L'architecture d'un châssis automobile est un élément fondamental qui influence la performance, la sécurité et la durabilité d'un véhicule. Au fil des décennies, diverses conceptions de châssis ont été développées, chacune présentant des avantages et des inconvénients distincts. Cet article explore les différents types de châssis automobiles, en mettant en lumière leurs caractéristiques, leurs atouts et leurs faiblesses.
Introduction aux Châssis Automobiles
Le châssis est la structure de base d'un véhicule, servant de squelette sur lequel sont fixés les composants mécaniques, la carrosserie et l'habitacle. Il existe plusieurs types de châssis, chacun adapté à des besoins spécifiques en termes de résistance, de poids, de coût et de performance. Comprendre les différences entre ces types de châssis est essentiel pour apprécier les compromis inhérents à la conception automobile.
Les Différents Types de Châssis
Châssis Échelle
Le châssis échelle, reconnaissable à sa structure rappelant une échelle, est l'une des conceptions les plus anciennes et les plus simples. Il est constitué de deux longerons longitudinaux reliés par des traverses perpendiculaires.
Avantages :
- Robustesse et capacité de charge : Le châssis échelle est particulièrement adapté aux véhicules utilitaires et aux tout-terrains, car il offre une excellente résistance aux charges lourdes et aux contraintes en torsion. Il est donc encore utilisé sur les camions et quelques 4X4 tel le vieillissant mais non moins apprécié classe G de Mercedes. Parmi les avantages, on peut citer sa bonne capacité à subir les lourdes charges (camions ou encore croisements de ponts en utilisation tout terrain).
- Facilité de réparation : En cas de déformation, le châssis échelle est relativement facile à réparer, notamment par passage au marbre. De ce fait, il est aussi assez facile à réparer en cas de déformation (passage au marbre).
- Simplicité de conception et de fabrication : Sa conception simple le rend économique à produire.
Inconvénients :
- Poids élevé : La robustesse du châssis échelle se traduit par un poids conséquent, ce qui peut affecter les performances et la consommation de carburant du véhicule.
- Faible efficacité en cas de choc : Le fait qu'il ne soit pas solidaire avec la caisse le rend bien moins efficace en cas de choc, car il n'y a pas de coordination entre habitacle et châssis. On peut donc se retrouver avec deux types de phénomènes en cas de choc : si il se désolidarise à ce moment là, le châssis peut glisser vers l'arrière sans absorber le choc tandis que le haut (la cabine qui abrite les occupants) s'écrase en subissant le plus de contrainte. Si l'ensemble reste solidaire, le châssis qui est très rigide ne va pas se déformer : la décélération sera alors telle que les passagers risquent de ne pas survivre (les organes ont une limite en ce qui concerne le nombre de G encaissés). En revanche, si l'auto percute un obstacle déformable (ex : voiture qui arrive en pleine face), c'est l'obstacle qui va le plus amortir le choc. Donc dans ce cas il vaut mieux être passager du 4X4 rustique que de l'auto moderne qui va se plier fortement !
- Hauteur du véhicule : La nécessité de loger le châssis sous la carrosserie entraîne une hauteur de véhicule plus importante, ce qui peut nuire à la stabilité et à l'aérodynamisme.
Châssis Poutre Centrale
Ce type de châssis repose principalement sur une poutre centrale de gros calibre qui parcourt le véhicule dans sa longueur. La carrosserie est fixée au dessus de cette dernière, il y a donc séparation entre cellule / habitacle et châssis.
Avantages:
- Rigidité: La poutre centrale offre une bonne résistance à la torsion.
- Protection: La poutre peut offrir une certaine protection en cas de collision latérale.
Inconvénients:
- Complexité: La conception peut être complexe et coûteuse.
- Espace: La poutre centrale peut réduire l'espace disponible dans l'habitacle.
Châssis Coque (Autoporteur)
Le châssis coque, également appelé châssis monocoque ou autoporteur, est la conception la plus courante sur les voitures modernes. Il s'agit en fait d'une sorte de châssis en échelle qu'on fusionne avec la caisse/carrosserie.
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Avantages :
- Légèreté : L'intégration de la carrosserie et du châssis permet de réduire le poids global du véhicule, améliorant ainsi les performances et la consommation.
- Rigidité : Le principal avantage est de pouvoir fabriquer une sorte de cage homogène (la rigidité est donc répartie sur l'ensemble de la caisse et non pas principalement sur le châssis situé dans le soubassement) dont on va pouvoir contrôler la déformation en cas de choc. Certaines zones sont très solides pour avoir un châssis rigide et d'autres sont volontairement fragiles pour orienter la déformation (des glissières prévoient même de faire passer le moteur sous la voiture pour ne pas qu'il finisse dans vos jambes.
