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Effets de la rigidité de la barre stabilisatrice sur les routes accidentées et inégales
Question
Je viens de lire un très bon article sur la physique des barres stabilisatrices. J'ai également regardé une vidéo sur le comportement de la suspension sur des routes accidentées.
Supposons ce qui suit :
- Un véhicule à traction avant circulant dans un virage à une vitesse qui, sur une route sèche, lisse et plane, serait à peu près la vitesse maximale qu'il pourrait prendre avant de commencer à sous-virer.
- Pour plus de simplicité, tout changement de barre stabilisatrice serait effectué à l'avant et à l'arrière de manière à ce que le TLLTD ne soit pas affecté.
- Amortisseurs, jambes de force, ressorts ne seraient pas modifiés .
- Par routes « rugueuses », j'entends des conditions de conduite non parfaites typiques que vous pouvez rencontrer quotidiennement : pensez aux taches, aux coutures et aux nids-de-poule sur les autoroutes, pensez aux ondulations, aux ornières et aux dépressions (par exemple, les usure de la route près des panneaux d'arrêt, sur les routes fréquentées par les camions, etc.) sur les routes urbaines, les correctifs post-construction, les routes décapées en préparation pour le resurfaçage, les trous d'homme surélevés, les dépressions de drain, ce genre de chose. C'est une définition large, mais je ne parle pas de conditions tout-terrain ou post-apocalyptiques.
Dans ce cas, comment un ensemble de barres stabilisatrices plus rigides affecterait-il la tenue de route du véhicule sur chaussée rugueuse et inégale ? Chaque discussion sur la théorie et la physique de la suspension que je vois semble généralement supposer de bonnes conditions de route.
Par exemple, considérons le scénario ci-dessus, virage à gauche à grande vitesse, puis dans le virage, je frappe un assez gros, disons 2- Un nid de poule de 3 cm de profondeur avec la roue avant gauche.
D'après ma compréhension limitée, l'effet d'une barre stabilisatrice trop rigide serait l'un des suivants :
- La jambe de force gauche se dilaterait dans le nid-de-poule, exerçant une force vers le bas sur la roue.
- Par la barre stabilisatrice, une partie de celle-ci serait également transférée vers le côté droit, exerçant une force vers le haut sur le côté droit de la corps.
- En sortant du nid-de-poule, alors, il se passerait quelque chose de... compliqué que je n'arrive pas à comprendre.
Ou :
- La jambe de force gauche voudrait s'étendre dans le nid-de-poule.
- L'expansion du côté gauche serait limitée via la barre stabilisatrice par la force descendante présente sur le côté droit en raison de le tour.
- La roue gauche mettrait alors plus de temps à reprendre contact avec le sol, ce qui fait que la roue droite subit plus de force latérale (qui n'est plus absorbée par la roue gauche), et la voiture sous-vire plus facilement. Et peut-être qu'une autre chose compliquée arriverait.
Suis-je sur la bonne voie avec l'une de ces évaluations ? Quel serait l'effet ?
Également en tant que question corollaire (peut-être trop large) : quel impact les conditions de route difficiles devraient-elles avoir lors du choix d'une configuration de barre stabilisatrice idéale ?
Réponse acceptée
tl;dr : si vous raidissez l'une des barres stabilisatrices d'une voiture, cette extrémité sera plus susceptible de se détacher en réponse aux transitoires.
À un niveau élevé, la barre stabilisatrice agit comme un ressort comme les autres. Vous pouvez démonter le problème de la barre stabilisatrice en considérant une pièce à la fois. Par exemple, imaginez qu'une extrémité de la barre stabilisatrice est attachée à l'ensemble de roue à une extrémité mais est fixée à un point fixe de l'autre. Si vous essayez de déplacer la roue vers le haut ou vers le bas soudainement (comme cela se produirait avec des bosses et des creux transitoires dans votre exemple), la barre essaierait de tourner sur ses points de pivot. Si l'autre extrémité n'était fixée à rien, la barre tournerait évidemment librement. Cependant, comme elle est boulonnée dans cet exemple, la barre agit comme un ressort de torsion, résistant à l'action de torsion. Plus la barre essayait de se tordre, plus le toque résultant que la barre exercerait dans la direction opposée était important. Cela se traduit par une plus grande force de ressort sur l'ensemble de roue lui-même.
Bien sûr, nous ne boulonnons pas les extrémités des barres stabilisatrices au cadre. Nous les connectons à des points de suspension à chaque extrémité. En tant que tels, ils sont maintenant couplés à l'ensemble du système de ressorts amortis qui était déjà là. Encore une fois, si nous ajoutons une force à une roue, la barre stabilisatrice essaiera de tourner sur ces points de pivot. Cela entraînera l'exercice d'une force équivalente sur l'autre ensemble de roues (si vous essayez de soulever la roue droite, la barre stabilisatrice essaiera de soulever la roue gauche).
