Accueil > Magazine > Dossiers Techniques

  La suspension du VTT


(28/08/1999)

<REP|SITE/1999/Suspension>

Le secret des suspensions et du comportement

l’aspect comportement du vélo n’est pas totalement exposé
dans cet article mais il sert à comprendre le fonctionnement de la suspension et surtout
son utilité.

Terminologie

Tout d’abord, il faut rendre à César ce qui appartient
à César. Très souvent, le vocabulaire lié aux suspensions est très mal utilisé, et
même déformé. Par exemple, il ne faut pas confondre suspension et amortisseur. Ce n’est
pas le même chose. Voilà donc un petit lexique (pas du type que l’on trouve dans
certains magasines...) qui recentre les choses à leurs places

Suspension

Ensemble du dispositif situé entre le cadre et les roues
pour atténuer les trépidations dues au contact des roues avec le sol et pour améliorer
la stabilité et la tenue de route.

Amortisseur

Les amortisseurs d’un véhicule ont pour rôle de
répartir sur un certain laps de temps l’énergie cinétique des chocs en évitant
ainsi une trop forte variation de l’adhérence des roues. L’amortisseur est un
ralentisseur de déplacement entre le plongeur et le fourreau. Il ne faut pas appeler
amortisseurs les organes de suspension tels que barres, bras, bielles ou ressorts.

Ressort

Pièce élastique qui tend à reprendre sa forme
initiale dés que cesse l’effort qui s’exerce sur elle. Le ressort peut être en acier
(lame, hélicoïdal, barre de torsion...) , en polyuréthanne (maintenant
cellulaire) ou pneumatique (pression de gaz),
Dans tout l’article, le nom de
"ressort" est donné à tout composant ayant la caracteristique
"élasticité" c’est à dire hélicoïdal, tampon micro-cellulaire,air, ?

Précontrainte ou tarage

Technique consistant à créer artificiellement une
contrainte de compression (très rarement traction) permettant d’obtenir une plage de
fonctionnement du ressort ajustée. La plus part du temps, les technologies appliquées
aux cycles provoquent une diminution du potentiel de débattement de la suspension lorsque
l’on augmente la précontrainte (sauf dans le cas des ressorts pneumatiques)

Contrainte

Effort qui s’exerce à l’intérieur d’un corps (ici la
suspension). La contrainte est la somme de l’effort de roue et de la précontrainte. La
contrainte appliquée à une suspension provoque l’enfoncement en fonction de son
intensité.

Pression

Conséquence d’une action exercée par une force qui
presse sur une surface. Effort rapporté à une unité de surface

Laminage

Action de forcer le passage dans une petite section.
Utilisé dans l’amortisseur : de l’huile passe en force dans des restrictions ou clapets,
ce qui freine le mouvement.

Rigidité

Raideur, flexibilité, caractéristique principale du
ressort

Ressort Négatif

Ressort complémentaire permettant d’abaisser le seuil de
déclenchement de la suspension. Il est monté en opposition par rapport au ressort
principal et n’agit que sur les très faibles débattements.

Les liaisons au sol

On désigne sous ce nom les
suspensions, les roues et les pneus (ce qu’on appelait autrefois les trains roulants). Les
suspensions comprennent des éléments de guidage, autorisant un débattement des roues,
des ressorts, des amortisseurs, et des barres antiroulis (cas des automobiles). Les
ressorts sont, le plus souvent, des éléments métalliques déformables ; mais on peut
également trouver des ressorts en caoutchouc ou en élastomère synthétique ou encore
des ressorts pneumatiques, dans lesquels l’élasticité est assurée par de l’air ou de
l’azote. Les amortisseurs hydrauliques, constitués d’un piston se déplaçant dans un
cylindre plein d’huile, et dont le déplacement est freiné par des orifices étroits et
des clapets élastiques, ont pour fonction de freiner et de réduire les oscillations de
la suspension.

La géométrie de la suspension sur le comportement du
vélo (méthode d’étude)

Celui-ci constitue un des aspects fondamentaux de la
sécurité active, tout en étant un élément important d’appréciation de
l’agrément de pilotage. Sa mise au point (du comportement) est souvent délicate,
car de très nombreux paramètres interviennent aussi bien au niveau de la structure
(rigidité en torsion du cadre, qualité des ancrages des essieux, etc.) que des
éléments de liaison entre le sol et le vélo (pneus, essieux, amortisseurs, etc.).
Grâce au développement du calcul scientifique, de nombreuses simulations peuvent être
réalisées sur ordinateurs, ce qui permet de ne recourir à l’expérimentation
pratique sur des véhicules que pour entériner les choix de conception déduits des
résultats informatiques. Une telle démarche apporte un gain substantiel en temps et en
qualité par rapport à la méthode traditionnelle d’expérimentation effectuée sur
de nombreux prototypes dont l’élaboration ne découlait pas d’une étude
scientifique de la dynamique du véhicule aussi rigoureuse.