- Sécurité : Notez au passage que ce type de coque est prévue pour subir un choc à 3 km/h sans subir de dégât (c'est le bouclier qui a la tâche d'amortir le choc) et 15 km/h sans que la structure ne soit touchée (une petite zone déformable facilement récupérable est située à l'avant). Pour gagner en rigidité (mais aussi en sécurité), les voitures de série adaptées pour la compétition bénéficient en plus d'une structure tubulaire à l'intérieur : c'est ce que l'on appelle l'arceau cage.
- Centre de gravité bas : L'intégration du châssis dans la structure du véhicule permet d'abaisser le centre de gravité, améliorant ainsi la tenue de route et la stabilité.
Inconvénients :
- Difficulté de réparation : Contrairement à un châssis échelle, un châssis coque est beaucoup plus difficile à récupérer en cas de déformation.
- Sensibilité à la corrosion : La corrosion peut affecter la résistance structurelle du châssis coque, nécessitant des traitements de protection spécifiques.
- Nécessité de renforts pour les cabriolets : Les cabriolets sont des dérivés de voitures conçues avec une caisse autoporteuse, il faut donc ajouter des renforts sur ces dernières pour ne pas que le châssis ne soit trop souple (torsion possible en virage et au freinage).
Châssis Tubulaire
Le châssis tubulaire est destiné à la compétition. Il associe à la fois un poids très léger (il y a beaucoup de vide) et une rigidité importante. Ce genre de châssis peut être monté facilement par une seule personne dans un simple garage.
Avantages:
- Légereté: Une structure tubulaire permet d'optimiser le rapport poids/rigidité.
- Rigidité: La conception tubulaire offre une excellente résistance à la torsion.
- Modularité: Facile à modifier et à adapter à différentes configurations.
Inconvénients:
- Coût: Fabrication complexe et coûteuse.
- Sécurité: Peut offrir une protection limitée en cas de collision, à moins d'être conçu spécifiquement pour la sécurité.
- Homologation: Difficile à homologuer pour une utilisation sur route ouverte.
Châssis "Skateboard"
La transition vers les voitures électriques a entraîné l'apparition de nouvelles approches dans la conception automobile, et parmi elles, la plateforme "Skateboard" représente une véritable nouveauté en repartant d'une feuille blanche. La plateforme Skateboard tire son nom de sa forme plate et très simplifiée qui évoque un skateboard. Cette architecture regroupe les principaux éléments techniques dans une structure unique et simplifiée.
Avantages:
- Optimisation de l'espace: La batterie, placée à plat sous le plancher en exploitant un maximum de volume (commençant le plus en avant possible pour terminer le plus en arrière possible), joue un rôle central en revoyant l'agencement des organes. Cela permet aussi par la même occasion d'abaisser le centre de gravité et d'assurer une répartition optimale des masses entre les essieux avant et arrière. Mais c'est surtout le fait qu'il n'y ait plus de moteur thermique qui change profondément les choses : plus de moteur encombrant sur l'avant, plus d'échappement qui court le long du châssis, plus d'arbre de transmission, plus de réservoir etc. L'absence de berceau moteur encombrant et la nature compacte des moteurs électriques permettent de réduire considérablement la taille du capot avant. Cela se traduit par des porte-à-faux plus courts et une silhouette plus équilibrée, offrant à la fois une meilleure habitabilité et une optimisation de l’espace intérieur.
- Flexibilité : Une même plateforme peut être utilisée pour différents types de véhicules, de la berline au SUV, en ajustant simplement la taille du châssis. Encore plus qu'avec les plateformes modulaires de thermiques.
- Prestations routières : Avec un centre de gravité encore plus bas et une répartition idéale des masses, le comportement est très équilibré, ni survireur ni sous-vireur. Ce type de plateforme est prévu pour accueillir un moteur sur l'arrière, le meilleur positionnement possible pour une voiture électrique qui a un couple supérieur (et surtout une arrivée de puissance plus soudaine).
Inconvénients:
- Conception initiale : Destinées aux motorisations thermiques, elles ont été modifiées pour intégrer des batteries et moteurs électriques. Notez cependant qu'elle finissent de plus en plus par ressembler à des plateforme Skateboard au fil des années, adaptations après adaptations, exactement comme une espèce animale qui évolue (bien que l'évolution animale ne soit pas avérée et que Darwin lui-même émettait de gros doutes. Doutes qui semblent se confirmer avec le temps, mais c'est un tout autre sujet …). Par exemple, la Plateforme b de Renault qui a servi aux Zoe 1 et 2 (qui sont un seul et même modèle ..) avait une batterie plus tortueuse que celle qu'on voit sur la R5 qui repose que la plateforme AmpR / CMF-EV, qui descend directement de la plateforme B. L’espace intérieur est moins optimisé à cause de compromis liés à la conception thermique initiale (par exemple, présence d'un tunnel central, d'un espace dédié au réservoir ou d'un berceau moteur encombrant et inutilement grand pour cette nouvelle application).
