Réglage des suspensions

Pour expliquer certains fonctionnements, principes et fondements.
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tango zoulou
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Messagepar tango zoulou » Dim Avr 28, 2013 9:40 am

Depuis quelques temps, je travail sur un MOC qui a la particularité d'avoir des suspensions les plus souples possibles.
Au début je pensais qu'il suffisait juste de régler la raideur des ressorts. Mais en fait c'est plus compliqué qu'il n'y paraît et j'ai décidé de partager mes trouvailles. :)

(Je tiens à préciser que je vais employer un vocabulaire qui peut être différent du vrai vocabulaire technique.)

Définitions :

wikipédia a écrit:Les suspensions sur un véhicule, sont les éléments permettant de relier les masses non suspendues (typiquement la roue, les systèmes de freinage, d'entraînement de roue, etc) aux masses suspendues (typiquement le châssis, le moteur et tous les composants du véhicule fixés au châssis).


Je vais parler dans ce topic des suspensions qui servent à amortir les chocs. Les suspensions des TT ne sont pas prises en compte.

Caractéristiques d'une suspension :

-le débattement : distance verticale que parcoure la roue.
Plus la masse en jeu est importante, plus il faut un grand débattement.

-la raideur : c'est l'effort que fournis le ressort en fonction de son débattement.
Il faut faire en sorte que les ressorts soit légèrement comprimé sous le seul poids du véhicule.
Le mieux c'est une compression proche de zero, mais positive. (inutile de faire plus de 1/3)

-Les rendements : sur l'énergie que la roue transmet lors d'un choc, une petite partie s'échappe sous forme de chaleur et nuise beaucoup au bon fonctionnement des suspension. Il faut privilégié des articulations avec peu de friction.

-la souplesse : c'est là que ça se corse. Il s'agit de l'aptitude qu'a la suspension à encaisser le plus faible effort possible. Ce paramètre est très important car c'est en le réglant que le véhicule va amortir les petits chocs et surtout les vibrations. La souplesse dépend de la disposition des ressorts. (voir plus bas)

-stabilité : c'est la précision avec laquelle la roue reprend le même débattement après un effort.
Cela dépend des rendements et de la souplesse. Ce paramètre limite la souplesse. En effet une trop grande souplesse est certes intéressante mais engendre inévitablement une instabilité. Il faut donc trouver un compromis entre stabilité et souplesse.

Traduction en image :

Image

-La courbe rouge représente l'effort à fournir en fonction du débattement. Généralement c'est la composé de fonction trigonométriques (sin et cos) et d'autre polynôme. (car système articulé)

-Les rendements font que la courbe est plus épaisse. Il y a une incertitude des valeurs dans la zone colorée

-La souplesse correspond à la pente de la courbe, c'est donc la dérivé.

-Pour trouver la stabilité, il faut prolonger la droite de l'effort appliqué jusqu'aux bords de la courbe épaissis par les rendements. On reporte ces valeurs en abscisse. Le débattement peut prendre toute les valeurs dans cet intervalle après un effort.


Réglage de la souplesse :

Le réglage de la souplesse se fait en fonction du ressort et de sa positon.
Autant vous le dire, les ressorts lego sont mauvais pour ce genre d'utilisation à cause notamment de la difficulté de les régler. Le mieux ce sont les élastiques qui sont en plus facile à intégrer.
Je vais vous donner trois exemples caricaturés. Les élastiques sont en vert et les ressorts en bleu. Il sont montés de telle sorte qu'ils aient le même comportement.

Image

Image

Image
Ce montage là est très mauvais ! :o Si l'effort atteint la zone de décroissance alors les ressort ne pourront plus relever le véhicule.

Solution optimale :

Pour moi la solution optimale c'est ça :
(si les images ne parlent pas d'elles même, n'hésitez pas à poser des questions ;) )

Image

Image

Ça permet d'avoir deux zones :
-une zone souple où travail le poids. Les vibrations et les petit chocs sont facilement absorbé. En revanche il y a une mauvaise stabilité dans cette zone.
-une zone rigide qui permet de garantir l'absorbance d'un choc important.