L’étude porte sur les réactions du vélo
lorsqu’il est soumis à des sollicitations extrêmement variées, les transferts de
charge longitudinaux (accélération, freinage, etc.) ou transversaux (virage, etc.), les
ondulations de la piste. Le concepteur s’attache à ce que le vélo présente, dans
chaque cas et dans chacune des combinaisons possibles de ceux-ci, une grande stabilité et
une fidélité de réponse aux commandes du pilote. Le comportement, lorsque les limites
physiques d’adhérence sont atteintes, est également analysé avec attention
 ; dans ces conditions, les réactions du vélo doivent être aussi
progressives que possible afin que le pilote puisse agir pour contrôler l’écart.

Afin de garantir l’ensemble de
ces qualités, on optimise le travail du pneu. La conception des éléments porteurs, les
degrés d’amortissement, la répartition de raideur entre l’avant et
l’arrière, le choix des pneumatiques et de leur pression sont autant de paramètres
qui permettent de privilégier une des attitudes ci-dessus afin de donner au véhicule le
tempérament désiré.

Les rôles de la suspension (théorie)

Les éléments de suspension doivent supporter le cadre,
assurer un bon travail du pneu et procurer un confort satisfaisant.

La parfaite maîtrise des angles géométriques qui
déterminent le plan de roue est essentielle pour conférer au vélo un bon comportement
mais ne porte ses fruits qu’à condition que le contact entre le pneu et la route
soit toujours assuré dans de bonnes conditions. L’amortissement des rebonds de la
roue soumise aux irrégularités de la piste doit, de ce fait, être très rigoureux afin
qu’en aucun cas le pneu ne quitte, de manière répétitive ou prolongée, le sol. De
tels phénomènes ont des conséquences très nuisibles sur la stabilité du véhicule et
sur ses performances en accélération et au freinage.

La suspension doit également
préserver le confort des occupants, d’une part en transmettant au cadre la partie la
plus restreinte qui soit des irrégularités de la piste. En outre, les mouvements
résultants du cadre (ex : Pompage) doivent être le moins incommodant possible pour
l’organisme humain (cas Xcountry). L’obtention d’un bon confort est
facilitée par l’insertion d’éléments filtrants en caoutchouc au niveau des
essieux (rarement utilisé en VTT , Cannondale en avait monté sur les SuperVCarbon) et
par une suspension autorisant de grands débattements de la roue, en association avec une
flexibilité importante de l’élément élastique et une loi d’amortissement
adaptée (C’est le cas des VTT de descente).

Les constituants

Les essieux

Un essieu est constitué d’un ensemble de pièces
qui relie la roue au cadre et permet les mouvements relatifs de l’une par rapport à
l’autre. Il comprend notamment le ou les bras de suspension (cantilever), et le moyeu
(pour les automobiles). L’agencement relatif des différents constituants entre eux
(et par rapport au cadre) confère ses caractéristiques à l’essieu. Afin que la
souplesse de la suspension n’induise pas de mouvements de trop grande ampleur en au
freinage (plongée) ou à l’accélération (cabrage), on incline vers l’avant de
quelques degrés l’axe d’articulation du bras de suspension. (Impossible dans le
cas d’une fourche classique et/ou d’un cantilever : parallélogramme et multilink
obligatoire)

données géométriques remarquables d’un
essieu :

 ? L’angle de chasse, qui est défini par la verticale et la projection
de l’axe de pivotement de la roue sur un plan vertical parallèle à l’axe
longitudinal du cadre. La chasse est dite positive lorsque la projection de l’axe de
pivot(A) coupe le sol devant le point de contact entre le pneu et le sol(B). Elle
participe activement à la stabilité en ligne droite. La chasse induit également un
couple de rappel si la roue est trop braquée par rapport à l’inclinaison du cadre en
virage et inversement. L’angle de chasse est donné par la géométrie du cadre et la
hauteur de la fouche (en cas de montage exotique). La chasse au sol ou déport de chasse
(distance A-B)détermine les forces de réaction que le sol induit dans la direction.

