Université du Québec à Chicoutimi MODULE D’INGÉNIERIE

GÉNIE MÉCANIQUE

6GIN333 – PROJET DE CONCEPTION EN INGÉNIERIE

Rapport final

SUSPENSION POUR CHÂSSIS 25.1E

Projet # 2010-191

Préparé par :

Côté, Joël

COTJ13088200

Gauthier, Alexandre

GAUA07108605

Pour :

Mohamed Bouazara

Date :

20/12/10

CONSEILLER : Mohamed Bouazara

COORDONNATEUR : Jacques Paradis

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Approbation du rapport d’étape pour diffusion

Nom du conseiller Date Signature

3

Table des matières 1.0 Introduction ............................................................................................................................. 6

2.0 Présentation du projet ............................................................................................................. 6 2.1 Présentation du projet ......................................................................................... 6 2.2 Description de l’équipe de travail ........................................................................ 6 2.3 Problématique et état de l’art reliés au projet .................................................... 7 2.4 Objectifs généraux et spécifiques du projet ........................................................ 7

3.0 Aspects techniques et éléments de conception relatifs au projet .......................................... 8

3.1 Recherche bibliographique ............................................................................................. 8 3.1.1 Théorie .............................................................................................................. 8 3.1.2 Pièces et accessoires ......................................................................................... 8 3.1.3 Autre références ............................................................................................... 9

3.2 Méthodologie utilisée ..................................................................................................... 9

3.3 Étude théorique – Véhicule complet ............................................................................ 10 3.3.1 Véhicule au repos............................................................................................ 10 3.3.2 Transfert de poids ........................................................................................... 12 3.3.3 DCL global ....................................................................................................... 13

3.4 Étude théorique – Suspension arrière .......................................................................... 15 3.4.1 Corps rigide 1 : Assemblage roue, essieu et suspension ................................ 15 3.4.2 Corps rigides 2 : Véhicule sans suspension arrière ......................................... 16 3.4.3 Concept d’anti-squat et de centre instantané ................................................ 17 3.4.4 Suspension de type 4-liens ............................................................................. 21

3.5 Éléments de conception ............................................................................................... 25 3.5.1 Véhicule et châssis .......................................................................................... 25 3.5.2 Matériaux ........................................................................................................ 26 3.5.3 Profilés ............................................................................................................ 26 3.5.4 Quincaillerie .................................................................................................... 26

3.6 Étude de contraintes..................................................................................................... 26 3.6.1 Contraintes dans les tubes .............................................................................. 26 3.6.2 Contraintes dans les fixations ......................................................................... 29 3.6.3 Joints et boulons ............................................................................................. 34

4.0 Bilan des activités .................................................................................................................. 35

4.1 Arrimage formation académique / application pratique projet ................................... 35

4.2 Travail d’équipe ............................................................................................................ 35

4.3 Respect de l’échéancier ................................................................................................ 35

4.4 Analyse et discussion .................................................................................................... 36

5.0 Conclusion et recommandations ........................................................................................... 37

4

Liste des figures Figure 1 - DCL au repos .................................................................................................................. 10 Figure 2 - Transfert de poids .......................................................................................................... 12 Figure 3 - DCL Global ...................................................................................................................... 13 Figure 4 - Assemblage roue, essieu, suspension ........................................................................... 15 Figure 5 - Résultante Rr ................................................................................................................. 15 Figure 6 - Centre instantané Ci ...................................................................................................... 16 Figure 7 - Véhicule sans suspension .............................................................................................. 16 Figure 8 - Lignes d'actions .............................................................................................................. 17 Figure 9 - Ligne 100% Anti-squat ................................................................................................... 17 Figure 10 - Ci et anti-squat ............................................................................................................. 18 Figure 11 - Force du ressort et anti-squat ..................................................................................... 19 Figure 12 - Déplacement du Ci ....................................................................................................... 19 Figure 13 - Anti-squat et mouvement du châssis .......................................................................... 20 Figure 14 - Anti-squat inférieur à 100% ......................................................................................... 20 Figure 15 - Suspension de type 4-liens .......................................................................................... 21 Figure 16 - DCL des membrures ..................................................................................................... 22 Figure 17 - Forces au Ci .................................................................................................................. 22 Figure 18 - Plage d'ajustement d'anti-squat .................................................................................. 24 Figure 19 - Tube du haut ................................................................................................................ 28 Figure 20 - Tube du bas.................................................................................................................. 28 Figure 22 - Analyse préliminaire fixation châssis ........................................................................... 30 Figure 21 - Concept préliminaire fixation châssis .......................................................................... 30 Figure 23 - Modifications fixation châssis ...................................................................................... 31 Figure 24 - Concept final fixation châssis ....................................................................................... 31 Figure 25 - Analyse finale fixation châssis ..................................................................................... 31 Figure 26 - Analyse préliminaire fixation essieu ............................................................................ 32 Figure 27 - Concept préliminaire fixation essieu ........................................................................... 32 Figure 28 - Modifications fixation essieu ....................................................................................... 33 Figure 29 - Concept final fixation essieu ........................................................................................ 33 Figure 30 - Analyse finale fixation essieu ....................................................................................... 33 Figure 31 - Exemple de montage - boulon et joint à rotule........................................................... 34 Figure 32 - Boulon en cisaillement double .................................................................................... 34 Figure 33 - Spécification - Acier A500 ............................................................................................ 41 Figure 34 - Spécification - Acier 50W ............................................................................................. 41 Figure 35 - Spécification - Chrome-moly ....................................................................................... 42 Figure 36 - Spécification - Plaque .................................................................................................. 43 Figure 37- Spécification – Tube...................................................................................................... 44 Figure 38 - Spécification - Vis ......................................................................................................... 45

5

Figure 39 - Spécification – Écrou.................................................................................................... 45 Figure 40 - Spécification – Écrou.................................................................................................... 46 Figure 41 - Spécification - Rondelle de blocage ............................................................................. 46 Figure 42 - Dessin de définition de la fixation différentiel ............................................................ 47 Figure 43 - Dessin de définition de la fixation châssis ................................................................... 47 Figure 44 - Résultante Rr en fonction du % anti-squat .................................................................. 48 Figure 45 - Force transmise au ressort arrière en fonction du % anti-squat ................................. 48 Figure 46 - Assemblage de la suspension 4 liens ........................................................................... 50 Figure 47- Véhicule du promoteur................................................................................................. 51 Figure 48 - Assemblage de la suspension sur le modèle numérique du nouveau véhicule .......... 52

Liste des tableaux

Tableau 1 - Caractéristiques du véhicule ....................................................................................... 25 Tableau 2 - Force dans les membrures en fonction du % d'anti-squat ......................................... 26 Tableau 3 - Résultats du concept préliminaire des membrures .................................................... 27 Tableau 4 - Résultats du concept final des membrures ................................................................ 28 Tableau 5 - Force dans les membrures en fonction du % d'anti-squat ......................................... 29 Tableau 6- Données et outils de calculs........................................................................................ 48

