Technique : Le problème de l'assiette

Sur une route bombée, un véhicule a tendance à glisser vers l'extérieur, ce qui compromet sans cesse la tenue de cap. Sur les mauvaises routes d'autrefois, les véhicules hippomobiles perdaient fréquemment leurs roues. Ce phénomène s'explique assez facilement : les roues, qui étaient parfaitement verticales, roulant sur une surface inclinée, avaient tendance à se déporter vers l'extérieur.

On peut remarquer, sur le schéma, qu'une composante de la réaction du sol tend à chasser de son axe la roue du carrosse. La première solution adoptée pour éliminer ce dangereux incident consista à incliner les axes vers le bas, de manière que les roues divergent vers le haut, assurant ainsi une poussée cons- tante vers le centre de l'axe.

En agissant ainsi on ne perdit plus de roues. Mieux encore, on pouvait alors voyager sur une partie de la chaussée sans que la voiture fasse des zigzags.

On avait ainsi inconsciemment affronté et résolu le premier problème de l'assiette du véhicule : celui de l'inclinaison des roues

Pour maintenir les roues perpendiculaires au profil bombé de la route, et pour bloquer les roues sur leurs axes, on les fait converger vers le bas (carrossage positif).

Qu'est ce que l'assiette ?

Pendant plus de cinquante ans, les voitures automobiles ont imité par habitude les angles des roues hérités des voitures à chervaux, même si cela n'avait plus aucune justification.

Les premières voitures automobiles apparaissent avec une considérable inclinaison des roues avant, qui convergent nettement vers le bas (carrossage positif). La raison principale de cette disposition était, comme nous l'avons vu, d'éviter le déport de la roue en assurant une pression constante vers le moyeu. Les roues arrière, cependant, ne pouvaient pas être inclinées car le pont arrière rigide, utilisé sur la plupart des véhicules, n'admettait pas l'inclinaison pour des raisons de construction (dans le différentiel les satellites et les planétaires doivent former un angle de 90°).

Avec l'augmentation de la vitesse et l'introduction des pneus naît cependant un nouveau problème : les roues inclinées ne vont pas droit, mais ont tendance à suivre une trajectoire courbe. Il s'agit du même phénomène qui se produit pour un cerceau qui tourne seul.

Tant qu'il est maintenu en position verticale, il va droit, mais dés qu'il s'incline d'un côté, il commence à décrire une courbe. Dans un véhicule, cet effet se produit seulement au-delà d'une certaine vitesse et tend à faire diverger les roues. Celles-ci étant liées à l'essieu, c'est le pneu qui assume cette force qui entraîne un frottement et une usure de sa partie intérieure. Dans les rapides diligences d'autrefois, dont les roues étaient cerclées de fer, ce phénomène avait été remarqué puisqu'il engendrait une usure anormale des moyeux des roues. La solution avait déjà été expérimentée : il suffisait de serrer légèrement entre elles les roues avant pour annuler la composante qui tendait à les ouvrir, et l'usure des moyeux redevenait normale. Ainsi était donc né le pincement ( angles des roues) des roues ayant un carrossage non nul (roues avant).

Plus l'inclinaison est élevée, plus grand doit être le pincement. Si les deux roues s'usent du côté extérieur le pincement est excessif ; si au contraire l'usure est plus grande du côté intérieur, le pincement doit être augmenté. Si finalement l'usure est irrégulière pour une seule roue, cela signifie que l'inclinaison de cette roue est différente de la valeur prescrite, ce qui se produit généralement par suite de chocs.

Nous avons vu comment le carrossage est resté positif pendant plusieurs décennies et comment il a été accompagné d'un certain pincement des roues. Cependant, au fur et à mesure que le relief de la route perdait sa forme bombée caractéristique pour devenir plat (ce qui devint réalisable uniquement grâce à l'introduction de revêtements capables d'absorber la pluie), on s'apercevait que les inclinaisons des roues pouvaient être réduites des 10° - 15° du début jusqu'à des valeurs de 7° - 8°, diminuant par là même le pincement.