Le déport au sol est une grandeur qui a beaucoup
d’importance dans la dynamique et la sécurité du vélo. Plus sa valeur est
élevée, plus les forces agissant sur la roue seront transmises dans la direction. De ce
fait, pour diminuer les réactions parasites au guidon, il est favorable d’adopter
une valeur réduite du déport, mais on réduit alors l’information transmise au
pilote (perte de sensibilité). De part leurs constitutions spécifiques, les HeadShock
Fatty ou PBone obtiennent leur déport par un changement d’inclinaison des tubes de
fourche (fig1). Dans le cas des doubles Té (fig 2) ou fourche classique simple Té (fig
4) le déport est fait sur le Té en avançant les fourreaux. Il est aussi possible de
créer un déport en décalant l’axe de roue par une forme spécifique de l’extrémité
des fourreaux.(fig 3 & 5). Chez FRM le déport est obtenu de la même façon que pour
les HeadShock, c’est à dire par inclinaison des tubes de fourche donc des fourreaux.
Cette technique permet d’avoir une meilleure réaction sur les gros chocs frontaux, mais
diminue l’absorption des faibles chocs. Les plongeur sont soumis à un effort dont la
direction s’écarte du sens de déplacement des plongeurs donc augmente les frottements et
l’usure (d’où l’intéret d’utiliser des roulements chez C’dale). Sur certaines fourches a
parallélogrammes le déport est modifié en fonction de l’enfoncement. Cette technique a
des avantages mais aussi des inconvénients puisque la réaction du vélo dépend de
l’enfoncement de la fourche, ce qui peut provoquer une déstabilisation du pilote. Si
la chasse est donnée par le cadre, le déport est une caractéristique de la fourche. Il
est donc important de ne pas monter n’importe quelle fourche sur n’importe quel cadre car
le déport de chasse et le déport sont intimement liés et non dissociables.

1
2
3
5
4

Le carrossage est l’angle défini par le plan médian de la roue et
le plan vertical passant par le point de contact avec la roue. Il doit être nul
dans le cas de tous les deux roues.

Architectures d’essieux les plus courantes

L’essieu type MacPherson. Il comprend
un bras inférieur oscillant qui relie le pivot au cadre et une jambe ressort-amortisseur
dont la partie inférieure est liée au pivot et la partie supérieure au cadre. (ici
Spécialized Ground Control)

Une remarque : pour qu’une suspension soit appelé
MacPherson, il est obligatoire que l’axe de la roue soit monté sur le même élément que
le ressort. Il ne doit pas y avoir d’articulation entre ! Sur le vélo ci-contre, la
deformation du triangle AR est assurée par un axe qui sépare la base du support de
moyeu, et non entre le support de moyeu et le hauban ! Le hauban est monté fixe avec
l’amortisseur et le support de moyeu : c’est du McPherson...

L’essieu à bras ; ou
triangles superposés ou multilink : le pivot est maintenu par une bielle supérieure et
une bielle inférieure sur lequel prend appuis le ressort-amortisseur qui est liés en
partie haute au cadre. Cette disposition permet un excellent contrôle des paramètres
géométriques de l’essieu lors de ses mouvements.

L’essieu multi-bras ; (ou a parallélogramme) a
été développé afin d’obtenir un contrôle optimal des déplacements de la roue
lors de ses débattements. D’architecture relativement complexe, son efficacité est
liée à un choix particulièrement soigné des différents angles géométriques et des
différentes longueurs qui le caractérisent.

Les trains à bras tirés ;
ou obliques ou cantilevers. Les bras sont articulés sur le cadre dont l’axe est en
avant de celui qui relie les centres des roues.

Les éléments des suspensions traditionnelles

Les ressorts permettent de suspendre le cadre à
une altitude adéquate et de contrôler la fréquence et l’amplitude de ses
déplacements. Plus la fréquence de suspension est faible, plus le vélo est confortable.
Toutefois, pour ne pas incommoder le pilote dans le cas XCountry, il ne faut pas obtenir
une fréquence trop faible, et les ressorts sont généralement choisis de telle sorte que
la fréquence de suspension (f ) soit comprise
entre deux valeurs sélectionnées en fonction de l’utilisation du vélo (XC, descente,
FreeRide...). Celle-ci est en effet une notion plus représentative de l’adéquation
de la suspension que la flexibilité seule, car elle fait intervenir à la fois la raideur
du ressort (K) et la masse suspendue (M) :

Par masse suspendue, il faut comprendre masse du pilote +
masse du vélo

Les types les plus employés sont

les ressorts hélicoïdaux (parfois également
appelés ressorts à boudins) présentent l’avantage d’être à la fois légers
et économiques ;

Les ressorts pneumatiques utilisent la propriété
de compressibilité des gaz ; ils sont constitués d’un corps déformable qui renferme
le gaz ; sous l’action d’une force
extérieure, le corps se déforme comprimant ainsi le gaz dont l’élasticité tend à
faire revenir le corps à sa position d’équilibre.

Les ressorts polyuréthannes microcellulaires
utilisent la propriété de compressibilité des gaz et l’élasticité
du matériaux. Constitué d’un corps déformable qui renferme
de micro-cellule d’air ; sous l’action d’une force extérieure, le corps se
déforme comprimant ainsi les cellules (et l’air qu’elles contienent) dont
l’élasticité tend à faire revenir le matériau à sa position d’équilibre.

