Quelle est vraiment la définition et l’avantage d'un châssis tubulaire?
Le châssis est l'ossature du véhicule. Il permet de supporter les différents éléments d'une automobile. Le châssis tubulaire est un format particulièrement léger, généralement utilisé par les véhicules de compétition et très difficile à se procurer dans un cadre quotidien.
Conception du châssis tubulaire La conception de ce type de châssis est assurée par de petits constructeurs spécialisés dans les châssis de compétition. Ce sont souvent de petites sociétés ou artisans (Caze compétition, olymeca Sport, Oreca, Rebellion). Il existe aussi des structures plus imposantes comme Poclain Véhicules, qui possèdent un bureau d'études avec Conception Assistée par Ordinateur.
Avantages du châssis tubulaire
Meilleure rigidité.
Centre de gravité abaissé.
Légèreté.
Protection contre les chocs latéraux et renforcement de la cellule de survie.
Coût raisonnable.
Réalisation plus facile (par rapport à un châssis classique monocoque).
Inconvénient du châssis tubulaire
Réalisation artisanale.
Nombreuses soudures, demandant une grande maîtrise technique, donc fait main . Réservé à la fabrication à l'unité ou aux très petites séries.
Type de châssis difficilement homologable réservé principalement à la compétition sur circuits ou routes fermées (sauf si homologué dans un pays comme l'Angleterre ou autres, ou ce genre de châssis est en adéquation avec les normes, et c'est pour cette raison que STARK-INDUSTRIES, construit ses véhicules réplica dans ce pays) Le châssis du véhicule est le principal soutien de la structure du véhicule à moteur sur lequel tous les autres composants sont attachés, il est comparable au squelette d'un organisme.
Jusqu'aux années 1930, pratiquement chaque voiture avait un châssis structurel séparé de sa carrosserie. Cette conception est connue comme carrosserie-sur-châssis.
Avec l'apparition des grandes presses à emboutir l'acier et l'amélioration de la soudure à l'arc, commercialisés et popularisés notamment par l'industriel américain E.G. Budd, qui collabora entre autres avec Morris en Angleterre et Citroën (exemple la MEHARI) en France, les véhicules ont pu être conçus de manière monocoque, ce qui signifie que leur châssis et leur carrosserie sont intégrés l'un à l'autre.
Presque tous les camions, les autobus et la plupart des pickups continuent à utiliser un châssis séparé.
Les principales fonctions d'un châssis dans les véhicules à moteur sont les suivantes:
Porter les composants mécaniques et la carrosserie.
Traiter les forces statiques et dynamiques, sans trop de flèche ni de distorsion.
Ces forces comprennent :
Le poids du moteur, de la carrosserie, des passagers et des cargaisons.
Les torsions verticales et longitudinales transmises en circulant sur des surfaces inégales. Des forces latérales causées par les conditions de la route, le vent et le pilotage du véhicule. Le couple du moteur et de la transmission.
La traction longitudinale au démarrage et à l'accélération, ainsi que la compression au freinage.
Les impacts brutaux lors des collisions.
Types de châssis en fonction de la construction:
Châssis en échelle.
Châssis en X.
Châssis hors cadre.
Châssis hors cadre avec traverse de cadre.
Châssis périmètre.
Les longerons du châssis Il y a trois conceptions principales pour ces sections. Si le matériel est plié deux fois, une section ouverte est produite, soit en forme de C ou en forme de chapeau (en forme de U).
Les châssis «boîtes» sont constitués de rails fermés, soit par soudage, soit préfabriqués à l'aide de tubes métalliques.
De loin le plus fréquent, le rail en forme de C a été utilisé sur presque tous les types de véhicule à un moment ou à un autre, il est fait à partir d'acier plat (d'une épaisseur variant généralement entre 3mm et 5mm) qui est roulé des deux côtés pour former un faisceau en forme de C pour la longueur du véhicule.
Les rails en forme de chapeau ressemblent à un «U» et peuvent être utilisés droits ou inversés avec la zone ouverte vers le bas. Leur usage n'est pas répandu en raison de leur faiblesse et d'une certaine propension à la rouille, cependant ils peuvent être trouvés sur certaines Chevrolet et certaines Studebakers de 1936-1954.
Châssis personnalisé hautes performances, utilisant des rails boîte et des sections de tube. Abandonné pendant un certain temps, le châssis chapeau gagne à nouveau en popularité lorsque les entreprises ont commencé à le souder sous la carrosserie des voitures, créant un châssis coffre.
À l'origine, les châssis coffre sont faits par le soudage de deux rails en C correspondants pour former un tube rectangulaire. Les techniques modernes utilisent un processus semblable aux rails en C, une pièce d'acier est pliée en quatre faces et ensuite soudée à la jointure des deux bouts.
Dans les années 1960, les châssis-coffre des voitures américaines conventionnelles étaient soudés par points ici et là le long de l'axe; lorsqu'elle est transformée en stock car NASCAR par les coureurs, la boîte est soudée en continu du début à la fin pour rigidifier l'ensemble.
