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Mesure des efforts dans chaque composant de suspension, de la biellette au support d’amortisseur

  • Effort axial dans les biellettes
  • Efforts dans les rotules
  • Effort sur la jambe et l’amortisseur
  • Couple dans la barre stabilisatrice
  • Effort et déplacement du ressort
SUV grand format équipé de roues dynamométriques sur les roues avant et arrière
Roues dynamométriques sur un SUV grand format. Les efforts par composant sont mesurés sur les pièces situées derrière elles. Photo Michigan Scientific.

En bref

Une roue dynamométrique donne l’effort et le moment totaux à la roue. Pour savoir comment cette charge circule dans la suspension jusqu’au châssis, chaque composant est mesuré en place. Quand la géométrie le permet, Michigan Scientific équipe de jauges de déformation et étalonne la pièce de série ; sinon, une liaison est remplacée par un capteur semi-sur mesure, comme une goupille de cisaillement à la place d’un boulon. La hauteur et la géométrie de la suspension restent inchangées. Les données servent à corréler l’acquisition des chargements routiers avec les essais sur banc et aux travaux d’endurance du châssis.

Chemin de charge

Une même charge à la roue se répartit entre les biellettes, les rotules, le ressort et l’amortisseur avant d’atteindre le châssis. Le total à la roue, mesuré avec une roue dynamométrique ou estimé par des méthodes de route virtuelle, ne dit pas comment il se répartit. Seules des mesures sur les composants montrent le chemin.

Le composant à équiper dépend de sa géométrie et de l’architecture de la suspension. Le capteur doit conserver une diaphonie faible et rester insensible aux conditions aux limites et aux effets de montage. Partout où la géométrie le permet, la pièce montée sur le véhicule est équipée de jauges de déformation et étalonnée ; sinon, un capteur semi-sur mesure prend la place d’une liaison.

Capteur à goupille de cisaillement à la place du boulon de la fixation inférieure d’un amortisseur
Capteur à goupille de cisaillement à la place de l’assemblage boulonné au bas de l’amortisseur. Il mesure l’effort entrant dans l’amortisseur. Photo Michigan Scientific.

Instrumentation

Biellettes de directionbiellette de direction intérieure ou extérieure équipée de jauges de déformation pour l’effort de direction ; l’intérieure est préférée, car sa déformation est plus élevée
Biellettes de suspension et de barre stabilisatriceéquipés de jauges de déformation pour l’effort axial ; la barre stabilisatrice elle-même peut être équipée de jauges et étalonnée en couple
Rotuleséquipées de jauges de déformation pour les efforts dans deux ou trois directions ; une ligne de référence usinée en travers de l’extrémité du tourillon marque les axes, et le montage d’étalonnage correspond à la géométrie de la rotule
Jambe MacPhersoncapteur de jambe à fixation externe à la place de la bride inférieure, conception à quatre poutres en acier inoxydable haute résistance, ou goupilles de cisaillement à la place des deux boulons au porte-fusée
Amortisseurcapteur à goupille de cisaillement ou à traverse au silentbloc inférieur, un ou deux axes ; fourche ou chape équipée de jauges ; tige d’amortisseur équipée de jauges ; appui supérieur modifié et équipé de jauges, ou capteur sur mesure, pour l’effort total transmis au châssis
Ressort à lamesjumelle équipée de jauges de déformation pour l’effort vertical transmis au châssis, position des jauges déterminée par éléments finis
Ressort hélicoïdaléquipé de jauges de déformation pour la charge verticale, y compris en conditions dynamiques ; peut aussi être étalonné en déplacement
Fixation de la jambeCapteur de force triaxial TR3D côté caisse, pour le vecteur d’effort repris par la caisse

Pourquoi le tube de jambe n’est pas équipé de jauges

Les jambes sont le cas le plus difficile. Le ressort hélicoïdal et l’amortisseur travaillent en parallèle et sont montés directement au châssis. Des jauges de déformation sur le tube d’une jambe MacPherson ne donnent pas de résultats précis, car le piston se déplace à l’intérieur de l’amortisseur et la pression du fluide charge le tube. La charge est plutôt mesurée à la bride inférieure, avec un capteur de jambe à fixation externe, ou au porte-fusée, avec des goupilles de cisaillement à la place des deux boulons, moyennant des modifications mineures du porte-fusée et du support de jambe.

Procédure

  1. 01

    Choisir les composants

    Les pièces qui donnent un effort précis et représentatif sont identifiées pour l’architecture de la suspension. Les rotules de bras inférieur voient souvent la charge la plus élevée.

    Capteurs à jauges de déformation sur mesure
  2. 02

    Placez les jauges

    Les pièces complexes passent par une étude par éléments finis pour déterminer le type et l’emplacement des jauges de déformation, en vue d’une sortie plus élevée et d’une diaphonie plus faible.

  3. 03

    Compenser et protéger

    Chaque capteur est compensé en température et recouvert d’un revêtement imperméable.

  4. 04

    Étalonner dans les conditions de montage

    Les conditions aux limites pendant l’étalonnage correspondent à celles du véhicule. Sur une fourche ou une chape, la charge de serrage du boulon est rendue représentative de l’installation de série.

    Étalonnage
  5. 05

    Installer

    La pièce équipée de jauges ou le capteur semi-sur mesure est remis à la place de l’original. Sur une rotule, le tourillon ne doit pas venir en butée.

Résultat

L’effort dans chaque composant instrumenté, sur les pièces dont le véhicule est équipé, dans les conditions de l’essai réel. Lues avec les charges de roue, les données montrent comment la charge se répartit dans la suspension et jusqu’au châssis.

Questions fréquentes

Des jauges de déformation sur le tube d’une jambe MacPherson peuvent-elles mesurer la force de la jambe ?

Non. Le piston se déplace à l’intérieur de l’amortisseur et la pression du fluide charge le tube. On utilise à la place un capteur de jambe à fixation externe, ou des goupilles de cisaillement à la place des deux boulons au niveau du porte-fusée.

Comment mesure-t-on la force de l’amortisseur sans modifier la géométrie de la suspension ?

Une goupille de cisaillement ou un capteur à barre transversale remplace l’assemblage boulonné au bas de l’amortisseur, ou bien la fourche, la tige d’amortisseur ou l’appui supérieur est équipé de jauges de déformation. La hauteur et la géométrie de la suspension ne changent pas.

Comment mesure-t-on les forces sur une rotule sur un véhicule ?

La rotule est équipée de jauges de déformation pour les efforts dans deux ou trois directions. Un repère usiné en travers de l’extrémité du tourillon marque les axes de mesure, et le montage d’étalonnage reproduit la géométrie de la rotule.

Comment mesure-t-on la charge supportée par un ressort hélicoïdal ?

Le ressort hélicoïdal est équipé de jauges de déformation et étalonné pour la charge verticale qu’il supporte, y compris en conditions dynamiques. Il peut aussi être étalonné en déplacement, ce qui relie la compression du ressort à la hauteur de caisse et au débattement de la suspension.

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