Les amortisseurs sont les compléments indispensables des
ressorts, car ils permettent de freiner les mouvements résultant du cadre et des roues,
et d’éviter ainsi que le vélo ne soit animé de réactions désordonnées et
continues qui pourraient être dangereuses. L’amortisseur réagit en fonction de la
vitesse de déplacement qu’on lui impose, alors que le ressort fournit un effort en
fonction de l’amplitude du déplacement.

Les amortisseurs les plus utilisés sont
hydrauliques avec ou sans pression de gaz. On distingue l’amortisseur monotube et
l’amortisseur bitube. Ce dernier comprend une chambre de travail et un espace de
réserve qui renferme environ deux tiers d’huile et un tiers d’air, dont le
rôle est d’absorber les variations de volume engendrées par les mouvements de la
tige de piston. La chambre de travail renferme une partie de la tige de piston, le piston
et les systèmes de clapets au travers desquels l’huile passe nécessairement lors
des mouvements du piston qui se trouvent ainsi freinés. Il existe une variante de
l’amortisseur bitube qui consiste à remplacer le volume d’air de l’espace
de réserve par un gaz sous une pression de quelques bars. Cette surpression rend
l’amortisseur beaucoup plus sensible aux mouvements de faibles amplitudes, même
très rapides, et améliore donc notablement le travail du pneumatique dans ces
conditions. L’amortisseur monotube est constitué d’un tube divisé en deux
chambres par un piston séparateur mobile. La chambre de travail comprend une partie de la
tige de piston et les systèmes de clapets, la seconde étant remplie de gaz sous une
pression assez élevée (de l’ordre de 30 bars). La compensation du volume de la tige
lors de ses débattements est assurée par des mouvements correspondants du piston
séparateur.
Les butées servent à limiter les
débattements extrêmes des suspensions tout en assurant un arrêt progressif. Leur
raideur est importante, et le point de raccordement avec le ressort principal doit être
particulièrement soigné afin de ne pas altérer le confort. Généralement, les butées
sont réalisées en caoutchouc ou en polyuréthanne (éventuellement cellulaire), mais il
existe des éléments plus sophistiqués qui utilisent des systèmes hydrauliques.

Suspensions à pilotage électronique

On peut décomposer les suspensions
à pilotage électronique en deux grandes familles : la première famille est constituée
par les systèmes se caractérisant par le fait qu’une centrale électronique puisse
déterminer plusieurs états de suspension en sélectionnant différentes valeurs
prédéfinis de l’amortissement et parfois de la raideur pour les systèmes les plus
évolués. La commutation entre ces différents états est réglée par un logiciel, qui
réagit en fonction des conditions de roulage qui sont transmises au calculateur par
divers capteurs (accélération, freinage, mouvement de cadre, angle au guidon, etc.). La
seconde famille comprend des systèmes plus évolués, qui se distinguent des précédents
par leur capacité à moduler en continu les forces résultantes agissant entre le cadre
et la roue. Les systèmes les moins sophistiqués ne régulent que l’amortissement,
alors que les plus complexes font appel à un actuateur, qui remplace à la fois
l’amortisseur et l’élément élastique. Ces ensembles sont qualifiés de
semi-actifs pour les plus simples et d’actifs pour les plus élaborés. Il faut
observer que la dépense énergétique nécessaire au bon fonctionnement d’un
système actif pur est importante et, à ce jour, les seules applications pratiques se
sont limitées au domaine de la compétition.

Toujours plus

Etude du ressort

Les caractéristiques principales du ressort
(métallique, polyuréthanne ou pneumatique) sont la rigidité et le débattement.

Le débattement dépend de la
forme, taille, et géométrie du ressort et il est non réglable une fois le ressort
fabriqué.
L’effort de compression du ressort = K (rigidité)
* E (le déplacement par rapport à la position non contrainte)
Une suspension d’un vélo l’arrêt doit supporter
un effort de base engendré par le poids du pilote et du vélo( » 10% du poids du pilote
donc non négligeable). Pour maîtriser cette contrainte de base, on applique une
précontrainte qui a pour effet de déplacer la plage d’utilisation de la suspension sur
sa rigidité de base (sauf cas pneumatique, étudié plus loin) qui reste constante
quelque soit la contrainte..
La rigidité d’un ressort de type hélicoïdal est
donnée par le nombre de spire(inversement proportionnel), la section du tore
(proportionnel), le diamètre des spires (inversement proportionnel) et le matériau
utilisé.
La rigidité d’un ressort de type polyuréthanne
dépend de la taille (diamètre) de l’élément, de sa structure (cellulaire), du
matériau, du jeu entre le fourreau et l’élément. La chaleur modifie le comportement du
matériau, donc une suspension de ce type évolue en fonction de l’intensité de
l’utilisation, et de la saison (été - hivers).
La rigidité d’un ressort de type pneumatique
dépend de ses dimensions. Contrairement à un ressort hélicoïdal, la rigidité varie en
fonction de l’enfoncement (de la pression). Le volume de la chambre de pression influe sur
la rigidité et son évolution en fonction de l’enfoncement.
Ce type de ressort est donc très difficile à
mettre au point.
Voici une simulation qui donne l’effort produit par un
ressort pneumatique en fonction de la précontrainte (pression du gaz au repos).