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1.0 Introduction

Ce rapport présente les résultats d’un travail de recherche et de conception d’une suspension arrière destinée à un véhicule d’accélération. La recherche porte principalement sur la géométrie et l’étude des contraintes présentes dans les membrures et fixations. Les paramètres du véhicule et des composantes qui se greffent à la suspension arrière sont prédéterminés. Le rapport est présenté en cinq sections. La section 2 présente plus en détails le projet, l’équipe de travail, les besoins du promoteur ainsi que les contraintes à respecter. La section 3 contient le cœur de la recherche et y sont présentés les résultats de la recherche bibliographique, une étude de la théorie des suspensions et la présentation des concepts de centre instantané et d’ « anti-squat ». Cette section présente aussi le modèle de suspension de type 4-liens et le calcul des forces présents dans les composantes de la suspension. Ensuite, la section 3.5 présente la démarche de conception des membrures et des plaques de fixations qui sont les principaux éléments de ce projet. Un bilan des activités est présenté dans la section 4. On y fait un retour sur la démarche, la problématique, les démarches utilisées et les résultats finaux sont comparés avec les objectifs initiaux. Une analyse et une discussion des résultats y est faite. Finalement, la section 5 conclut le rapport et présente les recommandations de l’équipe de travail au sujet des résultats finaux.

2.0 Présentation du projet

2.1 Présentation du projet

Le projet consiste en la conception d’une suspension arrière performante utilisée dans un véhicule d’accélération.

Les composantes de la suspension et sa géométrie devront fournir un comportement dynamique adéquat et une plage d’ajustements suffisante pour assurer la stabilité lors de l’accélération.

2.2 Description de l’équipe de travail

L’équipe est constituée de deux étudiants en génie mécanique de 3e année : Joël Côté et Alexandre Gauthier, qui est lui-même promoteur du projet. Le conseiller de l’équipe est M. Mohamed Bouazara. Après l'entente initiale avec M. Bouazara, les rencontres auront lieu après les remises des rapport préliminaires. Des rencontres supplémentaires seront planifiées seulement si nécessaire.

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2.3 Problématique et état de l’art reliés au projet

Le promoteur du projet, Alexandre Gauthier, est un coureur amateur de voiture d’accélération. Il est propriétaire d’un Plymouth Raodrunner 1969 et cour présentement dans la catégorie Semi-Pro. Les performances actuelles de son véhicule ne corespondent plus à ses besoins, principalement à cause de la suspension arrière dont le comportement est imprévisible et les ajustements très limités. M. Gauthier apsire maintenant à courir dans des catégories plus performantes, ce qui l’incite à revoir les possibilitées que lui offre son véhicule actuel, principalement au niveau des ajustements de la suspension. Dans le domaine de la course d’accélération, les ajustements de la suspension arrière d’un véhicule ont un impact majeur sur ses performances et peuvent faire la différence entre un véhicule médiocre et un véhicule de haut niveau. Une suspension performante permet de contrôler le tangage du châssis, permettant d’augmenter et de modifier la charge sur les pneus arrières à l’accélération. Dans le but d’atteindre les performances visées, le promoteur est prêt à changer complètement de châssis, dépendamment des types de suspensions possibles, de leurs avantages et de leurs caractéristiques. Dans ce cas, le promoteur déterminera les détails et mesures de ce châssis pour permettre la conception d’une suspension adaptée. Les coûts reliés à la conception et la fabrication d’un nouveau châssis, si nécessaire, sont la responsabilité du promoteur et n’influenceront pas le choix du type de suspension.

2.4 Objectifs généraux et spécifiques du projet

Concevoir une suspension arrière pour un véhicule d’accéleration. La suspension doit s’adapter au châssis déterminé par le promoteur. Cette suspension doit être conçue de manière à assurer un comportement stable et une plage d’ajustements adéquate.

Les composantes devront résister au couple moteur élevé, à la forte traction générée par une piste d’acceleration et à toutes autres forces en présence.

Les ajustements de la suspension doivent permettre un contrôle du tangage du châssis. Ce tangage est causé par le transfert de poids et affecte la traction des pneus arrières.

Suite à des décisions prisent en début de projet, la suspension devra être de type 4-liens et s’adapter à un châssis tubulaire respectant les normes SFI 25.1E, dont les caractéristiques sont fournies par le promoteur.

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3.0 Aspects techniques et éléments de conception relatifs au projet

3.1 Recherche bibliographique

3.1.1 Théorie

Une recherche de documents et de références bibliographiques au sujet de la théorie des suspensions a été faite. Les livres de références sélectionnés pour ce projet sont les suivants :

Milliken, William F. ; Milliken, Douglas L. (1995). Race Car Vehicle Dynamics, Pennsylvanie : SAE General Publications Division, 889 p.

Milliken, William F. ; Milliken, Douglas L. (2002). Chassis Design, Principle and Analysis, Pennsylvanie : SAE General Publications Division, 638 p.

Bedford, Anthony ; Fowler, Wallace (2008). Engineering Mechanics Dynamics, New Jersey : Pearson Prentice Hall, 652 p.

Bazergui, André ; Bui-Quoc, Thang ; Biron, André ; McIntyre, Georges ; Laberge, Charles (2002). Résistance des matériaux, troisième édition, Québec : Presses Internationales Polytechnique, 715 p.

Oberg, Erik ; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H. (2000). Machinery’s Handbook, 26e édition, New York, Industrial Press Inc, 2630 p. 3.1.2 Pièces et accessoires

Des catalogues de pièces standards sont nécessaires pour la sélection des différentes composantes. Voici la liste des principaux :

Tube et plaque d’acier : Metalium, http://www.metalium.com/, consulté le 22/10/10. Joint à rotule et fixation : McMaster-Carr, http://www.mcmaster.com/, consulté le 22/10/10. Boulons et quincaillerie : Speanaur, http://www.spaenaur.com/, consulté le 22/10/10.

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3.1.3 Autre références

Le site internet Matweb a servi de référence pour les données techniques concernant les matériaux qui peuvent être utilisés pour la conception de la suspension. L’adresse est la suivante : http://www.matweb.com. Des sites internet de références dans le domaine des courses d’accélération ont été consultés dans le but de valider les concepts théoriques, aider à la compréhension et comparer le concept choisis. En voici une liste : http://www.baselinesuspensions.com http://www.raceglides.com.au.

3.2 Méthodologie utilisée

En premier lieu, il faut observer des modèles de suspension utilisés dans le domaine de la course d'accélération, dans le but d’identifier la géométrie répondant le mieux aux besoins du projet. Par la suite il faut trouver des outils mathématiques adéquats, disponibles dans les manuels de références. Avant d'effectuer des calculs, il faut déterminer l'environnement où est fixé la suspension, soit le châssis du véhicule. La suspension doit être fixée dans une région déterminée, imposée par le châssis. Elle doit aussi être dimensionnée en fonction de la carrosserie, des pneus, l'empattement et la largeur du véhicule. Le manuel Race Car Vehicle Dynamics, est l'outil pour l'étude du comportement de la suspension en relation avec la géométrie choisie. Ensuite, pour l’étude dynamique et statique d’un véhicule en accélération, la documentation technique a permit d’étudier les forces et les moments en présence et de choisir les bons outils mathématiques. Cette étude a permit d’identifier les différentes forces internes des composantes de la suspension. Finalement, il a fallu trouver, à l'aide des catalogues, les pièces standards susceptibles d'être utilisées pour la fabrication de la suspension.