Amortisseur :

Je ne vous ai pas parlé des amortisseurs car je n'ai pas trop d'expérience en la matière. :/
Et surtout je ne voie pas trop d’intérêt d'en mettre puisque les oscillations du véhicule sont généralement rapidement stoppées.
Ceux qui ont des infos à se sujet sont libre de les partager. :D


Conclusion :

Voilà donc de quoi faire de bonne suspensions sur vos MOCs. ;)
Dernière édition par tango zoulou le Dim Avr 28, 2013 11:12 am, édité 1 fois au total.
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Messagepar Cypr-21 » Dim Avr 28, 2013 10:19 am

Intéressant :) j'aurais plutôt pensé, avec les Lego dans les mains, que le réglage idéal était une position au repos avec le bras de suspension à l'horizontale (180°) et le ressort à la verticale (90°), ça revient grosso modo à ce que tu as trouvé avec un angle droit entre le bras de suspension et le ressort.

Cependant le débattement est la distance verticale que parcoure la roue et non horizontale ;)
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Messagepar boby » Dim Avr 28, 2013 10:26 am

Donc la solution serait de mettre un des bouts des amortisseurs à 90° de son support ?
J'étais arrivé a peu près à cette conclusion en faisant des tests au pif, merci de ta démarche bien plus scientifique et imagée avec ce topic
Corentin

Mon youtube : http://www.youtube.com/user/Erysme
Actuellement en prépa, je n'ai plus beaucoup de temps pour toucher aux Lego.

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Messagepar tango zoulou » Dim Avr 28, 2013 11:27 am

Cypr-21 a écrit:Cependant le débattement est la distance verticale que parcoure la roue et non horizontale ;)

Diantre. :|
C'est corrigé.

Cypr-21 a écrit:Intéressant :) j'aurais plutôt pensé, avec les Lego dans les mains, que le réglage idéal était une position au repos avec le bras de suspension à l'horizontale (180°) et le ressort à la verticale (90°)

Dans ton cas il y aurai théoriquement une légère décroissance de la dérivé de la courbe, donc une baisse de la souplesse.
Les gros efforts serai donc moins bien amortis. ;)
Mais bon, de toute façon on ne peut pas avoir une précision de fous. :pamafote:

boby a écrit:Donc la solution serait de mettre un des bouts des amortisseurs à 90° de son support ?

Il faut que le ressort soit à 90° du bras en compression maximale. ;)
Ça permet d'avoir le meilleur renvois possible face à un choc très important.

Après il peut y avoir d'autres solutions optimales selon le type de suspension souhaité.
j'ai fait le cas général.


Merci pour le frontpage ! :fete:
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Messagepar waldorf » Dim Avr 28, 2013 3:12 pm

Haaa ,les liaisons au sol ! Vaste sujet , très vaste !

Merci beaucoup pour cette étude .
Ne pas perdre de vue que dans un "monde parfait" , la surface de contact du pneumatique devrait toujours être parfaitement horizontale par rapport au sol ( Réaction) et ne pas riper au gré de la variation de hauteur de caisse .
En lego c'est mine de rien extrêmement difficile a faire .
La double triangulation classique lego , induit un ripage très important .
Dans tes schémas en conditions " réelles " , le pneumatique travaillerais quasiment tout le temps sur une des ses arrêtes .
De la géométrie de la suspension , dépend directement le comportement du ressort , ce que tu vient de nous décrire avec précision.
Dans la cas présent le système proposé est de type "Gordini " , déconseillé pour un essieux directionnel a cause de la variation d'angle de pivot et d'angle inclus , rendant une direction plus que improbable a conduire .
Dans ce système , les tulipes de pont arrière font partie des masses non suspendues . Elles s'articulent sur le corps du carter de différentiel .

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Messagepar Anio » Dim Avr 28, 2013 4:52 pm

Sur les sets Lego, c'est surtout les suspensions jaunes qui sont utilisées (sur les gros sets).

Et leur souplesse dépend très fortement de la longueur du bras de levier appliqué sur les triangles.

Le 8297 a des suspats dures comme du bois. Le bras de levier fait 4L, avec des suspensions presque verticale (donc la poussée du ressort a une composante verticale forte, et une composante horizontale quasi nulle).
http://www.techlug.fr/Images/Modele/8297/8297-10.JPG

Sur les 8070 (essieu avant surtout), le bras de levier fait 3L (donc moins de couple nécessaire pour faire tourner le point de pivot du triangle de suspat). L'essieu est donc plus souple.
http://www.techlug.fr/Images/Modele/8070/8070-18.JPG

Sur la NK01, c'est encore plus souple car en plus du bras de levier 3L, les suspensions ne sont pas verticales. Le ressort "perd" donc un peu de sa force dans la composante horizontale.
http://www.techlug.fr/review-lego-technic-NK01.html

Pour régler simplement les suspats sur un MOC Lego, en somme, faut jouer sur 2 paramètres :
- longueur du bras de levier
- inclinaison du ressort

(et la rigidité du ressort - suspension jaune ou grise - mais c'est tellement évident que je ne considère pas ça comme étant une variable de réglage)
Think outside the box.