Caractéristiques de conception:
Tout en paraissant au premier abord comme une simple armature de métal, le châssis est soumis à de grandes tensions et compressions et est construit en conséquence. Le premier thème abordé est la hauteur des longerons, ou hauteur de la paroi verticale du châssis. Plus elle est élevée, plus le châssis résistera aux flexions verticales lorsqu'une force est appliquée à sa partie supérieure.
C'est la raison pour laquelle les semi-remorques ont de plus hauts rails de châssis que d'autres véhicules au lieu d'être simplement plus épais.
Quand l'aspect, la qualité de la conduite et la tenue de route deviennent de plus en plus importants pour les consommateurs, de nouvelles formes sont intégrées dans les châssis. Les parties les plus visibles sont les arcs et les renfoncements.
Au lieu de courir tout droit sur les deux essieux, les châssis sont arqués pour asseoir leur partie inférieure à peu près au niveau des axes et courbés sur les essieux avant de redescendre de l'autre côté pour le placement des pare-chocs. Les renfoncements servent aussi au passage des axes et des roues, mais ne se courbent pas vers le bas de l'autre côté, et sont plus fréquents sur les extrémités avant.
On peut rencontrer des rails étroits coniques à l'avant de l'habitacle du véhicule. Cela se fait principalement sur les camions afin de réduire le poids et d'augmenter légèrement la place pour le moteur à l'avant du véhicule qui ne porte pas autant de poids que le chargement à l'arrière. Les développements de conception ont créé des châssis qui utilisent plus d'une forme dans le même longeron. Par exemple, certains camions ont un châssis boîte à l'avant de la cabine, des longerons plus courts et plus étroits sous la cabine et des profils en C sous le lit. Sur les châssis «périmètre», les zones où les longerons se connectent à partir de l'avant au centre et du centre à l'arrière sont plus faibles par rapport aux châssis traditionnels, de sorte que cette section est en profil de boîte, créant ce qui est connu sous l'appellation de «boîte de couple».
Le terme monocoque désigne une construction unitaire où le châssis est inclus dans la carrosserie. Cette approche de l'ingénierie d'un véhicule décrit un "châssis-carrosserie d'une seule pièce.
Un type de construction du châssis et de la carrosserie qui forment une structure unique. Une telle conception est généralement plus légère et plus rigide qu'un véhicule ayant une carrosserie fixée sur un châssis.
L'architecture traditionnelle de carrosseries-sur-châssis s'est déplacée vers la structure monocoque plus légère qui est maintenant utilisée sur la plupart des voitures.
Historiques:
La dernière voiture produite en masse au Royaume-Uni avec un châssis séparé a été la Triumph Herald, abandonnée en 1971.
La construction intégrée du châssis et de la carrosserie nécessite plus que le simple soudage d'une carrosserie à un châssis conventionnel. Dans un système entièrement intégré, l'ensemble de la voiture est porteur de charges et doit s'occuper de toutes les forces subies par le véhicule, y compris les chargements de fret. Les structures monocoques des véhicules à roues sont généralement fabriquées par soudage de panneaux métalliques préformés et d'autres composants, par la formation ou la coulée de sections entières en une seule pièce, ou par une combinaison de ces techniques. Même si elles sont appelées des structures monocoques, parce que les panneaux extérieurs sont porteurs de charges, il y a encore des côtes, des cloisons et des sections en boîte permettant de renforcer la carrosserie, ce qui rend le nom semi-monocoque plus approprié.
La première tentative d'élaboration d'une telle conception technique fut faite sur la Lancia Lambda de 1922 pour fournir une structure de rigidité et une baisse de la taille de la voiture pour sa carrosserie torpédo.
La Lambda, bien que de conception ouverte, avec un toit sans contrainte, tient moins d'une coquille monocoque que d'un bol. 13.000 ont été produites. Un rôle clé dans le développement de la structure unitaire a été tenu par la société Américaine Budd Company, maintenant ThyssenKrupp Budd.
Budd fournissait des carrosseries en acier embouti à monter sur les châssis pour les constructeurs automobiles Dodge, Ford, Buick, et la société française Citroën. Cet ingénieur mit aussi au point les techniques de soudure à l'arc qui permirent l'évolution vers les constructions monocoques.
En 1930, Joseph Ledwinka, un ingénieur collaborant avec Budd, conçut un prototype d'automobile de construction unitaire.
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Citroën acheta cette conception unitaire de carrosserie pour sa Traction Avant.
Cette voiture de production de masse a été introduite en 1934 et vendue à 760.000 unités durant ses 23 années de production. Cette application a été la première tentative moderne de l'intégration structurelle de la carrosserie et du châssis, assemblant des pièces embouties par soudures à points pour former une cage structurelle comprenant les seuils, les piliers et les poutres de toit.