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3.3 Étude théorique – Véhicule complet

3.3.1 Véhicule au repos

À l’arrêt, le véhicule repose sur ses quatre roues. Chacune des roues reprend une partie du poids du véhicule, selon la position sur l'axe x du centre de masse. Dans le cas d’un véhicule d’accélération il n’y a pas de déplacement latéral, il est donc nécessaire d’utiliser la vue de côté de la voiture et de considérer qu'elle n’a que deux roues, une avant et une arrière. Le poids est donc distribuer sur deux points de contact avec le sol, et deux normales sont présentent (nf, nr).

Figure 1 - DCL au repos

mg

nf

lf lr

L

nr

y

x

11

DCL au repos - Calculs :

ƩFy=0

�� � �� � �� (1)

ƩM/cg=0

�� � � � �� � � �� � ��� � � (2)

(2) (1)

�� � ��� � � � �� ���� � � �� � ��

�� � ����������

�� � ��� � �� � (3)

(3) (2)

�� � ��� � �� � � � � �� � ��� � �� �

12

3.3.2 Transfert de poids

Lorsque le mouvement vers l’avant est initié, le véhicule subit une accélération horizontale. Cette accélération aura pour effet de transférer une partie du poids du véhicule sur la roue arrière, en libérant cette charge de la roue avant.

Pour simplifier l’étude de ce transfert de poids, il est utile de remplacer l’accélération par une force d’inertie qui agit au centre de masse de la voiture. Cette force est égale à la force moteur qui crée le déplacement mais de sens opposé. Il est résulte un couple. Par la suite, le problème n’est plus étudié d’un point de vue dynamique mais plutôt statique, où la somme des forces est égale à zéro.

Pour analyser l’effet du transfert de poids, on doit étudier la voiture tel un corps rigide, auquel on applique la force motrice et la force d’inertie s’y opposant. La force motrice (Fm) est appliquée au point de contact entre le pneu arrière et le sol (contact patch). La force d’inertie (Fi) est quant à elle appliquée au centre de masse. Il en résulte un moment dirigé dans le sens antihoraire. Dans une étude statique, la somme des moments en tout point d’un corps est égale à zéro. De nouvelles forces doivent donc être introduites pour combattre le moment précédent. Ces forces (T) sont appliquées aux points de contacts des pneus avant et arrière et du sol. Pour assurer un équilibre statique, ces forces sont égales et de sens opposée. Le moment créé sera, lui aussi, égal et de sens opposé au moment dû au couple d’inertie. Les forces (T) représentent le transfert de poids.

Figure 2 - Transfert de poids

T

lf lr

L

T

Fi

Fm

Hcg

y

x

13

Transfert de poids - Calculs :

ƩFy=0

� � � � �

ƩM/r=0

�� � ��� � � � � � � � !"�#$�%

3.3.3 DCL global

Les forces attribuables au transfert de poids sont appliquées au DCL du véhicule au repos. Les nouvelles normales (Nf, Nr) représente la somme des normales au repos (nf , nr) et de la force de transfert de poids (T). Il est aussi possible de calculer la valeur des normales Nf et Nr en faisant un calcul de somme des moments en un point quelconque. Le résultat trouvé doit être le même, car l’équilibre statique doit être respecté, de même que pour la somme des forces horizontales et verticales. La valeur de Nr représente la force totale qui appuiera le pneu arrière au sol et qui assurera une bonne traction.

Figure 3 - DCL Global

Nf

lf lr

L

Nr

Fi

Fm

Hcg

(nr + T) (nf + T)

mg

y

x

14

DCL Global - Calculs :

ƩFx=0

�� � �&

�� � �& � �� ƩFy=0

'� � '� � ��

'� � �� '� (1) où '� � �� � � () '� � �� � �

'� � �� � ��� � �� � �� � � ƩM/r=0

'� � � �� � ��� � �� � � � � '� � !"� #$�*��� �% � �� � � (2)

ƩM/f = 0

�� � ��� � �� � � � '� � � �

'� � !"� #$����� �% � �� � � (3)

Il est important de mentionner que dans certains cas, il est possible que la somme de la normale nf et de la force T donne un résultat négatif. Cela signifie que la roue avant quitte le sol lors de l’accélération initiale. Si l’accélération est trop forte, il peut en résulter un important soulèvement du nez de la voiture et même un revirement complet vers l’arrière. Cette situation demande d’étudier l’accélération angulaire de la voiture et l’effet du déplacement du centre de masse. Cependant, cette situation ne modifie pas la manière dont la suspension arrière doit être conçue et relève plutôt d’un équilibre entre la force du moteur, le poids du véhicule et la position du centre de masse. Dans le cas présent, les données utilisées feront en sorte que la roue avant reste au sol et ce scénario ne sera pas abordé.

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3.4 Étude théorique – Suspension arrière

3.4.1 Corps rigide 1 : Assemblage roue, essieu et suspension

Il importe maintenant de considérer l’assemblage roue, essieu et suspension arrière comme un corps rigide indépendant, fixé à la voiture. À cette étape, les efforts internes entre les différentes pièces de la suspension sont négligés. Pour simplifier l’approche, les deux corps rigides seront reliés entre eux par un simple pivot.

Figure 4 - Assemblage roue, essieu, suspension

Pour étudier ces nouveaux corps libres, les forces de transfert de poids seront utilisées. Les forces appliquées au point de contact du pneu arrière sont transmisent à la voiture au point de pivot. Ces forces peuvent être combinées en une force résultante (Rr).

Figure 5 - Résultante Rr

Fm

T Rr

y

x

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Si on trace une ligne partant du point de contact R et passant par le point de pivot, on obtient la ligne d’action de cette force résultante. Lors de déplacement de la suspension, la roue décrira un arc autour de ce point pivot, on appellera ce dernier le centre instantané (Ci) de la suspension arrière.

Figure 6 - Centre instantané Ci

3.4.2 Corps rigides 2 : Véhicule sans suspension arrière

Le reste de la voiture sera représenté comme un corps rigide mais sans sa partie arrière. Cette partie de la voiture subit l’effet du transfert de poids de la roue avant et de la force d’inertie au centre de masse.

Figure 7 - Véhicule sans suspension

Le point O identifie l’intersection des lignes d’actions des deux forces. Il faut remarquer que ces deux lignes sont donc reliées au centre de masse et au point de contact de la roue avant. Pour assurer l’équilibre des forces dans ce DCL, il importe d’y ajouter les forces qui proviennent de l’ensemble roue, essieu et suspension.

