Jambe de force MacPherson - MacPherson strut
Vert supérieur : interface carrosserie/jambe de suspension
Rouge : fusée d'essieu ou porte-moyeu
Bleu : bras de suspension inférieur ou bras de suspension de chenille
Bleu clair : tirant ou tige de chenille du boîtier de direction
Violet inférieur : tige de rayon
Violet supérieur : ressort hélicoïdal
Jaune : boîtier tubulaire contenant l' amortisseur absorbeur ou amortisseur
Vert inférieur : Châssis du véhicule ou élément monocoque
La jambe de force MacPherson est un type de système de suspension automobile qui utilise le haut d'un amortisseur télescopique comme pivot de direction supérieur. Il est largement utilisé dans la suspension avant des véhicules modernes et porte le nom de l'ingénieur automobile américain Earle S. MacPherson , qui a inventé et développé le design.
Histoire
Earle S. MacPherson a été nommé ingénieur en chef du projet de voitures légères de Chevrolet en 1945, afin de développer de nouvelles voitures plus petites pour le marché de l'immédiat après-guerre. Cela a donné naissance à la Chevrolet Cadet . En 1946, trois prototypes de la conception Cadet avaient été produits. Ceux-ci incorporaient la première suspension indépendante à jambes de force MacPherson à l'avant et à l'arrière. Le projet Cadet a été annulé en 1947 et le mécontent MacPherson a été incité à rejoindre Ford . Des brevets ont été déposés en 1947 ( brevet américain 2 624 592 pour GM) et en 1949 ( brevet américain 2 660 449 pour Ford), le brevet de 1949 citant des dessins de Guido Fornaca de FIAT au milieu des années 1920. La suspension des jambes de force du Stout Scarab d' avant-guerre aurait pu avoir une influence et les jambes de force à long débattement des trains d'atterrissage des avions étaient bien connues à cette époque. Le français Cottin-Desgouttes utilisait un design similaire, mais avec des ressorts à lames moins sophistiqués , mais la suspension avant Cottin-Desgouttes était à son tour inspirée du design de 1904 de l'ingénieur américain J. Walter Christie .
MacPherson a conçu la jambe de force pour les quatre roues, mais elle n'est normalement utilisée que pour la suspension avant, où elle fournit un pivot de direction ainsi qu'un support de suspension pour la roue.
La première voiture de production à utiliser des jambes de force MacPherson est souvent répertoriée à tort comme la Ford Vedette française de 1949 , mais elle a été développée avant MacPherson avec une suspension avant indépendante basée sur des triangles et un ressort hélicoïdal supérieur. Ce n'est qu'en 1954, après le rachat de l'usine Vedette par Simca , que la Simca Vedette révisée est passée à l'utilisation de jambes de force avant.
Après l'arrivée de MacPherson chez Ford, la première voiture de production à être équipée de jambes de force MacPherson était la Ford Consul de 1950 de construction britannique et plus tard la Zephyr .
Concevoir
Une jambe de force MacPherson utilise un triangle, ou un lien de compression important stabilisé par un lien secondaire, qui fournit un point de montage pour le porte-moyeu ou l' axe de la roue. Ce système de bras inférieur fournit un emplacement à la fois latéral et longitudinal de la roue. La partie supérieure du porte-moyeu est fixée rigidement au fond de la partie extérieure de la jambe de force proprement dite ; celui-ci coulisse vers le haut et vers le bas de la partie intérieure de celui-ci, qui s'étend vers le haut directement jusqu'à un montage dans la caisse du véhicule. La ligne allant du support supérieur de la jambe de force à la rotule inférieure du bras de commande donne l' inclinaison de l'axe de direction . L'axe de la jambe de force peut être incliné vers l'intérieur à partir de l'axe de direction en bas, pour dégager le pneu ; cela fait que le bas suit un arc lors de la direction.