Il y a Trois précontraintes différentes (10, 12,
15 bar) pour un volume de chambre donné (ici 15cm3). La précontrainte joue sur le seuil
d’enfoncement (à droite). Le seuil d’enfoncement a deux fonctions principales

- Limitation du pompage
- Sensibilité aux petits chocs

Ces deux fonctions sont directement opposées. Il
n’est pas possible de faire évoluer ces deux paramètres dans le même sens, en
travaillant uniquement la précontrainte. En général, on donne un peut plus d’autorité
à la sensibilité aux petits chocs car il est possible de retravailler le pompage par
d’autres moyens comme la géométrie du cadre (TS Klein bras arrière unifié avec l’axe
du bras oscillant au milieu du cadre, presque sous la selle)

La précontrainte influe aussi sur
la rigidité du ressort, car si l’on regarde l’écart d’effort suspension détendu et
l’écart d’effort suspension comprimée, on remarque qu’ils ne sont pas égaux. La
précontrainte à plus d’effet sur la suspension comprimé que sur la suspension
détendue. Cela peut accentuer le phénomène de rebond de la suspension lorsqu’elle
arrive en bout de course. En contre partie, il est plus difficile d’arriver en buté. Ce
type de réglage correspond plus à une utilisation compétition.
La simulation qui suit montre l’influence du volume de la
chambre de pression sur la contrainte.

On remarque tout de suite la variation de rigidité
du ressort. Le volume de la chambre est donc le paramètre principal pour ajuster la
rigidité d’un ressort pneumatique. Pour obtenir une suspension souple (faible rigidité),
il faut augmenter le volume de la chambre. Cependant, il devient facile d’atteindre la
butée de compression.

1er cas : réglage type
forte précontrainte faible rigidité,

- Pompage : non
- Chocs faibles : inconfortable
- Chocs moyens : absorbés
- Chocs importants : en butée

2eme cas réglage faible
précontrainte, forte rigidité

- Pompage : moyen
- Chocs faibles : absorbés
- Chocs moyens : absorbés mais inconfortable
- Chocs importants : absorbés mais forts rebonds (si pas
d’amortisseur)

Il n’est pas facile d’obtenir un réglage
satisfaisant. C’est pour cela que l’on commence à voir apparaître de plus en plus des
ressorts de précontraintes négative. Leur but est de diminuer le seuil d’enfoncement
sans être obligé d’augmenter la rigidité du ressort. La simulation qui suit montre
comment agit cet élément.

Nous retrouvons les trois courbes avec trois
précontraintes différentes. En bleu foncé, l’effort produit par le ressort négatif. En
fait, il faut lire ces valeurs en négatif pour rester rigoureux. On remarque bien la
constance de la rigidité d’un ressort type hélicoïdal. (c’est une droite, alors que les
efforts du ressort pneumatique sont des courbes) Comme l’effort négatif vient se
soustraire à l’effort du ressort principal, nous obtenons la simulation qui suit :

L’effort de compression se découpe
maintenant en trois parties.
De 0.00cm à 1cm : réglage pour limiter le pompage
(forte rigidité) et absorber les chocs faibles (seuil d’enfoncement bas)
De1.00cm à 1.70cm Faible rigidité pour gommer les
chocs moyens à iso-efforts (confort excellent)
De 1.70cm à 2.70cm Forte rigidité pour éviter le
talonnage sur les chocs importants.
Les fourches FattySL dispose de
cette technologie. Il est possible, pour gagner du poids, de remplacer le ressort de
contrainte négative par un ressort pneumatique en ajoutant une deuxième chambre de
pression en opposition de la principale(cas de l’amortisseur SID).