Fi

T

O

y

x

Ci

Rr

y

x

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Figure 8 - Lignes d'actions

Sur le DCL précédent, en traçant la ligne d’action de la résultante Rr, on voit quelle passe par les lignes d’actions des forces Fi et T. Comme les composantes de la résultante Rr sont égales et de sens opposé à T et Fi et que et que la ligne d’action de toutes ces forces passent par le même point, il est évident que leurs composantes s’annulent et qu’aucun moment n’est généré.

3.4.3 Concept d’anti-squat et de centre instantané

Pour bien faire le lien de ce concept avec la théorie des suspensions qu’on retrouve dans les ouvrages et livres de références, il convient de définir certains termes techniques. Dans le jargon automobile, lorsque l’arrière d’un véhicule s’affaisse sur sa suspension à l’accélération, on dit que le véhicule « squat ». Ce terme anglais n’a pas de traduction directe en français et il sera utilisé dans ce texte pour simplifier les explications. La ligne imaginaire passant par le point de contact de la roue arrière R et le point d’intersection O est appelée la ligne de « 100% d’anti-squat ». La pente de cette droite équivaut à la division de la hauteur du centre de masse (Hcg) par l’empattement (L) de la voiture.

Figure 9 - Ligne 100% Anti-squat

T

Fi

Rr

O

y

x

O

R

Hcg

L

100% Anti-squat

y

x

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Si le centre instantané de la suspension arrière se situe sur cette ligne, les forces de transfert de poids (Fm, Fi et T) ne créeront aucun moment sur le châssis de la voiture. Donc, cette position du Ci empêche l’arrière de s’affaisser, d’où l’expression anti-squat. Si l’arrière du véhicule reste stable, c’est que la totalité des forces causées par l’accélération passent par le point de pivot et rien ne va dans les ressorts arrière. Il est important de comprendre qu’à 100% d’anti-squat, les ressorts arrière ne sont pas libérés de toute force, ils sont déjà comprimés par le poids du véhicule à sa position initiale, soit la force nr. Donc, si à l’accélération, l’arrière du véhicule reste stable, aucune force SUPPLÉMENTAIRE n’ira s’ajouter aux ressorts.

Donc, en revenant au DCL des deux corps libres, le point de pivot de la suspension, le Ci, pourrait se situé sur la ligne de 100% d’anti-squat si un comportement stable est désiré.

Figure 10 - Ci et anti-squat

Maintenant, il importe de comprendre que lors du départ, un certain déplacement de l’arrière du véhicule peut aider à assurer une traction maximale des pneus arrière. Si le véhicule « squat » au départ, c’est qu’il libère de la charge de sur les pneus arrières. À l’inverse, si l’arrière se soulève (il se sépare des pneus), c’est qu’en réalité il appuie encore plus fort sur les pneus et augmente la traction. Les deux cas peuvent être nécessaires, selon la situation. Pour bien démontrer ce phénomène, on pose la force reprise par les ressorts sur le DCL de la voiture, elle sera appelée Fs.

O

R

Hcg

L

100% Anti-squat

y

x

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Figure 11 - Force du ressort et anti-squat

Ici, comme la résultante Rr annule les forces T et Fi, la force Fs est nulle. Cependant, qu’arrive-t’il si on déplace le Ci?

Figure 12 - Déplacement du Ci

Les forces Rr, Fi et T ne s’annulent plus. L’équilibre des forces est maintenant assuré par la force Fs. Pour savoir l’effet du déplacement du Ci, il faut connaître sa position et calculer la pente de la nouvelle ligne d’action de la force. On peut ensuite faire un ratio de la pente du Ci par rapport à la pente de la ligne de 100%.

T

Fi

Rr

O

Fs

Ci

T

Fi

Rr

O Fs

Ci

100% Anti-squat

20

Si le Ci se trouve au dessus de la ligne de 100%, le ratio sera supérieur à 1, donc un pourcentage plus grand que 100%, comme dans l’exemple précédent. À l’inverse, un Ci en dessous de la ligne donnera un anti-squat inférieur à 100%. Concrètement, si la pente du Ci est la moitié de la pente de 100%, l’anti-squat du véhicule sera de 50%, et l’arrière du véhicule subira un « squat » au départ. Avec un anti-squat supérieur à 100%, l’arrière du véhicule se soulèvera.

Figure 13 - Anti-squat et mouvement du châssis

La preuve peut être faite à l’aide d’un calcul sur le DCL suivant. On note le ration des pentes AS. Si ce ratio est de 0.80 (80% d’anti-squat), la valeur de la force dans le ressort arrière peut être trouvée.

Figure 14 - Anti-squat inférieur à 100%

T

Fi

Rr

O Fs

100% Anti-squat

a

b

T*AS

Fm Ci

y

x

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À l’aide de calcul, on s’aperçoit que seule la composante verticale de la résultante Rr est affectée par un déplacement du Ci. La nouvelle valeur de cette composante correspond à la force de transfert de poids T, multiplié par le ratio AS. En faisant la somme des forces vertical, une valeur positive est trouvée pour la force Fs. Cette valeur signifie que le ressort arrière de la voiture subit encore plus de compression et donc que l’arrière tend à se rapprocher de la roue. La voiture subit donc un squat, dû à une valeur d’anti-squat inférieure à 100%.

Si le Ci est situé au dessus de la ligne de 100%, la force Fs devient négative. L’arrière de la voiture se soulèvera (le châssis se sépare des roues) en libérant une partie de la charge emmagasinée dans les ressorts. Ainsi, si l’arrière se soulève au départ, les membrures de la suspension doivent reprendre la force qui est libérée des ressorts.

3.4.4 Suspension de type 4-liens

L’étude des forces dans les membrures de la suspension requiert de présenter le système de suspension de type 4-liens. Dans les exemples précédents, l’ensemble roue, essieu et suspension était présenté comme un seul corps rigide. Une suspension de type 4-liens est composée de plusieurs membrures reliées entre elles par des pivots. Cependant, il est possible de faire une étude du comportement de la suspension en utilisant le même concept de centre instantané. En effet, le centre instantané de ce type de suspension peut être trouvé en utilisant la projection des membrures.

Figure 15 - Suspension de type 4-liens1

1 Race Car Vehicle Dynamics, Figure 17.36, p. 650

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Dans le cadre du présent projet, les quatre membrures sont parallèles entre elle et à l’axe longitudinale de la voiture, dans la vue de plan. Même si le Ci n’est plus le point d’attache de la suspension sur le reste de la voiture, il est considéré comme un point virtuel autour duquel la suspension pivote et où la résultante Rr est appliquée.

Figure 16 - DCL des membrures

Pour connaître les forces internes dans les membrures, il suffit d’analyser les forces qui agissent au Ci en considérant ce point comme un nœud, comme dans un système de treillis. Les forces internes des membrures sont déplacées sur leur ligne d’action jusqu’au Ci, même chose pour la résultante Rr.