La précaution prise de maintenir une certaine inclinaison pour créer une poussée latérale, était observée par certains constructeurs, bien plus par tradition que par conviction.

Les matériaux et les coussinets que l'on employait dans les moyeux avaient en effet des dimensions qui ne justifiaient aucune crainte, tandis qu'un léger carrossage positif de la roue aidait à réduire le déport sans recourir à l'augmentation de l'inclinaison des pivots.

Dans les années cinquante, apparaissaient les premières voitures "tout-à-l'arrière" avec suspensions arrière à roues indépendantes. Avec de telles suspensions, il est devenu possible de donner un carrossage positif même aux roues arrière et de les rendre, en même temps, convergentes.

C'est le cas de la Renault 4 CV, de la Fiat 600, de la NSU Prinz, etc. Toutefois, les bras de suspensions étaient de type transversal. Dans les virages, les roues extérieures devenaient, au moins en théorie, verticales tout en diminuant en même temps le pincement.

L'INCLINAISON DES ROUES ET L'ADHERENCE

Mais quelle est l'inclinaison des roues qui donne la meilleure adhérence ? Pendant plus de cinquante ans une telle question n'eut pas de sens. Avec des pneumatiques, de type traditionnel, à toile croisée et à bandes de roulement étroites, il n'y avait pas effectivement une grande différence, d'autant plus qu'avec l'essieu rigide, l'inclinaison des roues ne subissait pas de variations dans le virage. Avec 'introduction des suspensions indépendantes à bras longitudinaux - les premières tentatives sont antérieures à 1940, mais elles ne seront répandues largement que dans les années cinquante (Volkswagen, Citroën, Renault, BLMC) -, il apparaissait évident que la roue extérieure assumait dans le virage une inclinaison positive plus importante et égale à l'angle de roulis de la voiture. Ceci a conduit à une réduction ultérieure des angles de carrossage du début pour éviter une usure irrégulière du pneu. Plus tard, avec les pneumatiques larges, et surtout ceux à carcasse radiale, on constata que la tenue de route dépendait aussi de la position prise par la roue dans les virages. L'angle d'inclinaison acquit alors d'un seul coup une grande importance.

La meilleure adhérence s'obtient avec de petits carrossages négatifs, c'est-à-dire avec des roues légèrement divergentes en bas. Le résultat de cette constatation a été immédiat : les inclinaisons des roues sont devenues nulles ou négatives. Une contribution considérable dans l'étude des suspensions à roues indépendantes a été apportée par les constructeurs anglais de monoplaces John Cooper et Colin Chapman.

Les suspensions à trapèze oscillant, avec le bras supérieur plus court que le bras inférieur et convergeant entre eux vers le centre de la voiture, arrivent à compenser le roulis de la voiture dans le virage en maintenant les angles de carrossage proches du zéro .

Les suspensions à parallélogramme déformable, avec des bras de longueurs égales, font au contraire assumer aux roues des inclinaisons positives égales à l'angle de roulis de la voiture.

En adoptant cependant ce type de suspension ainsi que celles à bras longitudinaux, il est indispensable d'attribuer au départ des carrossages fortement négatifs pour maintenir de petits angles négatifs dans le virage. Les inclinaisons plus fortes caractérisent évidemment les voitures de rallye qui exigent une bonne tenue en virage, tandis que sur les voitures de tourisme, pour des raisons d'usure des bandes de roulement en ligne droite, on préfère des angles plus faibles. Il faut remarquer, à ce propos, que le carrossage négatif provoque sur les roues un effet contraire à celui du carrossage positif : les roues ont tendance, dans ce cas, à se fermer, et il faut contrarier cette action avec une ouverture initiale.

L'assiette des voitures de compétition est une conséquence logique de la constatation que la meilleure adhérence et, la tenue en virage s'obtiennent lorsque l'aire de contact de la bande de roulement a la valeur maximale. Toutefois, contrairement aux pneumatiques de tourisme, les pneumatiques de piste, très larges et très plats, doivent rester parfaitement verticaux soit sur obstacle, soit en virage. L'étude des suspensions et des centres de roulis tend exactement à confirmer cette condition.