Technique : La direction

le 03-08-2005

issue de Motorlegend










La direction ne peut pas être considérée indépendamment des autres parties du véhicule étant donné leur influence réciproque.



Les pneumatiques sont un premier élément à considérer. Au braquage des
roues, la force centrifuge provoque une modification de la trajectoire
appelée 'dérive'. La trajectoire effectivement décrite par chaque
pneumatique s'écarte donc de la courbe théorique et le centre
instantané de rotation réel du véhicule est déplacé.



Si le centre instantané de rotation réel se déplace à l'extérieur du
centre théorique. le rayon de courbure de la trajectoire effective du
véhicule augmente par rapport au rayon théorique. et l'on dit que le
véhicule " sous-vire". Dans le cas contraire, le rayon de courbure de
la trajectoire diminue par rapport au rayon théorique, et le véhicule
"survire"



Enfin. dans le cas intermédiaire où le centre instantané de rotation
réel se déplace parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule, le
rayon de courbure ne change pas : le véhicule a un comportement «neutre
».



On remarque que le choix, pour un véhicule destiné à être conduit par
un conducteur ayant une expérience moyenne, doit se porter de
préférence sur un modèle «sous-vireur», dont les réactions sont plus
neutres. Les problèmes posés par la dérive ne sont pas les seules
difficultés rencontrées.



En effet, on note également une interaction entre la direction et la
transmission dans les cas de véhicules à traction avant. Pour assurer
une transmission régulière des couples moteurs aux roues,
indépendamment de l'angle de braquage, il est indispensable de monter
le demi-arbre avec des joints homocinétiques sans lesquels les roues
seraient sujettes, lorsqu'elles ont une orientation angulaire, à des
accélérations et à des décélérations angulaires continuelles.

D.R.

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Le
comportement de la direction est également étroitement lié à la
suspension. Il s'agit cette fois de rendre le braquage indépendant des
mouvements de la suspension. Il faut songer à ce que serait le
comportement du véhicule si, chaque fois qu'une roue directrice
rencontrait une aspérité de la route, il devait braquer automatiquement.



La solution de ce problème s'effectue au moment de l'établissement du
projet du véhicule, en concevant les organes concernés de manière à ce
que les mouvements des roues tolérés par la suspension ne provoquent
pas des modifications importantes dans la position des organes de
direction.



La direction est également étroitement liée à l'ensemble des organes et
à la géométrie du train avant. Celui-ci doit constituer un compromis
satisfaisant entre là légèreté de manœuvre et le retour en ligne
automatique. L'action des freins a également une importance capitale
sur le comportement de la direction. Il faut plus particulièrement que
la force de freinage sur les roues directrices soit parfaitement
équilibrée ; si cette condition ne se réalisait pas, la direction
aurait tendance, au cours de l'action de freinage, à déporter le
véhicule du côté où la force de freinage est plus élevée.



Cet inconvénient n'apparaît plus aujourd'hui quand l'angle de braquage
est nul, mais se vérifie, pourtant, lorsque le véhicule a tendance à
braquer du côté où l'action de freinage est moins efficace, si l'angle
de braquage est négatif (contre-braquage).



Le conducteur perçoit l'action perturbatrice au volant et peut évaluer
les modifications de la trajectoire réelle. En analysant ces facteurs,
en premier lieu par l'observation visuelle et en second lieu par
l'observation de la réaction mécanique du véhicule et par la
confrontation avec la trajectoire désirée, le conducteur décide de la
correction à donner au volant.



La réalisation d'un volant



Sur les voitures automobiles, le volant est normalement placé à gauche
(lorsque la circulation s'effectue à droite), ce qui permet d'obtenir
une bonne visibilité dans les dépassements.



Dans le cas des camions automobiles, deux ou trois tours du volant sont
nécessaires pour effectuer un braquage complet. Les dimensions des
volants sont normalisées par la D.I.N. ; les diamètres conseillés sont
: 400, 450, 500, 550 millimètres. La chaîne cinématique de la direction
est calculée normalement de façon telle que le couple que doit exercer
le conducteur sur le volant ait une valeur d'environ 5 mkg.



A l'heure actuelle, le volant est considéré comme une menace du point
de vue de la sécurité passive. Les configurations les plus sûres sont
celles en tulipe (voitures américaines), avec un bourrelet central
(Mercedes), avec une colonne de sécurité (déformable ou rétractile). La
liaison avec l'arbre de direction est généralement réalisée par un
profilé cannelé ou une clavette : le boîtier de direction démultiplie
le mouvement de l'arbre (rapports de 1/12 à 1/24).