C'est ici que nous commençons à aborder les points clés de votre question : rappelez-vous que les ressorts n'exercent des forces que lorsqu'ils sont déplacés de leur état de repos. Pour les besoins de cette discussion, restons-en aux ressorts linéaires :
F = k * d
où F = Force, k = la constante du ressort et d = distance ou déviation. L'équivalent pour les ressorts de torsion est :
T = k * theta
où T = couple, k = une constante de ressort différente et theta = l'angle de torsion. Dans ces deux cas, vous pouvez voir que plus vous comprimez, déployez ou tordez le ressort, plus la force ou le couple résultant est important. Ce qui est plus important : si vous ne déplacez pas le ressort, il n'y a aucune force du tout. Ainsi, pour que la barre stabilisatrice exerce n'importe quelle force sur la roue que vous envisagez, elle doit avoir provoqué la déviation du ressort de l'autre roue (comprimé ou étendu). Ceci est essentiel : la barre stabilisatrice ne fait rien tant qu'elle n'a pas provoqué quelque chose de l'autre côté de la voiture.
Une autre façon de dire cela est que les barres stabilisatrices rendent votre suspension indépendante aux quatre roues de manière significative. moins indépendant.
Réformons votre problème initial de manière à pouvoir le décomposer. Imaginez une seule paire de roues avec leurs ressorts et une barre stabilisatrice attachée. Il s'agit d'une barre stabilisatrice magique sur laquelle nous pouvons composer une variété de constantes de torsion (allant des spaghettis mous à la poutre en acier rigide en I). Maintenant, nous exerçons une force latérale sur l'ensemble de l'engin qui est légèrement inférieure à la limite d'un seul pneu (c'est-à-dire que s'il n'y avait qu'une seule zone de contact du pneu au sol, il glisserait presque, mais avec deux, ce n'est pas le cas).
Maintenant, baissez la barre stabilisatrice magique jusqu'à son réglage de rigidité proche de zéro et heurtez une roue (par exemple, soulevez soudainement sa surface de contact du sol) pendant que la force latérale continue. La roue opposée n'est presque pas affectée par cette bosse et donc sa surface de contact avec le pneu n'est pas perturbée. Étant donné que nous avons soigneusement sélectionné la force latérale juste inférieure à celle requise pour pousser le pneu latéralement, le système n'est pas affecté.
Maintenant, réglez la barre stabilisatrice magique sur une rigidité effectivement infinie. Maintenant, lorsque nous soulevons une roue, l'autre roue est également soulevée. Étant donné que les deux pneus perdent le contact, l'ensemble du système commence à glisser latéralement.
La réalité est, bien sûr, quelque part entre les deux, mais ce genre d'expérience de pensée fait le point : si vous soulevez une roue, la barre stabilisatrice va d'essayer d'élever l'autre aussi. Cela donne l'impression que toute l'extrémité de la voiture se détache.
Exemple pratique dans la vie réelle : lorsque j'avais une FWD Integra, j'ai essayé cette expérience exacte. Ma barre stabilisatrice arrière avait trois réglages qui me permettaient de contrôler la rigidité (en réalité, ils affectaient l'effet de levier que le reste de la suspension avait sur la barre stabilisatrice mais le résultat était effectivement le même). Cela m'a donné quatre réglages de rigidité possibles à expérimenter : pas de barre + trois choix de barres de plus en plus rigides. Il y a une rampe de sortie particulière à proximité que je pourrais utiliser pour essayer des virages serrés légaux. Ce que j'ai découvert, c'est qu'augmenter la rigidité réduirait la qualité de la conduite sur les bosses et augmenterait la sensation que l'arrière sauterait (essayez de survirer).
Réponse populaire
L'ajout d'une barre stabilisatrice entraînera une conduite plus dure
J'ai essayé d'expliquer la mécanique avec ce graphique côte à côte :
Explication
Quand une roue rencontre un fossé, le poids du véhicule sur cette roue la fera dévier vers le bas. Cela provoque l'extension du ressort de suspension, provoquant l'action d'une force résistive dans la direction opposée.
L'ajout d'une barre stabilisatrice introduit une force résistive supplémentaire dans le mélange, ce qui réduit la quantité de la force de résistance du ressort. Cela se traduit par une déflexion du ressort plus petite que lorsqu'aucune barre stabilisatrice n'était présente.
Moins de déflexion du ressort signifie que la carrosserie du véhicule voudra suivre la roue dans le nid-de-poule plus que lorsque la barre stabilisatrice n'était pas présente.
Puisqu'une image vaut mille mots
C'est l'effet de la barre stabilisatrice
Il n'est pas surprenant que les barres stabilisatrices et le tout-terrain aillent rarement ensemble
Vous voulez que le châssis soit un peu tordu et flexible.
Les autres pièces se briseraient assez facilement sous la contrainte.