Figure 17 - Forces au Ci

θ α

β

Rr F1

F2

Ci

Tube 1

Tube 2

O

Ci

100% Anti-squat

Tube 2

Tube 1 y

x

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Forces au Ci - Calculs :

ƩFx=0

+��,-. � ���,-/ � �0�,-1� � �

�� � 2�$345*!6$347$348

ƩFy=0

+�-��. � ��-��/ � �0-��1 � � �0-��1 � +�-��. � ��-��/ �0-��1 � +�-��. � 2�$345*!6$347$348 -��/

�0-��1 �,-/ � +�-��. �,-/ � ���,-.-��/ � �0�,-1-��/

�0�-��1 �,-/ � �,-1-��/� � +��-��. �,-/ � �,-.-��/� �0 � +� �4"�5 $348� $3454"�8��4"�7 $348� $3474"�8�

Les membrures de la suspension, fixées par des rotules, seront soit en tension, soit en compression. Pour permettre une plage d’ajustement de la suspension, les membrures peuvent être fixées à différentes positions sur les plaques d’attaches du châssis et du différentiel. Ces différentes positions permettent de déplacer le Ci en fonction du % d’anti-squat désiré.

La plage d’ajustement choisie pour la présente suspension permettra un anti-squat allant de 75% à 125%, avec un intervalle de 12,5% entre chaque position. Les images suivantes présentent les configurations possibles du concept actuel.

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Figure 18 - Plage d'ajustement d'anti-squat

Les positions d’ajustements présentées permettent de faire varier la position verticale du Ci. Il est aussi possible de faire varier la position horizontale du Ci, mais les effets d’un déplacement horizontal sont beaucoup plus subtils, et difficile à observer. Ils demandent des ajustements de haute précision et une compréhension avancée de la géométrie de la suspension que la plupart des coureurs réguliers négligent. Cet ajustement peut avoir, par exemple, un léger impact sur le soulèvement de l’avant du véhicule au départ. La position horizontale choisie est une position commune, qui permet des ajustements simples et efficaces. C’est la raison pour lequel seules les positions verticales du Ci sont affichées.

On retrouve dans l’Annexe D des graphiques représentant l’effet de la variation du % d’anti-squat sur les forces qui agissent sur le véhicule.

25

3.5 Éléments de conception

Seule les 4 membrures, les 4 plaques de fixations, les joints et les attaches sont étudiées. Toutes les autres composantes du véhicule, tel que les amortisseurs, les ressorts, la barre antiroulis et les pneus ne font pas partie de l’étude et seront considérés comme des corps rigides. Une étude de ces composantes aurait dépassé le cadre du présent projet. Les forces et déplacements internes du châssis et le déplacement du centre de masse sont aussi négligés.

3.5.1 Véhicule et châssis

Les données qui suivent représentent les détails techniques du véhicule sur lequel la suspension sera utilisée. Ces données correspondent à un châssis tubulaire de type Pro-stock, selon les spécifications SFI 25.1E et respectent les dimensions d’une carrosserie de Plymouth Roadrunner 1969.

Tableau 1 - Caractéristiques du véhicule

Poids W [Kg] 1272,00

Couple moteur [N-m] 813,00

Ratio transmission (1e) 2,45:1

Ratio différentiel 4,10:1

Force aux roues Fm = Fi [N] 35679,00

Empattement L [mm] 2971,00

Rayon roue arrière [mm] 406,00

Centre de masse

Longueur lr [mm] 1625,00

Longueur lf [mm] 1346,00

Hauteur Hcg [mm] 558,00

Anti-squat

Pente du 100% d'anti-squat 0,19

Angle du 100% d'anti-squat [o] 10,84

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3.5.2 Matériaux

Les matériaux utilisés pour fabriquer les composantes de la suspension sont l’acier A500, 50W et le chrome-moly. Les spécifications techniques de ces matériaux sont présentées dans l’annexe B.

3.5.3 Profilés

Les différentes dimensions disponibles pour les plaques et profilés tubulaires sont identifiées dans l’annexe B.

3.5.4 Quincaillerie

Les fiches techniques des pièces qui serviront à fixer les composantes, tel que les boulons et les embouts de biellettes, sont présentées dans l’annexe B.

3.6 Étude de contraintes

3.6.1 Contraintes dans les tubes

L’important, dans le présent projet, est de déterminer quelle valeur d’anti-squat génèrent les forces les plus élevées dans les membrures. Par la suite, ce sont ces forces qui sont utilisées pour le calcul des contraintes dans les composantes. Ces forces sont présentées dans le tableau suivant.

Tableau 2 - Force dans les membrures en fonction du % d'anti-squat

Anti-squat 75% 100% 125% Rr [N] 18074,91 18152,56 18229,89 F1 [N] -14081,15 -14141,65 -14201,88 F2 [N] 31847,97 31984,79 32121,04 Fs [N] 3081,36 0,00 -3081,36 F1 en X [N] 12829,76 -13578,39 5910,07 F1 en Y [N] -2202,78 -1478,20 -495,64 F2 en X [N] 31847,97 31940,96 31881,61 F2 en Y [N] 0,00 1673,95 3914,57

Les tubes utilisés comme membrures de la suspension arrière sont montés sur des pivots et ne subissent que des contraintes de tension ou de compression. Aucune flexion ou torsion n’est présente. Dans la géométrie actuelle, les membrures du haut sont en tension et en celles du bas en compression. Les membrures du bas peuvent donc être sujettes au flambement.

Les forces qui agissent dans chaque membrure ont déjà été déterminées lors des calculs des forces au centre instantané. La force F1 correspond au tube supérieur et F2 à celui du bas.

27

Évidemment, il faut diviser ces forces en deux, car il y a quatre membrures au total. Les calculs de contrainte axial sont fait en premier, suivit de ceux de flambement.

Concept préliminaire:

Le choix de matériau initial est un tube d’acier ASTM A500 de grade A, de diamètre de 25,4mm et d’épaisseur 3,05mm. Les résultats ont démontrés que le tube du haut en tension résiste avec un facteur de sécurité de 3,46. Le tube du bas en compression résiste aussi mais avec un facteur de sécurité de 1,53. Le facteur de sécurité visé pour ces membrures est de 2 au minimum. Le tube du bas est donc insuffisant. Les résultats de ces calculs sont présentés dans le tableau ci-dessous.

Tableau 3 - Résultats du concept préliminaire des membrures

Tube ASTM A500 Grade A Membrure HAUT BAS Diamètre [mm] 25,4 25,4 Épaisseur [mm] 3,05 3,05 Aire [mm2] 214,03 214,03 E [GPa] 200 200 Sy [MPa] 230 230 Force [N] 14225 32177 Contrainte [MPa] 66 150 Contrainte critique [MPa] 0 2232

Facteur de sécurité 3,46 1,53

Concept final:

Après plusieurs essais avec différents matériaux et profilés, le compromis choisit entre le poids, la résistance et la disponibilité sur le marché est un tube de Chrome-moly 4130. Le tube choisit offre avec une épaisseur inférieure tout en fournissant un facteur de sécurité de 2,37. Les dimensions et résultats de ces calculs sont présentés dans le tableau suivant.