Etude le l’amortissement :

Le principe de base consiste à
faire passer un fluide (souvent de l’huile) dans des orifices calibrés pour opposer un
effort au déplacement de la suspension. Ce travail se produit donc dans les deux sens :
compression et détente. L’amortissement en compression est utilise pour limiter le risque
de talonnage sur les gros chocs, sans perturber l’absorption d’un petit choc. On peut donc
diminuer la précontrainte et/ou la rigidité du ressort lorsque l’on dispose d’un
amortissement en compression. L’amortissement en détente sert à limiter la vitesse
d’extension de la suspension pour éviter de se faire éjecter (de rebondir) en phase
sortie de bosse. Certains vélos de descente (Scott) disposent de deux amortisseurs
séparés travaillant dans des sens opposés. Le premier sert en compression et l’autre en
détente. La plus part des amortisseurs existants travaillent dans les deux sens en
donnant un laminage identique dans les deux sens (FOXAlp5R). Certains amortisseurs
travaillent dans un seul senset de la raideur du ressort. Ensuite
on commence le travail sur l’amortisseur.

Dans le cas du VTT,
la fréquence à respecter est plus élevée(2 à 3hz), car on doit lutter contre un
rapport poids/effort beaucoup plus désavantageux que dans l’automobile. Il est en effet
plus difficile de concevoir des suspensions pour véhicule léger que pour des véhicules
lourds car la variation possible de masse suspendue rapporté à la masse de base (bref en
 %) est élevée.

Simulation du fonctionnement d’une suspension

Ce paragraphe est destiné à ceux
qui ont envie de comprendre la dynamique d’une suspension et qui ont la patience de faire une
tempête dans leur cerveau
...
nous faisons les hypothèses suivantes

Le cadre et le pilote ne font
qu’une seule et unique masse (en réalité la masse du pilote peut être considérée
comme suspendue et amortie par rapport au cadre (par les guiboles et les bras)
le pneu n’est pas un élément ressort mais un bloc
rigide
la masse suspendue est directement supportée par le
système de suspension

Système suspendu par un ressort parfait sans perte
(frottement, aérodynamique,ect...)
un système
oscillant non amorti provoque des mouvements dont la trajectoire est appelée sinusoïde
non amortie. Si nos magnifiques vélos suspendus disposaient de suspension de ce type, il
en résulterait une véritable catastrophe car le cadre serait animé de mouvements
non contrôlés, bien que parfaitement prévisibles.
explication de ce premier graphe :

en bleu épais : c’est le profil de
la route : ici montée d’un trottoir de 50 mm à 5 km/h
en rouge : la courbe représente l’enfoncement de
la suspension ( à 1seconde la suspension est enfoncée de 55mm, à 2 secondes la
suspension est totalement détendue)
en vert : c’est la trajectoire du cadre. lorsque la
courbe verte passe en dessous de la courbe bleue (sol) la suspension se comprime
(élévation de la courbe rouge). Lorsque la courbe verte passe au dessus de la courbe
bleue (sol), la courbe rouge passe à zéro (suspension détendu) : c’est un décollement
(ou rebond) du pneu ; il n’y a plus de contact entre le pneu et le sol.
nous remarquerons la fréquence d’oscillation de 2.5hz

Ce cas n’existe pas
dans la réalité, car, dans tout système mécanique, il y a des frottements. Donc, nous
allons intégrer le frottement à notre simulation. Il se présente d’une manière
simplifiée : une force dont le sens dépend du sens d’enfoncement de la suspension, et
dont l’intensité reste constante.

Si nous observons le déplacement du cadre (courbe
verte), nous remarquons un amortissement de l’oscillation ! et oui ! le frottement aide
l’amortissement ! voilà une première claque aux idées reçues. le Nom de ce type de
courbe est "Sinusoïde amortie". Ha ! le vélo ! qui prétend que le VTT est un
sport de bourrins sans cervelle ?
Si l’on observe de plus prés, on constate que la
courbe verte (trajectoire du cadre) se stabilise vers une position moyenne de 40 mm. Le
sol est à 50mm. Cela signifie que, sous le poids du pilote, la suspension s’enfonce de
10mm. C’est le résultat du réglage de la précontrainte du ressort. Si l’on diminue la
précontrainte, le cadre va se stabiliser plus bas.
Maintenant, nous allons appliquer un vrai
amortisseur. En un premier temps, nous allons le faire travailler uniquement en
compression. voilà 3 réglages différents : facteur de laminage 200, 500 , et 800 (une
simplification d’un écoulement non laminaire dans une section, c’est à dire le clapet de
passage d’huile)
200