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Messagepar tango zoulou » Dim Avr 28, 2013 6:23 pm

waldorf a écrit:Dans tes schémas en conditions " réelles " , le pneumatique travaillerais quasiment tout le temps sur une des ses arrêtes .

C'est un schéma ! ;)
Bien sûr que la roue ne resterait pas parallèle au sol dans ces conditions, j'ai juste simplifié le dessin pour ne laisser que les pièces qui nous intéresse. :)

@Anio : merci pour ces exemples qui illustrent bien la situation. :resp:
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Messagepar Pal » Dim Avr 28, 2013 7:12 pm

Je comprends mal pourquoi tu préfères utiliser des élastiques au lieu des ressorts. Pour une constante d'élasticité similaire, un ressort et un élastique ne fournissent-ils pas le même effort? En plus (pas dans le cas des suspensions LEGO, mais bon) un élastique travaille seulement en tension alors qu'un ressort fournit un rendement surtout en compression mais aussi, dans une moindre mesure lors d'une utilisation dans une suspension, en tension. En modifiant la géométrie des bras de suspension: angles, bras de levier, constantes d'élasticité, précontraintes, il est possible d'obtenir une variété d'effets différents avec le même ressort.

Tes shémas illustrent quand même bien l'idée générale. On cherche à avoir un bras de levier plus long, soit un angle droit en compression maximale pour augmenter la rigidité apparente du ressort et éviter que le véhicule ne s'écrase totalement. Un bras de levier plus court au repos permet de mieux absorber les petites variation de terrain en gardant la suspension souple.

Ensuite viennent toutes les autres considérations: conserver la totalité de la semelle du pneu en contact avec le sol en virage, éviter le rippage lorsqu'on comprime la suspension et on ne parle pas encore de la direction...

C'était peut être un peu austère comme commentaire. Chapeua à ceux qui l'ont lu au complet. Merci tout de même d'avoir lancé la discussion, ça fait réfléchir.

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Messagepar phi » Dim Avr 28, 2013 8:21 pm

Au fait, vous parlez de ripage, mais une (rapide) sur internet ne m'a pas expliqué qu'est-ce que le ripage d'une suspension.

Le ripage d'une voiture, c'est sa déviation par rapport à la ligne droite, mais le ripage d'une suspension?


Merci
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Messagepar tango zoulou » Dim Avr 28, 2013 8:59 pm

Pal a écrit:Je comprends mal pourquoi tu préfères utiliser des élastiques au lieu des ressorts.

Il se trouve que régler un élastique est plus facile qu'un ressort.
On peut jouer sur :
- la nature de l'élastique (on en trouve plein de sorte dans le commerce)
- la tension de l'élastique
- leur nombre
On peut aussi faire des déviations pour obtenir des meilleurs bras de levier.

Alors que pour les ressorts, on a quelques modèles de raideur différente et quelques tenons de réglage seulement. :pamafote:

C'est aussi par expérience que je dis ça.
Sur mon MOC (pour plus tards) j'ai mis des suspensions à élastiques et ça fonctionne du tonnerre !
J'arrive à la fois à absorber les vibrations et sauter un trottoir de 10cm avec les même élastiques. ;)
J'ai pas réussi à faire la même chose avec les ressorts.

Pal a écrit:On cherche à avoir un bras de levier plus long, soit un angle droit en compression maximale

Zut ! :/
Je ne pensais pas que l'on pouvait interpréter mes schémas de cette façon.
Seul l'inclinaison du ressort sert au tracé de la courbe. Le bras de levier n'entre en compte que dans la "hauteur de la courbe", pas dans ses variations. ;)
Il y a des différences de bras de levier sur mes schéma pour éviter que les traits se superposent.
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Messagepar waldorf » Dim Avr 28, 2013 10:31 pm

phi a écrit:Au fait, vous parlez de ripage, mais une (rapide) sur internet ne m'a pas expliqué qu'est-ce que le ripage d'une suspension.

Le ripage d'une voiture, c'est sa déviation par rapport à la ligne droite, mais le ripage d'une suspension?