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Tableau 4 - Résultats du concept final des membrures

Tube Chrome-Moly 4130 Normalized Membrures HAUT BAS Diamètre [mm] 25,4 25,4 Épaisseur [mm] 1,65 2,41 Aire [mm2] 123,18 174,26 E [GPa] 200 200 Sy [MPa] 437 437 Force [N] 14225 32177 Contrainte [MPa] 115 185 Contrainte critique [MPa] 0 2232

Facteur de sécurité 3,78 2,37

Les formules de flambement utilisent les valeurs de moment d’inertie de surface (I) et les modules d’élasticité de matériau (E). Après plusieurs vérifications, il est clair que la contrainte critique de flambement est hautement supérieure à la limite élastique, lorsque le profilé est tubulaire. Par exemple, dans le cas du choix final de profilé et matériau, les calculs ont prouvés que l’effondrement par plastification a lieu avant tout flambement dans la membrure.

Voici quelques exemples de calculs :

Tube du haut en tension Tube du bas en compression

9� � !�:� � !6;��<6*�<��= >0 � !6:6 � !6;��?6*�?��= Contrainte en flambement pour le cas rotule-rotule (k=1)

@$�6 � A6B C6�D �6

Figure 20 - Tube du bas Figure 19 - Tube du haut

29

9EF6 � @$�6C6 � G6H��D �6�0 �6 � G6H

� �D �6I A�J)A��0 � ���6

�6

3.6.2 Contraintes dans les fixations

Le concept préliminaire des fixations est basé en partie sur les concepts existants et populaires utilisés par les coureurs du milieu. En étudiant ces concepts et en déterminant les points d’attaches possibles sur le châssis actuel, les dimensions de bases ont été déterminées. Ce concept préliminaire respecte la position des trous de fixations nécessaire à la plage d’ajustement.

Les prévisions des emplacements possibles de concentration de contraintes sont aussi considérées dans le concept préliminaire, pour assurer que ce dernier soit un bon point de départ dans l’obtention d’un concept optimal. L’acier 50W est choisie pour les concepts préliminaires pour sa disponibilité, son faible coût et ses bonnes propriétés mécaniques générales.

Une étude par éléments finis est nécessaire pour déterminer la résistance de ces fixations, en raison de leur géométrie complexe. La conception est faite en fonction que les pièces soit réalisées par découpe au laser, ce qui assure un assemblage de précision et facilite la fabrication.

Plusieurs scénarios d’ajustement des membrures sont possibles. Les forces dans les membrures varie faiblement d’un ajustement à l’autre, c’est donc la position où la membrure applique la force sur la fixation qui influe le plus sur les contraintes. Pour chacune des études réalisées ,la position la plus contraingnante est considérée. Les forces maximales, dans les directions X et Y, sont présentées dans le tableau 2.

Tableau 5 - Force dans les membrures en fonction du % d'anti-squat

Anti-squat 75% 100% 125% Rr [N] 18074,91 18152,56 18229,89 F1 [N] -14081,15 -14141,65 -14201,88 F2 [N] 31847,97 31984,79 32121,04 Fs [N] 3081,36 0,00 -3081,36 F1 en X [N] 12829,76 -13578,39 5910,07 F1 en Y [N] -2202,78 -1478,20 -495,64 F2 en X [N] 31847,97 31940,96 31881,61 F2 en Y [N] 0,00 1673,95 3914,57

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3.6.2.1 Fixation côté châssis

Concept préliminaire:

Le concept initial consiste en 2 plaques parrallèles de 6.35mm d’épaisseur. La force provenant de la membrure inférieure appuie près du centre de la pièce, créant une flexion et une certaine déformation des plaques. La ligne d'action de la force de la membrure du haut passe presque directement dans la soudure du haut, qui la joint au châssis. Cette région se trouve en tension et les contraintes se développent autour de celle-ci. Les contraintes principales dans la pièce dépassent la limite élastique qui est de 345Mpa et se dévelopent au niveau de la soudure du haut. Les résultats de l’étude montre que la contrainte de Von Mises maximale est de 493.67MPa.

Concept final:

La solution choisie pour résoudre le problème de résistance est d’ajouter du matériel où il y a concentrations de contraintes. Pour le haut de la fixation, une mince plaque a été ajoutée pour joindre les 2 plaques parallèles et ainsi fermer une partie de l’assemblage. Ce concept permet d’allonger le cordon de soudure entre le châssis et la plaque, ce qui diminue les concentrations de contrainte. Le problème de flexion est atténué en augmentant la hauteur des plaques latérales. Des plaques plus hautes ont une plus grande inertie autour de l’axe X. De plus, fermer l'ouverture arrière avec une mince tôle de 15.87mm (0.0625'') améliore la stabilité et la résistance. Finalement, avec ces modifications, la nouvelle déformation en flexion est négligeable.

Z

Y X

Figure 22 - Concept préliminaire fixation châssis Figure 21 - Analyse préliminaire fixation châssis

31

Les contraintes ont beaucoup diminuées et permettent un facteur de sécurité d'environ 2, tout en minimisant l’ajout de matériel. Les résultats de l’étude montre que la contrainte de Von Mises maximale est maintenant de 182.45MPa encore au niveau des soudures au châssis.

Z

Y X

Figure 23 - Modifications fixation châssis

Figure 24 - Concept final fixation châssis

Figure 25 - Analyse finale fixation châssis

32

3.6.2.2 Fixation côté essieu

Concept préliminaire:

Le concept préliminiare consiste en 2 plaques parrallèles de 6.35mm d’épaisseur. Aves les forces appliquées aux points d’attaches, les contraintes dans la fixation dépassent encore une fois la limite élastique de 345Mpa, atteignant presque 900MPa à certains endroits. Cette fixation est sollicitée par les mêmes forces que la fixation du châssis, mais elle reprend aussi la force supplémentaire qui est appliquée au ressort et l’amortisseur arrière. Cette force augmente quand avec les ajustements d'anti-squat dépassent 100%. La stabilité latérale est augmentée par les tuyaux qui joignent la paires de fixation sur le tube du différentiel.

Concept final:

Le nouveau concept consiste à ajouter du matériel où les contraintes se développent, principalement autour de l'attache du haut et en ajoutant des minces plaques de 3.17mm (0.125'') pour joindre les plaques parallèles principales. Pour l'attache du bas et celle de l'amortisseur, il suffit d'augmenter les rayons du profilé des plaques parrallèles. Après ces changements, les contraintes ont beaucoup diminuées. Il est alors possible d'amincir les plaques principales de 6.35mm (0.250'') à 4.77mm (0.188''). Les contraintes qui se développent restes basses tout en permettant un facteur de sécurité de plus de 2.

La contrainte max est de 142.87MPa. Le nouveau concept est plus robuste et plus léger. Les dessins de définitions des fixations châssis et différentiel sont présentés en annexe C.

Z

Y X

Figure 27 - Concept préliminaire fixation essieu Figure 26 - Analyse préliminaire fixation essieu

33

Figure 28 - Modifications fixation essieu

Figure 30 - Analyse finale fixation essieu Figure 29 - Concept final fixation essieu

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3.6.3 Joints et boulons

Selon le NHRA Rule Book, la dimension minimale pour les rotules de la suspension et de la direction doivent être au minimum 9.52mm (3/8'') de diamètre intérieur.