Pour être vraiment réussie, la jambe de force MacPherson a nécessité l'introduction d' une construction unitaire , car elle a besoin d'un espace vertical important et d'un support supérieur solide, ce que les monocorps peuvent fournir, tout en leur profitant en répartissant les contraintes. La jambe de force portera généralement à la fois le ressort hélicoïdal sur lequel le corps est suspendu et l' amortisseur , qui se présente généralement sous la forme d'une cartouche montée à l'intérieur de la jambe de force (voir coilover ). La jambe de force peut également avoir le bras de direction intégré dans la partie extérieure inférieure. L'ensemble est très simple et peut être préassemblé en une unité ; également en éliminant le bras de commande supérieur , il permet une plus grande largeur dans le compartiment moteur, ce qui est utile pour les petites voitures, en particulier avec les moteurs montés transversalement comme la plupart des véhicules à traction avant . Elle peut être encore simplifiée, si besoin, en substituant une barre anti-roulis ( barre de torsion ) au bras de rayon . Pour ces raisons, il est devenu presque omniprésent chez les fabricants à bas prix. De plus, il offre une méthode simple pour définir la géométrie de la suspension.
De nombreuses implémentations modernes remplacent le bras de commande inférieur par un triangle. Une barre anti-roulis est facultative et si elle est présente, elle est fixée par une rotule à l'amortisseur à ressort ou par une rotule ou une tige à rotule élastomère au triangle.
Avantages et inconvénients
Parce que les jambes de force MacPherson sont emballées avec une structure importante dans la structure de collision avant de la voiture, il est plus facile de concevoir des voitures qui passent des collisions à chevauchement plus strictes avec des jambes de force sur une suspension à double triangulation. Des exemples notables incluent la Honda Accord et la Civic ainsi que la Mercedes Classe E qui ont toutes deux adopté des jambes de force pour améliorer les performances en cas de collision. La simplicité globale de la conception signifie également qu'il y a moins de joints dans la suspension à s'user au fil du temps, ce qui affecte la maniabilité et la sensation de direction. Les jambes de force monotubes inversées peuvent également fournir une rigidité supplémentaire à la suspension avant, comme dans les Porsche 911 GT3 et Cayman GT4 ainsi que dans la Subaru Impreza WRX STI. Enfin, les jambes de force peuvent être emballées plus efficacement que les autres types de suspension avant, ce qui permet un espace de chargement important dans les voitures à moteur arrière/moyen comme la Porsche 911 et la Boxster.
L'analyse géométrique montre qu'elle ne peut pas permettre le mouvement vertical de la roue sans un certain degré de changement d' angle de carrossage , de mouvement latéral ou les deux. Il n'est généralement pas considéré comme offrant une aussi bonne maniabilité qu'une suspension à double triangulation ou multibras , car elle laisse moins de liberté aux ingénieurs pour choisir le changement de carrossage et le centre de roulis. Les voitures qui ont une hauteur de caisse réglable dans le cockpit ne peuvent généralement pas avoir de jambes de force MacPherson en raison des changements de carrossage qui sont une partie inévitable de la conception. La conduite souffre parce que l'amortisseur a presque le même mouvement vertical que la roue, il y a donc relativement peu de levier pour briser le frottement dans les joints. Une jambe de force MacPherson à pivot unique standard a également tendance à avoir un frottement positif où le centre de l'axe de direction est décalé par rapport au centre des pneus avant, ce qui entraîne un couple de direction.
Malgré ces inconvénients, la configuration des jambes de force MacPherson est toujours utilisée sur certaines voitures hautes performances, car elles ont tendance à avoir un débattement de suspension relativement faible et ne voient donc pas les problèmes cinématiques.
Jusqu'à l'année modèle 1989 (964), la Porsche 911 utilisait une conception de jambe de force similaire sans ressorts hélicoïdaux, utilisant plutôt une suspension à barre de torsion. utilise un double triangle.
Ces dernières années, General Motors et Ford ont introduit une configuration de jambe de force modifiée, respectivement "Hi-Per Strut" et "Revoknuckle" , qui divise la jambe de force en deux composants qui gèrent séparément la flexibilité de haut en bas et la dynamique de direction. Les avantages de cette conception sont un meilleur contact de surface et une réduction du couple de direction. L'inconvénient est le poids et le coût supplémentaires, mais moins cher qu'une configuration à double triangulation et à liaisons multiples. Honda a également introduit une autre configuration de jambe de force appelée « double axe » appliquée dans la configuration de la suspension de la Civic Type-R . Une autre variante de la jambe de force MacPherson est la suspension avant à double pivot qui divise le triangle inférieur en deux tout en conservant la conception verticale standard de la jambe de force MacPherson. Cela permet un meilleur contrôle de la géométrie de la direction et du rayon de brossage tout en permettant un ensemble de freins plus grand.