En plus d'une carrosserie unitaire sans aucune châssis, ce véhicule a également présenté d'autres nouveautés comme les quatre roues à suspension indépendante, et la traction avant.
En résultat de ces innovations, la Traction Avant avait un aspect futuriste pour son époque. Pour la Chrysler Airflow (1934-1937) Budd fournit une variation: trois sections principales de la carrosserie de l'Airflow sont soudées en ce que Chrysler appelle une construction en pont. Pour la Chrysler Airflow malheureusement, cette méthode n'était pas idéale, les ajustements de panneaux étant pauvres. Pour convaincre un public sceptique de la résistance de la carrosserie unitaire, Citroën et Chrysler créèrent des films publicitaires montrant des voitures ayant survécu après avoir été poussés du haut d'une falaise.
Opel a été le deuxième et le premier constructeur automobile allemand à produire une voiture à la carrosserie unitaire avec la compacts Olympia commencée en 1935. Une plus grande Kapitän est entrée en production en 1938, bien que ses poutres longitudinales avant fussent embouties séparément, puis attachées au corps principal.
La Lincoln-Zephyr profilée de 1936 avec la disposition classique moteur à l'avant et roues arrière motrices utilise une structure monocoque.
En 1941, la construction unitaire n'était plus une idée nouvelle pour les voitures, mais c'était du jamais vu dans le marché des [Américaines] à bas prix [et] Nash voulait une plus grande part de marché.
La construction de la Nash 600 en structure unitaire fournit des économies de poids et le président de Nash, George W. Mason était convaincu "que la construction unitaire est la vague de l'avenir".
Depuis lors, de plus en plus de voitures sont passées à la structure monocoque, qui est maintenant "considérée comme la norme de l'industrie".
En 1960, la conception unitaire est utilisée par les Trois Grands de Detroit sur leurs voitures compactes (Ford Falcon, Plymouth Valiant, et Chevrolet Corvair).
Après que Nash eut fusionné avec Hudson Motors pour former American Motors, les Rambler ont continué à être construites exclusivement sur des variations des structures unitaires.
Bien que la Chrysler Airflow de 1934 ait un châssis plus léger et une carrosserie soudée au châssis pour fournir la rigidité, en 1960 Chrysler passa de la conception de carrosserie sur châssis à la conception unitaire dite monocoque pour la plupart de ses voitures. La plupart des voitures américaines de conception monocoque utilisent des boites de couple dans la conception du véhicule pour réduire les vibrations et la flexibilité du châssis, à l'exception de la Chevy II qui avait un tablier avant (appelée à tort un sous-châssis) boulonné. American Motors (avec son partenaire Renault) à la fin des années 1970, intégra la construction unitaire lors de la conception de la Jeep Cherokee (XJ) en utilisant les principes de fabrication (flancs unis, plancher intégré avec longerons et zones de déformation, et panneau de toit) utilisés dans les voitures de tourisme, comme les AMC Hornet et les quatre roues motrices Eagles pour un nouveau type de châssis appelé le «Uniframe», un robuste châssis en acier embouti soudé à une structure de carrosserie solide, alliant la force d'un châssis lourd classique aux avantages de poids de la construction Monocoque.
Cette conception a également été utilisé pour le concept XJC développé par American Motors avant son absorption par Chrysler, qui devint plus tard la Jeep Grand Cherokee (ZJ). La carrosserie monocoque est maintenant la construction préférée pour le marché des automobiles de masse et des véhicules multisegments.
Cette conception offre un gain de poids, améliore l'utilisation de l'espace et facilite la fabrication. L'acceptation fut considérablement accrue dans le sillage des deux crises énergétiques des années 1970 et des années 2000, où les Suv compacts conçus sur des plates-formes de camions (principalement aux États-Unis) sont soumis aux normes CAFE depuis 2005 (à la fin des années 2000, les SUV basés sur des camions ont été supprimés et remplacés par des crossovers). Un avantage supplémentaire pour les voitures équipées d'une carrosserie solide réside dans l'amélioration de la protection des passagers.
Épine dorsale en tube Châssis tube en épine dorsale de la Tatra T11 de 1923. Le tube relie fermement le bloc moteur/boîte de vitesses au différentiel et protège l'arbre.
Un châssis en épine dorsale est un type de châssis qui est semblable à la conception carrosserie sur châssis.
Au lieu d'une échelle à deux dimensions, il se compose d'une unique forte ossature tubulaire (généralement rectangulaire en section transversale) qui relie la fixation des suspensions avant et arrière.
Une carrosserie est alors placée sur cette structure. Fort de ces descriptions, STARK-INDUSTRIES, fabriquera ses réplicas sous forme de châssis tubulaires, et ainsi pouvoir offrir une caisse largement moins lourde que la normale, puis les AVENGERS'CARS seront dotées de différents modèles d'une motorisation hybride, suivant l'objectif final de la voiture (course ou tourisme).
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