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En fait, les barres stabilisatrices sont boulonnées au châssis à un endroit situé quelque part près des bras de suspension inférieurs (à l'avant, sur le sous-châssis). Par conséquent, cela rend essentiellement chaque coin plus rigide, individuellement. Cela étant dit, il y a une position "zéro" (où se trouve la suspension lorsque la voiture est garée), donc plus la suspension s'éloigne de cette position zéro, positive ou négative, plus il y a de résistance (je suppose vous pourriez le considérer comme un levier ?). Donc, si vous avez une barre stabilisatrice de petit diamètre, elle se plie facilement permettant plus de débattement de suspension, où lorsque vous entrez dans certaines des barres stabilisatrices de plus grand diamètre, la roue restera simplement dans l'air (essentiellement en position zéro) si elle est en un trou. Le but ici est vraiment d'ajouter ou de retirer de l'adhérence, généralement lorsque la suspension est chargée. Plus la configuration est douce, plus il y a d'adhérence.
J'entends ce que vous demandez à propos des arceaux de sécurité et dans les scénarios de bosses à une seule roue, l'inconvénient est que cela peut provoquer un décollement du côté non chargé, ce qui n'est pas ce que vous voulez lorsque l'axe horizontal du chemin est constamment cahoteux sur les côtés opposés de l'essieu du véhicule (lorsque vous sentez que votre tête est claquée de droite à gauche de manière violente et cohérente mais imprévisible). L'autre chose qui peut se produire ici également est que vous perdrez une certaine garde au sol en sacrifiant le maintien du roulis puisque vous avez attaché le côté chargé au déchargé, de sorte que lorsqu'il est comprimé, l'autre côté est encouragé à se comprimer. Fondamentalement, vous supprimez la capacité des suspensions à agir de manière indépendante. Ainsi, dans certaines situations où la suspension indépendante est très importante, certains utiliseront des ressorts pour influencer le sous/survirage général oui. Mais dans TOUS les autres cas, les arceaux de sécurité sont une personnalisation préférable. Je ne parlais pas sur les trous de pot comme ce qui a été couvert ci - dessus p>
surfaces légèrement en vrac (humides ou de gravier), optez pour ressorts pour influencer la performance Tarmac, rendez - vous pour les barres de rouleau pour l' influencer à moins que l'exemple ci - dessus est un vrai problème (s'opposer à une bosse de roue plus que souvent)
Généralement, si vous ne frappez pas les butées, les ressorts sont bons, si vous frappez souvent les butées, raidissez les ressorts. Ou si la voiture bascule trop vers l'arrière à cause de l'augmentation de la puissance/de la traction et roule trop vers l'avant à cause d'un freinage/d'une traction élevés.
Il n'y a jamais une seule approche de ces choses et il n'y a pas toujours spécifiquement de bien ou de mal configuration, cela ne prend même pas en compte les taux d'amortisseurs ni les changements de pneus et de géométrie, etc.
Je vais augmenter les taux de ressort arrière de mon moteur de +3Nm/mm et réduire le rouleau avant barre de 2 mm. Parce que sur les routes lisses, je peux me permettre de donner plus d'adhérence aux roues avant et de laisser l'arrière un peu plus lâche, mais sur les routes de campagne, je ne peux pas (celles sur lesquelles je conduis sont les exemples que j'ai mentionnés ci-dessus avec le côté alterné constant le chargement a lieu plus que souvent). Sinon, je monterais simplement un arceau de sécurité arrière plus grand encore une fois (j'ai déjà augmenté de +1,5 mm à l'arrière pour composer un sous-virage général en usine), je pense également que mon alternance d'une roue la bosse est transférée principalement à l'avant de la voiture, donc cette approche pour moi a du sens pour mon cas. Il faut beaucoup réfléchir à ces choses et il se peut que cela ne fonctionne toujours pas comme prévu, peu importe la quantité de mathématiques que vous utilisez.
Tout cela tient bien sûr compte de la fonction de la barre anti-balancement. De toute évidence, il s'agit d'une fonction de sécurité de contrôle qui entrerait en jeu à des vitesses plus élevées ou dans une situation d'intervention d'urgence pour empêcher le roulis et maintenir le contrôle. Cela étant dit. Oui, les barres stabilisatrices anti-roulis de conception standard ont un effet négatif sur le confort de conduite car elles limitent le but même de la conception de la suspension indépendante. Fait intéressant, les nouveaux Jeep Wranglers ont maintenant une fonction où la barre stabilisatrice peut être déconnectée à distance de l'intérieur du cabine de conduite. Il est également intéressant de noter que les modèles ultérieurs de Royals Royce ont désormais une "Barre stabilisatrice active" conçue pour permettre mouvement de la suspension jusqu'à un certain point.l'une des caractéristiques de conception qui permettent les caractéristiques de conduite très confortables et adaptatives du véhicule.
Alors tandis que Les barres stabilisatrices sont une caractéristique de sécurité, elles deviennent rapidement un domaine qui a besoin d'une mise à jour de conception pour bien fonctionner avec les suspensions plus actives d'aujourd'hui.