Technique : La direction

le 03-08-2005










Dans le cas d'un boîtier classique, le bras de
commande agit sur les éléments de direction constituant le
quadrilatère. Les différentes barres de commandes sont en acier au
carbone ou légèrement amélioré par traitement, elles sont articulées
entre elles au moyen de rotules.



Le quadrilatère est constitué en général de deux bras de direction
solidaires des fusées de roue et reliés entre eux par une barre
transversale d'accouplement. Celle-ci peut être soit allongée, soit
raccourcie, afin de permettre de régler l'ouverture ou le pincement des
roues directrices.

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Différents
types de boîtiers de direction de droite à gauche et de haut en bas :
Vis et secteur denté / Vis et écrou / Vis et galet / Vis globique /
Circulation de billes / Crémaillère.
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Parfois,
pour limiter les vibrations des organes de direction, des amortisseurs
sont insérés, qui relient les organes de la direction - comme par
exemple la barre d'accouplement ou les bras de direction à une partie
fixe du véhicule. L'amortisseur doit être en mesure de fournir une
force de freinage très faible aux basses vitesses, c'est-à-dire lors de
faibles ouvertures angulaires des organes de braquage telles qu'elles
se vérifient au cours des manoeuvres normales ; la force de freinage
doit, en revanche, s'élever pour les fortes ouvertures angulaires, qui,
elles, provoquent des phénomènes vibratoires.



Sur les véhicules automobiles très lourds, l'effort à exercer sur le
volant est très important aussi prévoit-on souvent des dispositifs
d'assistance (le plus souvent de type hydraulique). On dit alors que la
direction est assistée. L'assistance est une force supplémentaire sur
la direction qui diminue l'effort de braquage. Le système le plus
courant consiste dans un ensemble cylindre-piston agissant au braquage
sur le levier de direction ou les barres de connexion.
Entretien et pannes



L'entretien consiste surtout dans une vérification et un graissage
périodique, quoique ce dernier point soit aujourd'hui en voie de
disparition. La tendance actuelle est en effet à l'emploi
d'articulations graissées " for life ".



La vérification concernera le jeu des tirants et du boîtier de direction, jeu provoqué inévitablement par suite de l'usure.



En ce qui concerne le boîtier, le jeu correct des coussinets de l'arbre
de direction, des coussinets de l'arbre qui supporte les bras de
commande du quadrilatère, des éléments du boîtier de direction peut
être facilement rétabli au moyen de cales ou d'un système de rattrapage
à vis.

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Différents boîtiers de direction :



Il est également utile de procéder à des vérifications périodiques de
l'ensemble du train avant. Une usure anormale des pneumatiques est le
signe d'une géométrie défectueuse.



Suivant le type de véhicule, il est possible d'effectuer des réglages
du carrossage et du parallélisme. Les avaries que l'on peut constater
dans un mécanisme de direction sont généralement dues à un entretien
insuffisant.



Grâce à une lubrification régulière et à un contrôle minutieux du jeu
pouvant exister entre les organes, on pourra éviter que se produisent
des phénomènes d'usure, un jeu anormal, des bruits, un durcissement de
la direction. De façon analogue, une surveillance de la géométrie du
train avant évite de nombreux inconvénients tels que le durcissement de
la direction, la tendance du véhicule à dévier de la trajectoire
normale, l'usure anormale des pneumatiques.



Un inconvénient typique des tirants de la direction est l'existence de
vibrations ; il est généralement connu sous le nom de "shimmy ", par
similitude avec le nom d'une danse en vogue dans les années trente.



Le shimmy peut avoir de très nombreuses causes, qui sont toujours à
rechercher dans des défauts de géométrie. Une de ces causes, due à une
erreur intervenue au cours de l'établissement du projet du véhicule,
est provoquée par la variation périodique de l'angle de chasse par
suite des mouvements verticaux de la roue dans les cas de suspensions à
un seul bras longitudinal.



Une autre cause de shimmy peut être provoquée par une roue
déséquilibrée : statiquement (l'axe n'est pas au centre) ou
dynamiquement. Des réactions dans la direction se vérifient aussi par
suite des variations rapides du carrossage qui se produisent dans les
courbes, au roulis de la voiture dans le cas de suspensions qui
obligent la roue à se maintenir parallèle à la carrosserie (manchons
Morgan, bras longitudinaux).



Dans ces cas, la variation du carrossage est égale à l'angle de roulis
et provoque un mouvement gyroscopique qui tend à faire braquer la roue.

D.R.