Merci



En fait tu devrais demander le ripage de la ou du dispositif de suspension .

Il m'est difficile d'expliquer cela par écrit .
Tu a sans doute remarqué que pour une direction par crémaillère , la hauteur de caisse fait varier la valeur de pincement ou l'ouverture des roues .
C'est un peux le même problème avec certains systèmes , surtout les doubles triangulations.

Pour en savoir plus , lisez cet excellent article :

Automobile Ride, Handling, and Suspension Design

Une des nombreuses illustration de cet excellent exposé .

Image

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Messagepar Pal » Dim Avr 28, 2013 10:33 pm

Je ne mets pas en doute que les élastiques puissent servir dans une suspension qui fonctionne à merveille, c'est juste un peu moins réaliste. Qu'on me corrige au besoin, mais à part une diligence, je ne connais pas beaucoup de véhicules suspendus par élastiques. Autre question: est-ce que la constante d'élasticité d'un élastique est constante? Superbe question! Un élastique devient-il plus résistant à mesure qu'il s'allonge ou est-ce régulier jusqu'à sa rupture?

Tes schémas, très représentatifs, ne sont pas mis en cause quand je mentionne les bras de levier. Je dis seulement que la composante normale de distance entre le pivot de la fixation du ressort (ou de l'élastique) et le pivot entre le bras de suspension et le chassis du véhicule est maximale quand l'angle entre le ressort et le bras est de 90 degrés. C'est donc à ce moment que le ressort déploie toute sa puissance.

Le rippage causé par une suspension vient du fait que le bras de suspension décrit un arc de cercle. Si on commence avec le pivot côté chassis plus élevé que le pivot côté roue et qu'on comprime la suspension, la roue est d'abord poussée vers l'extérieur jusqu'à ce que le bras de suspension soit parallèle au sol. Si on continue de comprimer, la roue est maintenant tirée vers l'intérieur. Pour limiter, cet effet, les bras de suspension doivent être les plus longs possible. Ou encore opter pour un autre système. J'espère avoir apporté plus de lumière que de confusion.

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Messagepar waldorf » Dim Avr 28, 2013 10:55 pm

Pal a écrit:Je ne mets pas en doute que les élastiques puissent servir dans une suspension qui fonctionne à merveille, c'est juste un peu moins réaliste.



Bah dans ce genre de montage mixte , si on considère que le ressort est " l'absorbeur de chocs" et l'élastique " l'amortisseur " a proprement parler , alors je trouve cela assez réaliste .

Pal a écrit: Qu'on me corrige au besoin, mais à part une diligence, je ne connais pas beaucoup de véhicules suspendus par élastiques.


Pas mal de remorques bagagères de petites dimensions , certaines voiturettes a trois roues et autres micro car des années 60 et 70 . Surtout Anglaises .


Pal a écrit:Le rippage causé par une suspension vient du fait que le bras de suspension décrit un arc de cercle. Si on commence avec le pivot côté chassis plus élevé que le pivot côté roue et qu'on comprime la suspension, la roue est d'abord poussée vers l'extérieur jusqu'à ce que le bras de suspension soit parallèle au sol. Si on continue de comprimer, la roue est maintenant tirée vers l'intérieur.


C'est tout a fait cela et la chose est encore plus compliqués si on considère les deux demi essieux ! Le véhicule vas chasser d'un coté ou de l'autre , rarement "des deux cotés a la fois " . Je ne sais pas si je suis clair . Du coté ou l'adhérence seras la moindre , plus exactement.
De plus le roulis engendre d'autres effets du même genre .Carrossage d'un coté et contre carrossage de l'autre , ce qui peux engendrer un dangereux sur-virage .

Pal a écrit:Pour limiter, cet effet, les bras de suspension doivent être les plus longs possible.


Non , il y a de cela , mais ce n'est pas exact , voir les schémas de l'article . Ils sont très détaillés et explicites.

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Messagepar Anio » Dim Avr 28, 2013 11:07 pm

J'ai édité les messages (les intéressés sauront pourquoi). Merci d'éviter de divaguer.

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Messagepar phi » Dim Avr 28, 2013 11:12 pm

J'ai compris.

Effectivement, si on prend en compte des problèmes d'adhérence dus à une asymétrie de la suspension, alors en effet il peut y avoir ripage.

Ce qu'on appelle ripage d'un ensemble de suspension, en vrai, c'est le ripage du véhicule dû à la suspension
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