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Voici comment vire votre automobile

E. Weiss, Sciences et voyages N°60 — 21 octobre 1920

Mis en ligne par Denis Blaizot le dimanche 29 novembre 2009

Comment fait-on un virage en auto ? La belle question, direz-vous : pour tourner à droite, on tourne le volant à droite ; à gauche pour aller à gauche, comme on actionne les rênes d’un cheval.

C’est évidemment la manière de faire, mais dans la voiture à moteur à essence il y a toute une série d’organes qui agissent et qui n’existent pas dans la voiture hippomobile.

Dans ce dernier véhicule, en effet, on a un système d’avant-train basé sur une seule pièce qu’on appelle « cheville ouvrière », sorte de pivot dans l’axe de la voiture. Avec cette disposition, quand l’essieu avant s’oblique, les deux roues restent parallèles et. la voiture tourne autour d’un point qui est sur le prolongement de l’essieu arrière.

Au début de la voiture automobile, sur les premiers modèles, on a appliqué ce système d’avant-train. On le rencontre encore dans les vieilles voitures électriques, qui ressemblent étrangement à un coupé de remise, lequel aurait laissé les brancards et les chevaux comme des accessoires superflus.

La forme est évidemment disgracieuse ; elle est peu mécanique si l’on s’adresse à un châssis comportant un moteur à essence. Il faut prévoir en effet à l’avant une sorte d’arche, qui permette à l’avant-train de tourner librement.

L’inconvénient le plus grave du système est le manque de stabilité dans un virage un peu accentué, puis l’impossibilité de tourner à une vitesse un peu élevée. En effet, si l’avant-train est obliqué fortement et à la limite si la position est perpendiculaire à l’axe de la voiture, la voiture a pour appui les roues arrière et une ligne passant à 90° par les roues avant.

La force centrifuge trouve alors un système tout installé pour bénéficier largement de son effort et obtenir facilement le renversement de la voiture, sans compter qu’il faut craindre également la rupture du pivot, soumis à un travail considérable dans une voiture rapide et lourde.

On a donc été amené à constituer l’essieu avant au moyen d’une partie centrale rigide et à articuler les roues à chaque extrémité. La partie centrale peut alors être surbaissée, de manière à supporter le moteur ; ceci permet d’obtenir une forme basse à l’avant plus gracieuse, propice aux grandes vitesses et abaissant le centre de gravité de la voiture, qui, par conséquent, est plus stable.

Chaque roue avant peut donc pivoter autour d’un axe qui lui est propre. Mais il est nécessaire que cette rotation, cette obliquité des roues soit obtenue par une seule manœuvre d’un volant actionné par le conducteur. Pour cela, chaque roue reçoit son mouvement d’un levier, et les deux leviers sont réunis par un palonnier, de façon que, lorsque le mécanisme de direction agit, les roues puissent s’obliquer en même temps.

La première idée que l’on puisse se faire de cette liaison est celle d’un parallélogramme articulé. Il en résulterait que les roues avant s’obliqueraient exactement du même angle et resteraient constamment parallèles. Voyons si cela est possible.

Supposons que la voiture décrive un cercle parfait autour d’un centre de rotation. Les roues arrière de la voiture à traction mécanique étant toujours des roues motrices, elles sont donc assujetties à rester parallèles entre elles et également à l’axe de la voiture ; par conséquent elles auront à chaque instant la direction de la tangente au cercle et le centre 0 de ce cercle sera forcément sur le prolongement de l’essieu arrière. Les roues arrière décriront ainsi des cercles concentriques ; il n’y aura donc pas de ripages ou de glissements abîmant les pneumatiques. Chaque roue parcourt évidemment un chemin de longueur différente, mais cette nécessité est obtenue sans glissement au moyen de l’organe appelé différentiel.

Voyons ce qui va se passer pour l’essieu avant :

Si la voiture tourne autour du centre 0, les roues avant doivent décrire des cercles ayant ce même centre et être constamment perpendiculaires aux rayons qui aboutissent aux points de pivotement.

Il est facile de prévoir que, contrairement à ce qui se passe pour les roues arrière, obligatoirement parallèles, les rayons de rotation des roues avant ne seront jamais confondus, puisque l’essieu avant rigide ne passe jamais par le centre O.

Il s’ensuit que, pendant le virage suivant un cercle parfait, les roues avant ne seront pas parallèles. Ceci exige que l’action de la direction fasse tourner les roues avant d’un angle différent.

Ce problème a été résolu par Jeantaud, après des tâtonnements et des essais nombreux, afin d’obtenir un mécanisme simple et de présenter une solution avec une approximation suffisante. Cette solution a reçu le nom « dépure ou quadrilatère Jeantaud ».

La conclusion pratique est la suivante :

L’essieu avant, le palonnier et les leviers commandant chaque roue forment, quand la voiture marche en ligne droite, un trapèze isocèle dont les petits côtés passent par le milieu C de l’essieu arrière. Ce trapèze isocèle se transforme pendant le virage en un quadrilatère irrégulier.

