Technique : La direction

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.

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).

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.

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.

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.