changera probablement pas grand-chose ».
On se demande aussi moins souvent : « Comment est-ce que je pourrais régler ce problème avec mes suspensions ? », et on se laisse moins facilement embrouiller par toutes les théories douteuses qui circulent un peu partout.
Cette fois, j’aimerais donc faire le point sur le réglage du comportement directionnel en m’appuyant sur les propriétés physiques des pneus.
À retenir
1. Régler le comportement directionnel, c’est modifier l’équilibre des forces latérales entre l’avant et l’arrière.
2. Il faut prendre en compte la somme des forces latérales des pneus gauche et droit.
3. Plus le transfert de charge est important, plus la raideur de dérive totale des deux pneus diminue.
4. Les deux principaux facteurs qui déterminent la répartition du transfert de charge entre l’avant et l’arrière sont la raideur au roulis et l’angle des bras de suspension.
5. La hauteur du centre de roulis modifie l’influence relative de chacun de ces facteurs.
L’équilibre directionnel commence par les pneus
Commençons par le point (1) : « Régler le comportement directionnel, c’est modifier l’équilibre des forces latérales entre l’avant et l’arrière. »
Eh bien, c’est à peu près ça.
Si les pneus avant produisent plus de force latérale que les pneus arrière, la voiture prend plus facilement le virage. Si ce sont les pneus arrière qui en produisent davantage, la voiture est plus stable.
Pourtant, quand on parle de suspension, on entend souvent des choses comme : « L’avant prend facilement du roulis, donc la voiture sous-vire » ou « L’arrière est trop ferme, donc la voiture survire ».
En raisonnant uniquement comme ça, il est difficile de comprendre ce qui se passe réellement et comment cela finit par modifier le comportement de la voiture, par exemple en provoquant du sous-virage ou du survirage.
Une voiture n’est reliée à la chaussée que par ses quatre pneus. Les changements d’assiette, comme le roulis ou le tangage, ne sont donc qu’une partie du processus de transmission des forces. Ce qui influe directement sur le sous-virage et le survirage, c’est l’équilibre des forces latérales entre l’avant et l’arrière.
Qu’il s’agisse des ressorts, des barres antiroulis ou de la force d’amortissement, il est utile de se demander encore et encore : « Au bout du compte, comment cela modifie-t-il l’équilibre des forces latérales entre l’avant et l’arrière ? »
Passons au point (2) : « Il faut prendre en compte la somme des forces latérales des pneus gauche et droit. »
En général, je pense que plus quelqu’un maîtrise le pilotage, plus il a tendance à gérer les transferts de charge avec souplesse. Mais, quand on parle de transfert de charge comme d’une technique de pilotage, on pense surtout au pneu qui gagne de la charge — celui qui se trouve à l’extérieur du virage. On le voit bien dans des expressions comme « charger davantage le pneu » ou « bien mettre le pneu en appui ».
Pour parler de pilotage, ce n’est pas gênant. Mais le pneu du côté où la charge diminue — autrement dit, le pneu intérieur — ne reste pas pour autant sans rien faire ! (Sauf, par exemple, si la roue arrière intérieure d’une voiture à traction se soulève.)
Il y a deux pneus à l’avant, et deux à l’arrière.
Quand on parle du comportement directionnel d’une voiture, par exemple du sous-virage ou du survirage, il faut donc prendre en compte la somme des forces latérales des pneus gauche et droit.
Pourquoi le transfert de charge réduit la raideur de dérive totale
Voyons maintenant le point (3) : « Plus le transfert de charge est important, plus la raideur de dérive totale des deux pneus diminue. »
Regardons d’abord ce graphique.
Je l’ai redessiné en m’appuyant sur la figure 10 de l’article « Flat-Belt Suspension Tire Test Machine » de Tomoki Sakai, Kaoru Kusaka et Yuji Sato, publié sur le site de publications techniques de Honda R&D. J’ai essayé de le reproduire aussi fidèlement que possible.
L’axe vertical représente la raideur de dérive — la force latérale par unité d’angle de dérive — et l’axe horizontal, la charge appliquée au pneu.