La rotule choisie a un diamètre intérieur de 12.7 mm et a une capacité radiale de 72 114N. Le scénario le plus contraingnant génère une force de 32 121N dans la barre du bas et 13 578N dans celle du haut.

Le facteur de sécurité le moins permissif:

KL � M6 ��N OJ6�6� O � 0P0Q

Les boulons qui attachent les biellettes aux fixations sont de dimension 12.7mm -13 x 50.8 grade 8 (1/2 – 13 x 2 UNC 2A). Ce grade offre une limite élastique très élevée de 1034 Mpa (150 000 psi). Le prix de ces boulons est légèrement plus élevé que ceux de grade inférieur mais comme seulement huit boulons sont nécessaire, la différence de prix n'est pas considérée. Avec le diamètre majeur du boulon, il est possible de calculer la contrainte maximale en cisaillement double. Le pire scénario génère une force dans le tube du bas de 31 121N et celui du haut 13 578N.

Diamètre maximal du boulon : 12.66 mm

> = !:

> � J��6� O6�R�S=PTTUU=

V � � �0WPX� YZ[

Le facteur de sécurité le moins permissif:

KL � �\JN ]^_�6JP`� ]^_ � aPWX

Figure 31 - Exemple de montage - boulon et joint à rotule

Figure 32 - Boulon en cisaillement double

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4.0 Bilan des activités

4.1 Arrimage formation académique / application pratique projet

La réalisation de ce projet a demandé l’utilisation de beaucoup de notions et méthodes apprisent dans les cours du baccalauréat en génie mécanique. Les notions de DCL et d’étude de force, apprisent en mécanique statique et dynamique, étaient essentielles. Ces connaissances ont permit de bien comprendre la théorie des suspensions et ainsi pouvoir identifier les informations à considérer lors du choix de la géométrie de la suspension. L’étude de résistance des composantes a fait appel aux notions apprisent au cours de résistances des matériaux. Ce sont ces méthodes qui ont permit de déterminer les contraintes Des connaissances en optimisation auraient pu aider à faire une conception de pièces plus efficace et professionnelle. De plus, un seul membres de l’équipe avait des connaissances en CAO et en étude par éléments finis. Une bonne connaissance des méthodes de dessin technique et des logiciels de CAO est un atout très important lors de la réalisation d’un tel projet.

4.2 Travail d’équipe

L’équipe de travail est très efficace. Les deux membres se complètent bien au niveau des connaissances et des méthodes de travail. Aucun conflit n’est survenu. Les deux membres ont une passion commune, la course automobile. En permettant de travailler dans un domaine intéressant, la motivation des membres de l’équipe a pu rester grande tout au long du projet. Chacun des membres a exploiter ses forces lors du projet, que ce soit au niveau des connaissances théoriques, informatiques et techniques.

4.3 Respect de l’échéancier

Un échancier du projet est présenté dans l’annexe A. Depuis la planification initiale, seule la section ‘Dessins et études par éléments finis’ à été devancée, car les tâches de dessins ont commencées plus tôt que prévues.

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4.4 Analyse et discussion

L’ensemble du projet est basé sur des données théoriques. Le châssis sur lequel sera installée la suspension n’en est qu’au stade de concept. Aucun prototype ne sera fabriqué dans le cadre du projet. Les résultats des analyses théoriques sont donc les seules données utilisables dans l’évaluation de la recherche. Comme les données utilisées pour les calculs sont théoriques, aucune erreur de lecture expérimentale ne peut être ajoutées pour valider la précision des résultats. Toutefois, il faut quand même prévoir quelques sources d’erreurs ou d’imprécisions. Les sites de références utilisés pour les propriétés des matériaux ne peuvent être considérés comme des références exactes. Les valeurs qui s’y trouvent ne peuvent garantir que les matériaux sur le marché auront exactement les mêmes propriétés. Il est important de s’assurer de la qualité du matériau lors de l’achat. Le manque de connaissance en analyse par éléments finis et en optimisation est aussi un facteur à considérer. Les logiciels d’analyses par éléments finis demandent de bien situer les points d’applications des charges et de savoir comment contraindre les pièces. Des mauvais choix dans la méthode d’analyse des contraintes peuvent nuire à la qualité des résultats obtenus. Le but principal des analyses de contrainte est de fournir un facteur de sécurité pour les composantes. Pour une raison de sécurité, il vaut mieux que survienne une déformation d'une membrure qu’une rupture en cisaillement des boulons. Si les boulons en venaient à céder, l’assemblage pourrait se séparer du châssis, ce qui aurait de grave conséquences. Ainsi le facteur de sécurité des membrures est plus faible que celui des boulons, pour obtenir une déformation plastique en cas de charge excessive. Le facteur de sécurité minimal de 2 a toujours été respecté. Toutefois, tout en gardant un facteur de sécurité acceptable, les pièces pourraient être plus optimisées. La solution choisie pour répondre à la problématique implique l’ajout de beaucoup de nouveaux paramètres. Cela ne signifie pourtant pas que cette solution est la plus complexe. En effet, l’utilisation d’un châssis usé implique de considérer l’état de ce dernier. L’usure et la fatigue des composantes, la dégradation, la corrosion, la déformation, tous sont des facteurs qui aurait dû être pris en compte. En utilisant un nouveau châssis, non seulement on permet la création d’une suspension plus performante, on s’assure aussi de connaître l’état et la qualité de tout l’assemblage. Comme le projet vise le domaine de la course automobile, la sécurité est essentiel. L’utilisation de nouvelle composante permet de connaître avec précision les limites du véhicule.

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Du côté des coûts, il faut tenir compte du fait que la plupart des assemblages seront fait à la main. Dans le milieu de la performance automobile, les pièces complètes déjà assemblées sont très onéreuses. En fabriquant les composantes avec des matériaux et profilés commun, il est possible de grandement réduire le coût de l’assemblage de la suspension. Les pièces qui s’y rattachent, tels que les ressorts et amortisseurs, seraient les mêmes dans les deux cas.