Grâce à cette liaison, l’action du palonnier fait incliner chaque roue avant, de façon que les fusées passent par un centre 0, situé sur le prolongement de l’essieu arrière. Les quatre roues décrivent donc à chaque instant des cercles concentriques. L’action continuelle du volant permet de déplacer ce centre constamment sur le prolongement de l’essieu arrière et de faire tourner la voiture suivant une courbe quelconque, composée ainsi d’éléments de cercles de rayons différents. Le centre 0, qui varié alors à chaque instant de position, s’appelle le « Centre instantané de rotation. »

Pour rendre le braquage des roues avant plus facile dans un rayon plus petit, on fait quelquefois rencontrer les leviers des roues avant un peu avant le milieu de l’essieu arrière.

On voit donc que pour obtenir le virage il suffit d’opérer un mouvement d’un seul levier sur une des roues avant. Automatiquement, ce mouvement se transmettra à l’autre roue, dans les proportions voulues.

Cette action se produit au . moyen d’une bielle de commande qui reçoit son impulsion par l’intermédiaire d’un volant de direction et d’organes mécaniques appropriés : vis, secteurs, bielles, etc ...

Examinons les différentes solutions adoptées par les constructeurs de châssis.

Tout d’abord la condition à remplir pour ce mécanisme est que le chauffeur puisse faire braquer, c’est-à-dire obliquer les roues, mais que celles-ci ne puissent faire tourner à leur tour le volant sous l’influence des irrégularités de la route. Sans cette condition d’irréversibilité, la voiture en vitesse pourrait prendre une direction quelconque en butant sur un léger obstacle, et cela malgré le chauffeur, à moins qu’il ne puisse maintenir le volant avec un effort considérable qui ne pourrait se soutenir longtemps.

Néanmoins le mécanisme doit avoir une. certaine souplesse, de façon qu’il n’ait pas à subir des ruptures par choc.

Cette élasticité est obtenue au moyen de ressorts interposés comme joints souples entre la bielle et son levier de commande.

L’organe le plus complètement irréversible est la vis sans fin à pas convenable, et c’est, avec des variantes, le système le plus généralement employé,

La disposition la plus simple consiste à terminer l’axe de la direction par une vis qui commande directement un secteur denté. Ce secteur est solidaire du levier, lequel agit sur la bielle par une articulation à rotule et des ressorts amortisseurs de choc.

Pour éviter les détériorations de la vis sous l’influence des chocs et des vibrations, on a interposé ensuite entre la vis et le secteur un organe intermédiaire.

La tige de direction avec sa vis actionne un écrou qui porte une crémaillère, se déplace suivant un mouvement rectiligne. La crémaillère agit sur un pignon denté, lequel est solidaire du levier.

Pour améliorer encore ce système, on a supprimé la crémaillère. La tige de direction forme écrou et c’est la partie intermédiaire qui porte la, vis. Cet organe est guidé dans son déplacement. Il agit par une rotule sur un petit levier calé sur le même axe que le levier de commande.

Ce dernier montage est le plus appliqué actuellement dans les voitures modernes.

Bien entendu, le mécanisme est placé dans un carter et s’agrémente de graisseurs, de roulements à billes, etc., qui donnent de la douceur au fonctionnement.

La tige se termine par un volant ; elle est plus ou moins inclinée, le volant est plus ou moins grand, suivant les dispositions adoptées pour la carrosserie et suivant aussi l’encombrement du moteur et, par suite, les dimensions du capot avant.

La bielle s’articule sur un levier qui commande, soit la roue droite, soit la roue gauche, suivant la disposition adoptée pour la place du conducteur.

Les fusées avant sont mobiles autour d’un axe vertical qui est supporté par l’extrémité correspondante de l’essieu avant. Dans les voitures puissantes, en général l’essieu avant se termine en forme de fourche et l’axe de pivotement est maintenu par deux roulements à billes, en haut et en bas.

Dans d’autres modèles, pour les voitures plus faciles, par exemple, c’est la fusée qui se termine en fourche. On a alors une disposition un peu différente du roulement de butée à bielles. Cette deuxième disposition nécessite un essieu avant qui est plus facile à usiner que le précédent, comportant une fourche à chaque bout.

Lorsque le volant a de grandes dimensions et lorsque la tige de direction est inclinée moyennement, il en résulte que le volant occupe tout l’intervalle existant entre le conducteur et le tablier avant. Il est alors assez difficile au conducteur de descendre de son siège. L’extraction est parfois plutôt pénible.

Pour remédier à ce petit manque de confort, on a conçu en Amérique U. S. A. une forme de volant qui peut coulisser sur le tube de direction. Au moment de descendre on presse un bouton et le volant est remonté pour dégager la place, ce qui permet au conducteur de descendre commodément, sans acrobaties.

La manœuvre de la direction d’une voiture est trop connue pour que nous insistions sur ce point ; il suffit évidemment d"agir sur le volant plus ou moins, dans un sens approprié, et ce n’est plus qu’une question d’habitude, facile à acquérir, qui empêchera que l’on n’accrochera pas trop les voitures voisines avec les fusées arrière et que l’on ne heurtera pas les arbres ou les bordures de trottoir. Une heure de pratique est dans ce cas préférable à toute autre indication, aussi parfaite qu’elle puisse être donnée.

E. WEISS, Ingénieur E. C. P