800

Voilà beaucoup de chose à la fois ! si l’on
regarde notre très chère courbe verte (mouvement du cadre) on remarque que plus le
laminage en compression est important, plus on amorti le mouvement d’oscillation. Ce qui
est normal. Maintenant, on va plus loin : regardons l’enfoncement de la suspension (courbe
rouge) sur l’impact du trottoir (sur le point 0.6 sec). plus le laminage en compression
est fort, moins la fourche s’enfonce. Cela est très pratique pour limiter le risque de
mettre une suspension en butée max ! Toujours plus loin !!! regardons le mouvement du
cadre sur le point 0.76sec. on remarque une légère augmentation de la hauteur de la
courbe verte (faible augmentation du rebond ) lorsque l’on augmente le laminage en
compression. Ouuaaa ! la maîtrise arrive !
On ne va pas s’arrêter là ! non ! toujours plus
loin : on règle le laminage en compression à 500 et on ajoute du laminage en détente !
nous allons mettre 3 facteurs de laminage 200,500,et 1000. Et v’la le résultat :
200

500

1000

et l’on analyse les résultats : Si
l’on regarde l’enfoncement de la suspension sur l’impact (0.6sec), il n’y a aucune
influence : normal c’est de la compression. Maintenant, on observe le mouvement du cadre
(en vert), et la ! ho miracle il se passe des choses ! plus on lamine en détente, moins
le cadre saute après l’impact (on arrive dans ce cas à supprimer la perte de contact du
pneu sur le sol au point 0.8 sec : nous sommes à la limite puisque la suspension se
détend complètement (courbe rouge à 0) ).
Maintenant on applique tout cela sur
un sol de type sinusoïde (tôle ondulée) dont la hauteur de l’ondulation est de 5cm et
la fréquence de 3hz (c’est une succession de chocs que l’on retrouve facilement en VTT)

voici une simulation avec frottement
et sans laminage

le débattement de la suspension simulé est de
70mm. Sans l’amortissement nous voyons l’affolement du mouvement du cadre dés que les
70mm sont atteint car il n’y a plus d’éléments élastiques pour absorber le mouvement :
c’est un choc. En réalité, ses mouvements n’existent pas (ou très peu) car le pilote
amorti avec ses membres les mouvements du cadre. Si le pilote était un poids mort rigide,
ces affolements seraient monnaie courante. Essayez de passer des suites de bosses en
gardant les bras tendus ! Ca secoue dur !!! c’est le début de l’affolement du mouvement.
Les pneus joue un role important, car par leur flexibilité, ils jouent le rôle de
suspension et diminuent fortement les risques d’affolements.
Si l’on regarde l’accélération
auquel le cadre est soumis, nous avons une idée du travail de la suspension et du confort
du pilote. Les pics correspondent aux chocs provoqués par la mise en butée de la
suspension (ce sont des impacts qui vous passent dans les bras en vous faisant claquer les
dents !) les pics dépassent 50m/s/s (soit +5g) ce qui est normal et pas spécialement
élevés.

Les accélération négatives plafonnent toutes à
-9.81m/s/s (-1g), ce qui est l’accélération induit par l’apesanteur (bref un saut de
roue).
Maintenant , nous allons mettre 500
en compression et 500 en détente :

C’est pas du contrôle ça ? pas un seul
débordement ! non mais (bon ok, c’est une simul....) le cadre a bien un mouvement
contrôlé. Sa position moyenne se situe toujours un peu en dessous de la position du sol
(suspension légerement enfoncée en charge).

Par contre on remarque que la roue
à du mal à rester coller au sol (courbe rouge à zéro, suspension totalement détendu).
si l’on regarde l’accélération du cadre (confort du pilote et efficacité de la
suspension) toutes les valeurs restent en dessous de 20m/s/s (2g) ce qui est très bien.

Nous allons passer le laminage en
détente à 1000 pour limiter les décollements de la roue :

Si l’on compare le temps pendant lequel la courbe
rouge est à zéro (temps pendant lequel la roue n’est pas en contact avec le sol) , on
remarque une nette diminution. donc on à amélioré le comportement. Si l’on regarde la
position moyenne du cadre (en vert) on remarque qu’il est descendu ! c’est normal, puisque
en laminant d’avantage la détente, on empêche la suspension de ce détendre et sur une
série de choc, la suspension peut arriver à ne plus se détendre et risque d’arriver en
butée !
Ce cas est très rare. OUFFF....
Maintenant vous pourvez dire que vous maîtrisez
l’amortissement (si vous avez tout lu, et tout compris ...vous mai...tri...sez) !
Jusqu’à maintenant, nous n’avons pas parlé de la
rigidité et la précontrainte de l’élément ressort. Et bien nous allons remédier au
ch’tit oubli. Dans les simulations suivantes, l’amortissement est figé à des valeurs
faibles pour ne pas trop perturber ce que l’on veut démontrer, c’est à dire le
fonctionnement du ressort.
Le sol comporte la montée d’un trottoir de 70mm et
la descente de 20mm du trottoir. nous allons commencer avec une suspension trèèèèssss
molle !
1/précontrainte de 250N et
rigidité de 5 N/mm