5.0 Conclusion et recommandations

Selon l'énoncé de la problématique initiale, il est clair que le choix d'opter pour un châssis tubulaire est la solution la plus prometteuse pour le projet du promoteur. Avec le châssis original, les possibilitées d’améliorations de la suspension et des performances générales du véhicule sont limitées. Même avec une optimisation intensive de toutes les composantes, le véhicule ne pourra atteindre le niveau de performance que permet une suspension de type 4-liens. Opter pour un nouveau châssis tubulaire permet l’utilisation efficace de ce type de suspension. Le concept final de la suspension est un assemblage mécanique qui répond aux besoins spécifiques émis par le promoteur. Les différents calculs couvrent les bases qu’on retrouve dans l’étude théorique. Cependant, il est important de comprendre que cette étude est très générale et que beaucoup de détails et d’effets indirects ont dû être négligés pour que l’ampleur du projet reste dans les limites du cours 6GIN333. Parmi ces éléments, on peut mentionner la déformation des pneus et leur effet de ressort, la torsion du châssis, le roulis causé par le couple moteur, la barre stabilisatrice, le déplacement du centre de masse, le déplacement latéral de la suspension, les ajustements des amortisseurs et le débattement de la suspension. Pour bien représenter la réalité il faudrait que cette étude prenne en considération ces facteurs. Le problème est que chacun de ces facteurs peut facilement devenir un projet de recherche complet à lui seul, car en course automobile, il n’y a pas de limite a ce qui peut être fait pour améliorer la performance. L’important est de cibler les objectifs principaux et d’améliorer les faiblesses majeures. Avant d’entreprendre des recherches longues et onéreuses, il convient de bien comprendre l’impact qu’auront les améliorations. Dans cet optique, quelque recommandations sont faites au promoteur dans le but d’orienter l’optimisation de son véhicule. Lorsque le nouveau véhicule sera construit, le promoteur devra mesurer et comparer les paramètres réels du châssis avec les valeurs initialement fournies. Le poids du véhicule et la position du centre de masse ont une grande incidence sur le concept de la suspension. Des correctifs aux calculs pourront êtres appliqués selon la situation.

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Le promoteur devra aussi s’assurer que la puissance du groupe motopropulseur est bien évaluée. Il doit prévoir les modifications à la mécanique et les gains de puissance éventuels, car la puissance moteur joue un grand rôle dans le dimensionnement des composantes de la suspension. Après avoir fabriqué et installé la suspension, l’étape cruciale sera les essais sur piste. Les données receuillies lors d’essais réels sont les meilleurs indicateurs des performances de la suspension. La méthode de collecte de donnée doit aussi être rigoureuse. Comme le promoteur sera le seul responsable de l’ajustement, de l’entretien et de la conduite du véhicule, il se doit d’avoir de bonnes connaissances techniques au niveau de la suspension. L’étude théorique contenu dans ce rapport constitut un bon point de départ pour orienter ses recherches et elle devrait servir de référence, car elle a l’avantage d’être basée sur son propre véhicule. Au final, le concept de suspension développée dans ce projet est de niveau supérieur à ce que la plupart des coureurs amateurs utilisent. Même si l’étude est générale, la suspension contient les caractéristiques essentielles et le promoteur a tous les outils nécessaire pour bien exploiter les ajustements. Comme le promoteur est un membre de l’équipe de travail, son véhicule fera l’objet de plusieurs autres projets de recherches dans le futur et ce travail permettra à ces projets de démarrer sur des bases solides.

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Bibliographie Références bibliographiques:

Milliken, William F. ; Milliken, Douglas L. (1995). Race Car Vehicle Dynamics, Pennsylvanie : SAE General Publications Division, 889 p.

Milliken, William F. ; Milliken, Douglas L. (2002). Chassis Design, Principle and Analysis, Pennsylvanie : SAE General Publications Division, 638 p.

Bedford, Anthony ; Fowler, Wallace (2008). Engineering Mechanics Dynamics, New Jersey : Pearson Prentice Hall, 652 p.

Bazergui, André ; Bui-Quoc, Thang ; Biron, André ; McIntyre, Georges ; Laberge, Charles (2002). Résistance des matériaux, troisième édition, Québec : Presses Internationales Polytechnique, 715 p. Oberg, Erik ; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H. (2000). Machinery’s Handbook, 26e édition, New York, Industrial Press Inc, 2630 p. Sites internet : Metalium, http://www.metalium.com/, consulté le 22/10/10.

McMaster-Carr, http://www.mcmaster.com/, consulté le 22/10/10.

Speanaur, http://www.spaenaur.com/, consulté le 22/10/10.

http://www.matweb.com, consulté le 22/10/10.

http://www.baselinesuspensions.com, consulté le 22/10/10.

http://www.raceglides.com.au, consulté le 22/10/10.

40

Annexe A - Échéancier

41

Annexe B : Fiches techniques

Figure 33 - Spécification - Acier A500

Figure 34 - Spécification - Acier 50W

42

Figure 35 - Spécification - Chrome-moly

43

Figure 36 - Spécification - Plaque

44

Figure 37- Spécification – Tube

45

Figure 38 - Spécification - Vis

Figure 39 - Spécification – Écrou

46

Figure 40 - Spécification – Écrou

Figure 41 - Spécification - Rondelle de blocage

47

Annexe C : Dessins techniques

Figure 42 - Dessin de définition de la fixation différentiel

Figure 43 - Dessin de définition de la fixation châssis

48

Annexe D : Tableaux de calculs

Figure 44 - Résultante Rr en fonction du % anti-squat

Figure 45 - Force transmise au ressort arrière en fonction du % anti-squat

Les tableaux suivants contiennent les équations paramétrées permettant de calculer les forces en action à partir de plusieurs configurations différentes pour le véhicule. Les données qui s’y retrouvent servent d’exemple et ne représentent pas les valeurs utilisées pour la conception. Les valeurs sont en système impérial pour facilité les calculs, ils sont convertit dans le SI lors de la présentation des résultats.

Tableau 6- Données et outils de calculs

Caractéristiques du véhicule

Poids W [lbf] 2800,00

Couple moteur [lbf/pi] 600,00

Ratio transmission (1e) 2,45

Ratio différentiel 4,10

Force aux roues Fm = Fi [lbf] 8036,00

18000

18100

18200

18300

18400

70% 80% 90% 100% 110% 120% 130%

Rr (N

)

% anti-squat

-3500-2500-1500

-500500

150025003500

70% 80% 90% 100% 110% 120% 130%

Fs (N

)

% anti-squat

49

Valeurs des forces présentes

Au repos [lbf]

nr 1268,38

nf 1531,62

Au départ

Nr 2779,42

Nf 20,58

Effret du transfert de poids T 1511,04 Rr 8503,09

Anti-squat Pourcentage d'anti-squat désiré 85,00% Force dans l'amortisseur arrière 416,91 Pente par rapport au CI 0,16

Dimensions

Pouces Pieds

Empattement L 117,00 9,75

Longueur lr 64,00 5,33

Longueur lf 53,00 4,42

Hauteur Hcg 22,00 1,83

Rayon roue arrière 16,00 1,33

Pente du 100% d'anti-squat 0,19

Angle du 100% d'anti-squat [o] 10,84

Centre instantané

Position (Pour a connu) Pouces Pieds

a 90,50 7,54

b 14,46 1,21

Position (Pour b connu) a 106,36 8,86 b 17,00 1,42

Annexe E – PhotosToutes les photos et les dessins de CAO ont été réalisés par les membres de l’équipe.

Figure

Photos Toutes les photos et les dessins de CAO ont été réalisés par les membres de l’équipe.

Figure 46 - Assemblage de la suspension 4 liens

50

Toutes les photos et les dessins de CAO ont été réalisés par les membres de l’équipe.

51

Figure 47- Véhicule du promoteur

Figure 48 - Assemblage de la suspension sur le modèle numérique du nouveau véhiculessemblage de la suspension sur le modèle numérique du nouveau véhicule

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ssemblage de la suspension sur le modèle numérique du nouveau véhicule