Comme vous le voyez, la raideur de dérive n’augmente pas proportionnellement à la charge du pneu.
La raideur de dérive augmente avec la charge, mais plus la charge est élevée, moins elle augmente.
À partir d’un certain point, elle finit même par diminuer.
On appelle cela la sensibilité du pneu à la charge.
Imaginons maintenant une voiture dont chaque pneu avant supporte une charge de 4 000 N à 1 g.
En virage, le transfert de charge réduit la charge sur le pneu intérieur et l’augmente sur le pneu extérieur.
Par exemple, si le transfert de charge est de 2 000 N, le pneu intérieur supporte alors 2 000 N et le pneu extérieur, 6 000 N.
Le graphique ressemble alors à ceci.
Regardez maintenant comment évolue la raideur de dérive des pneus intérieur et extérieur.
Celle du pneu extérieur a augmenté.
Mais pas de beaucoup.
En revanche, celle du pneu intérieur a nettement diminué.
Additionnons maintenant les valeurs des deux pneus.
Avant le transfert de charge
Pneu intérieur : 1 300 N/° + pneu extérieur : 1 300 N/° = total : 2 600 N/°
Après le transfert de charge
Pneu intérieur : 800 N/° + pneu extérieur : 1 420 N/° = total : 2 220 N/°
Le transfert de charge a donc réduit la raideur de dérive totale.
C’est l’une des propriétés fondamentales des pneus à connaître pour comprendre le comportement directionnel d’une voiture.
Que l’on modifie les ressorts ou l’équilibre des hauteurs de caisse entre l’avant et l’arrière, si le comportement directionnel change, c’est dans les deux cas à cause de cette propriété des pneus.
C’est aussi l’une des raisons pour lesquelles les voitures de sport ont un centre de gravité bas.
À accélération latérale égale, une voiture dont le centre de gravité est haut subit davantage de transfert de charge. La force latérale totale diminue, et la voiture devient alors plus difficile à mener à vive allure. C’est pour gagner autant d’adhérence que possible et améliorer les performances de la voiture qu’on cherche à abaisser son centre de gravité.
Maintenant que nous avons vu cette propriété des pneus, passons enfin au réglage des suspensions.
Qu’est-ce qui détermine la répartition du transfert de charge entre l’avant et l’arrière ?
Commençons par le point (4) : « Les deux principaux facteurs qui déterminent la répartition du transfert de charge entre l’avant et l’arrière. »
Facteurs liés à la raideur au roulis (exemples)
- Ressorts hélicoïdaux
- Barres antiroulis
- Niveau de compression des butées de suspension
- Etc.
Facteurs liés à l’angle des bras de suspension (exemples)
- Hauteur de caisse
- Correcteurs de hauteur du centre de roulis
- Force d’amortissement
- Etc.
Par exemple, si l’on monte des ressorts plus fermes à l’avant et plus souples à l’arrière, l’avant prendra une plus grande part du transfert de charge lorsque la voiture prendra du roulis.
Comme nous l’avons vu, les pneus sont sensibles à la charge. Si l’avant prend une plus grande part du transfert de charge, la force latérale totale des deux pneus avant diminue et la voiture tourne moins facilement.
Mais ce ne sont pas les seuls facteurs qui déterminent la répartition du transfert de charge entre l’avant et l’arrière.
L’angle des bras de suspension joue lui aussi un rôle.
Imaginons que les bras soient d’abord parallèles au sol. Si l’on relève la hauteur de caisse, ils s’inclinent vers le bas en allant vers l’extérieur de la voiture. Si l’on ne relève que l’avant et que les bras arrière restent parallèles au sol, lorsque la voiture prendra du roulis, l’inclinaison des bras avant fera passer une plus grande part du transfert de charge par ces bras.
Attention, toutefois : une différence entre l’avant et l’arrière dans la quantité de transfert de charge correspond simplement à une différence de répartition entre les deux essieux. Cela ne signifie pas que cette quantité s’ajoute au transfert de charge total de la voiture.