- Répartition des masses moins équilibre : (par rapport à une skateboard) avec de surcroit une plateforme n'a pas été pensée pour une batterie lourde sous le plancher.
- Avantage : Moins coûteuse à développer à court terme, car elle repose sur une base existante. C'est aussi une solution qui permet de gagner du temps en évitant de devoir concevoir une toute nouvelle plateforme. Avec la montée en puissance de marques qui exploitent pleinement les avantages de la plateforme Skateboard, les constructeurs traditionnels sont contraints de revoir leurs approches.
L'Importance des Matériaux
Le choix des matériaux joue un rôle crucial dans la performance et la durabilité d'un châssis automobile. L'acier, l'aluminium et le carbone sont les matériaux les plus couramment utilisés.
Acier
L'acier est un matériau traditionnel, apprécié pour sa robustesse, sa facilité de mise en œuvre et son coût relativement faible. Cependant, il est plus lourd que l'aluminium et le carbone, et il est sensible à la corrosion. Dans les anciennes il existe 3 matériaux principalement employés: l'acier (STEEL) , l'aluminium (ALLOY ou ALUMINIUM) et la fibre de verre (FIBER). La grande majorité des voitures américaines sont en acier, certaines en aluminium (sur les plus récentes style ford pickup F150) ou en fibre de verre sur les bien connues Corvette. La base est donc l'acier, épais sur les anciennes mais pas trés protégé de la corrosion.
Aluminium
L'aluminium est de plus en plus utilisé dans la construction des châssis car il permet de gagner en légèreté (on en trouve principalement dans le haut de gamme et sur les voitures de prestige). Cependant l'aluminium n'est pas parfait … Il est en effet moins résistant (en subissant des contraintes, il a tendance à casser plutôt que de se tordre) que les autres métaux et il faut donc calibrer plus gros les pièces. Toutefois, le poids final sera toujours inférieur à l'acier car même en le calibrant plus gros on bénéficie au final d'une pièce plus légère. Notez que l'aluminium est plus difficile à réparer car les soudures à effectuer sont plus techniques (conductivité thermique importante, dilatation importante quand il est chauffé, point de fusion à 650 degrés au lieu de plus de 1300 pour l'acier etc.). En revanche il ne subit pas la corrosion, ce qui est un avantage pour le vieillissement.
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Carbone
ELe carbone permet d'alléger encore plus le châssis en gardant une rigidité exceptionnelle. Toutefois il présente aussi des inconvénients, il est cher et énergivore à fabriquer. De plus, la fabrication de pièces est très spéciale car on a affaire ici à une sorte de tissu en fibres qui durcit au four. En gros, pour fabriquer une pièce on va superposer plusieurs couches moulés et cuites que l'on va coller ensembles. Notez aussi que ce matériaux est irréparable car il ne se travaille pas.
L'Évolution des Plateformes Modulaires
De nos jours, les constructeurs conçoivent des plateformes/châssis qui pourront servir à la fois pour une compacte ou encore un SUV, le but étant de réduire les coûts de développement. Il s'agit en fait d'élaborer un plancher qui peut être allongé ou raccourci en ajoutant ou en retirant des sections (modifie longueur et empattement). La coque est alors adaptée pour ensuite être fusionnée.
Silentblocs
Ils servent à limiter l’influence des vibrations et éventuels chocs qui seront inévitablement amplifiés lors d’une utilisation en rallye raid. De ce fait, ils ne sont donc pas à négliger, surtout si la 205 est fortement kilométrée, car ce sont des pièces d'usure. est le confort passager par une réduction des bruits des pièces en mouvement, ou générés par des chocs dû aux irrégularités de la route. Dans le cas d’une route "parfaite", le gain apporté est négligeable en regard des inconvénients qu’ils entraînent. supprimés, ou remplacés par des modèles très rigides, sur les voitures de compétition optimisées pour du circuit "asphalte". une liaison souple entre deux pièces, ou ensemble mécanique. naturellement dans le temps. mécanique. Pour cette liaison, les silentblocs sont intégrés à l’éléments (bras ou triangle). Les silentblocs subissent des forte contraintes en torsion. Le montage d’une barre anti-roulis de diamètre plus important peut aider à limiter cet effet. souplesse. remplacer avant le raid car ils sont souvent usés avec l'age. rotation de la barre stabilisatrice. Dans les deux cas, les modèles d'origine conviennent parfaitement mais aucun jeu ne doit être présent. le goujons de boite de vitesses et le support de batterie. préparation 205 Gr. En pratique, il est possible de monter le 3ème silentbloc sans adaptateur le laissant épouser la forme de la coquille. De plus, sa souplesse engendre une baisse de réactivité du moteur qu'il est préferable de bénéficier lors des passages difficiles. Cette tendance du moteur à bouger en rotation sollicitent aussi les silentblocs supérieurs diminuant leur durée de vie. Les axes de fixations des silentblocs AR sont composés de deux goujons distincts non traversant.
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