Sur la montée du trottoir, la suspension se
comprime de 65 mm puis se stabilise à 40mm d’enfoncement. Les 40mm d’enfoncement
permettent d’éviter un décollement de la roue sur la descente du trottoir car la
suspension autorise un éloignement de la roue assez important lorsque elle se déleste.
Maintenant augmentons la précontrainte du ressort. C’est le réglage que tout le monde
touche sur son vélo !!
2/contrainte de 350N et rigidité
de 5N/mm

Si l’on compare l’enfoncement de la suspension sur
la montée du trottoir, il diminue de 10mm. Si l’on regarde l’enfoncement stabilisé (à 1
sec) il passe de 40 à 20mm soit un écart de 20mm !. La précontrainte joue plus sur
l’enfoncement de base de la suspension (en charge sur route plate) que sur le risque de se
placer en butée, sur un impact important... (et une claque de plus aux idées reçues).
en fait la précontrainte sert à ajuster la sensibilité aux petits chocs et aux
pompages.
Maintenant, on regarde la sensibilité de la
rigidité du ressort :
3/précontrainte 350N et rigidité
de 15N/mm

L’enfoncement de la suspension sur la montée du
trottoir passe de 55 à 37 mm (un écart de 18mm) et l’enfoncement moyen passe de 20 à
8mm soit 12 mm d’écart. La rigidité du ressort joue plus sur l’enfoncement maximal de la
suspension que sur l’enfoncement stabilisé. Nous remarquons l’apparition d’oscillation
importante. Cela montre qui est important de régler un amortissement plus en fonction de
la rigidité que de la précontrainte. Cependant si la précontrainte varie, un petit
ajustement de l’amortissement est préférable.
cas particulier :
Dans le cas descente de trottoir, un fort laminage
en détente tend à accentuer le décollage de la roue, car il ralenti la vitesse de
détente de la fourche.

Comportement du vélo (pratique)

En règle générale la pression
des pneus est très efficace pour gérer le comportement en virage. On utilisera la
suspension plutôt pour améliorer le comportement du vélo en freinage puissant et
franchissement d’obstacle
Pour la motricité, la pression et la section du
pneu constituent la meilleure solution pour atteindre l’objectif. cependant, les pressions
donnant les meilleures motricités sont trop faibles et augmentent le risque de pincer. La
suspension est un plus pour franchir des marches ou racines en montée
Pour éviter les pincements de chambres, il vaut mieux
travailler la pression et le laminage en compression(fortes vitesses).

En virage :

Pour rendre un VTT "survireur", il faut
rendre l’avant plus accrocheur :

on peut jouer sur 2 éléments :

- Les pneus. (dimension, pression, sculptures)


- Les suspensions.(ressort, amortisseur)

Pour améliorer l’adhérence en
virage, il faut avoir une grande surface de contact et rester au contact du sol le plus
souvent possible.

Augmenter la surface de contact :

Passer à des pneus plus larges
ou/et bien diminuer la pression de gonflage du pneu AV
Faire l’inverse à l’arrière : diminuer la section
du pneu ou/et augmenter la pression

Rester le plus souvent possible en contact avec le sol

Dans les virages les chocs sont
généralement des petits chocs. Il faut donc optimiser votre fourche pour les petits
impact : abaisser le seul d’enfoncement de la fourche (diminuer la précontrainte ou/et
augmenter la contre - pression dans le cas d’une fourche à double chambre) et diminuer le
laminage en compression.

Faire l’inverse à l’arrière

Passage d’une ornière : gros choc appuyé
L’optimisation du laminage doit
être suffisant pour limiter les dégâts. L’enfoncement de la suspension est rapide et
ample. C’est l’amortissement en compression qui doit agir. Une forte précontrainte peut
donner des retours importants dans le guidon et un rebond en sortie
Passage d’une bosse type ralentisseur surélevé le
négatif d’une ornière : le tremplin
Le laminage en détente doit vous
éviter la projection vers les étoiles. Une raideur faible diminue le risque de mise en
orbite.
Réception d’un saut :
C’est le job du laminage en
compression et de la raideur du ressort
Confort maximal :
Diminuer fortement la
précontrainte et le laminage en compression. Garder un laminage en détente assez fort.
(éviter d’attaquer avec ce type de réglage)
Améliorer le freinage
D’une manière
générale, la suspension est bien réglée si elle s’enfonce de 70-80% sur un freinage
puissant. Les 20 à 30 % de débattement restant doivent absorber les bosses eventuelles.
Le fait que la suspension soit enfoncée permet de rester en contact avec le sol si un
trou se présente par détente rapide.
Naturellement le pneu joue un role important (pression).



Auteur - Louping




Nous contacter - Infos légales - rss - Copyright VTTnet 1997/2013