Le transfert de charge total de la voiture dépend de quatre facteurs : son poids, l’accélération latérale, la hauteur du centre de gravité et la voie. Ensuite, des facteurs comme la raideur au roulis et l’angle des bras modifient sa répartition entre l’avant et l’arrière.
Au passage, je vois parfois des affirmations comme : « Si on augmente la raideur au roulis à l’avant, l’avant prend moins de roulis que l’arrière et la voiture tourne moins facilement. »
Je comprends pourquoi on peut avoir envie de raisonner en termes de « roulis à l’avant » et de « roulis à l’arrière ». Mais le roulis est un mouvement de rotation de la caisse autour de l’axe de roulis qui relie les centres de roulis avant et arrière (※). L’angle de roulis désigne l’angle de rotation de la caisse. Tant que la caisse ne se tord pas, l’angle de roulis est donc le même à l’avant et à l’arrière.
Autrement dit, la rigidité de la caisse compte aussi. Mais c’est un autre sujet, que je laisse de côté ici.
En roulant, une voiture prend aussi du tangage, pas seulement du roulis, donc les choses se compliquent un peu. Cela dit, retenez que « tant que la caisse ne se tord pas, l’angle de roulis est le même à l’avant et à l’arrière ».
La raideur au roulis et l’angle des bras de suspension ne permettent donc pas de modifier séparément l’angle de roulis à l’avant et à l’arrière. Ce qu’ils modifient, c’est la répartition du transfert de charge.
(※ À strictement parler, certains définissent le roulis comme une rotation autour d’un axe longitudinal parallèle au sol et passant par le centre de gravité. La ligne qui relie les centres de roulis avant et arrière n’est donc pas la seule définition possible de l’axe de roulis. J’utilise ici la définition la plus courante. C’est un sujet important auquel je consacrerai un autre article. Si vous ne voyez pas du tout de quoi je parle, vous pouvez sauter cette partie.)
Au fait, pourquoi la hauteur de caisse et la force d’amortissement ont-elles un rapport avec l’angle des bras ?
Parce que les modifier change l’angle réel des bras lorsque la voiture roule.
Quand on modifie la hauteur de caisse, l’angle des bras change. Après une certaine prise de roulis, leur angle n’est donc plus le même qu’avant la modification.
La répartition du transfert de charge entre l’avant et l’arrière change alors, et le comportement directionnel aussi.
La force d’amortissement, elle, modifie la vitesse des mouvements de roulis et de tangage, et donc le comportement transitoire.
Quand la force d’amortissement est faible, l’angle des bras change plus rapidement et présente, dès les premiers instants, une variation plus importante. Avec une force d’amortissement élevée, il évolue plus lentement.
C’est pour cela, par exemple, qu’une voiture dont les amortisseurs arrière sont réglés au minimum peut avoir tendance à survirer à l’inscription.
En revanche, une fois que la voiture a atteint son angle de roulis maximal et qu’elle est stabilisée en virage, les bras de suspension ne bougent plus. L’amortissement n’a alors plus d’effet.
Cela dit, la force d’amortissement joue aussi directement un rôle dans la transmission du transfert de charge aux pneus. Son effet ne se limite donc pas à ce mécanisme.
Comment la hauteur du centre de roulis modifie l’équilibre
Enfin, passons au point (5) : « La hauteur du centre de roulis modifie l’influence relative de chacun de ces facteurs. »
Ce point mériterait vraiment d’être expliqué avec des équations. Cette fois, je vais pourtant tout expliquer sans aucune formule, pour que l’article reste facile à lire.
Certaines explications seront donc forcément un peu moins précises.
Si vous voulez connaître les détails, je vous conseille de consulter la page ci-dessous. Malheureusement, elle est en japonais. J’ai cherché une ressource comparable en anglais, sans succès.
J’écrirai moi-même là-dessus un de ces jours. En attendant, il va falloir patienter… ahah
Nous avons donc vu que le transfert de charge total de la voiture dépend de quatre facteurs — son poids, l’accélération latérale, la hauteur du centre de gravité et la voie — et que la répartition de ce transfert entre l’avant et l’arrière dépend de la raideur au roulis et de l’angle des bras.
Si le transfert de charge augmente à l’avant, la force latérale totale des deux pneus avant diminue. Si le transfert de charge augmente à l’arrière, la force latérale totale des deux pneus arrière diminue.
Au passage, plus la distance entre le centre de gravité et l’axe de roulis — le bras de levier de roulis — est grande, plus la caisse prend du roulis.
À l’inverse, plus ce bras de levier est court, moins la caisse prend de roulis. Mais que se passerait-il si l’axe de roulis et le centre de gravité se trouvaient exactement à la même hauteur, autrement dit si le bras de levier de roulis était nul ?
Dans ce cas, même en virage, les suspensions ne bougeraient plus du tout en roulis.
Le transfert de charge aurait pourtant toujours lieu, et la voiture pencherait quand même, à cause de la déformation des pneus.
Ce serait un peu comme si la voiture n’avait aucune suspension permettant le roulis, ou comme une boîte rectangulaire posée sur des roues.
(Au passage, si l’on relevait encore l’axe de roulis, le sens du roulis s’inverserait.)
Alors, dans cette situation, comment se répartirait le transfert de charge entre l’avant et l’arrière ?
La répartition serait la même que celle du poids entre l’avant et l’arrière à 1 g.
Prenons une voiture dont la répartition du poids entre l’avant et l’arrière est de 60:40. Si l’on relève l’axe de roulis jusqu’à annuler le bras de levier de roulis, le transfert de charge en virage se répartit lui aussi à 60:40.
Faisons maintenant l’inverse et abaissons l’axe de roulis.
Si on l’abaisse jusqu’au niveau du sol, le bras de levier de roulis devient égal à la hauteur du centre de gravité. La répartition du transfert de charge entre l’avant et l’arrière devient alors identique à celle de la raideur au roulis.
À ce stade, la répartition du poids à 1 g n’a plus d’influence. Par exemple, si la répartition du poids avant/arrière à 1 g est de 60:40 et celle de la raideur au roulis de 50:50, abaisser l’axe de roulis au niveau du sol donne une répartition du transfert de charge de 50:50.
(Au passage, si l’on abaisse encore l’axe de roulis, le sens du moment transmis à la caisse par les bras de suspension s’inverse. Mais il est compensé par le moment de roulis auquel s’oppose la raideur au roulis, si bien que le sens réel du roulis ne change pas.)
Et que se passe-t-il si l’axe de roulis se trouve à mi-hauteur du centre de gravité ?
Dans ce cas, la répartition du poids à 1 g et celle de la raideur au roulis ont autant d’influence l’une que l’autre.
Si l’on relève progressivement l’axe de roulis à partir de cette position, l’influence de la répartition du poids à 1 g augmente. Si on l’abaisse, c’est l’influence de la répartition de la raideur au roulis qui augmente.
Cette fois, pour tout expliquer uniquement avec du texte et garder l’article lisible, j’ai laissé de côté l’effet de la voie et des autres facteurs.
Cette explication devrait tout de même convenir pour comprendre les grandes tendances. Pour des calculs détaillés, gardez cependant à l’esprit qu’il peut y avoir des écarts selon la situation.
Si vous voulez vraiment approfondir le sujet en anglais, la page suivante peut vous aider. Elle traite toutefois le problème en considérant un seul essieu — avant ou arrière — et son approche diffère donc un peu de celle de cet article.
« Geometric & Elastic Weight Transfer and the Roll Centre »
Voilà, cette fois, nous avons vu comment et pourquoi le comportement directionnel d’une voiture change lorsqu’on modifie la raideur au roulis ou la hauteur de caisse.
On pourrait, en quelque sorte, parler d’un réglage qui joue sur le transfert de charge. Il existe bien sûr d’autres moyens d’agir sur le comportement directionnel, par exemple la pression des pneus, la géométrie ou l’aérodynamique. Mais le transfert de charge fait partie des notions fondamentales à comprendre quand on s’intéresse aux mécanismes d’une suspension.
J’espère que cet article vous sera utile, d’une façon ou d’une autre.