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Dynamique du châssis — article 2

Le centre de gravité : le trouver sur sa propre machine

C'est le levier le plus rentable du châssis, et le seul qu'on ne peut pas régler sans l'avoir mesuré. Les deux premières coordonnées s'obtiennent avec quatre balances. La troisième demande une méthode, et un peu de rigueur.

L'article précédent montrait que le transfert de masse ne dépend que de quatre grandeurs, dont la hauteur du centre de gravité — la seule sur laquelle on peut souvent gagner sans contrepartie. Encore faut-il savoir où il se trouve.

Les deux coordonnées horizontales sont faciles : une pesée suffit. La hauteur, elle, ne se mesure pas directement. Elle se déduit d'une expérience.

01La position longitudinale

Pèse chaque essieu, machine complète dans la configuration qui t'intéresse. Le centre de gravité se situe d'autant plus près d'un essieu que celui-ci est chargé.

Distance entre l'essieu avant et le centre de gravité b = (mar / m) × L mar — masse sur l'essieu arrière
m — masse totale
L — empattement
Machine de profil posée sur deux balances, une sous chaque essieu. La distance b entre l'essieu avant et le centre de gravité se déduit de la masse relevée à l'arrière. b L balances
Figure 1. C'est bien la masse arrière qui donne la distance depuis l'avant. L'inversion est l'erreur classique : elle donne un résultat symétrique qui passe inaperçu sur une machine proche de 50/50.

La position latérale

Même raisonnement, en pesant côté gauche et côté droit, avec la voie à la place de l'empattement. Sur une monoplace, le pilote décentre rarement beaucoup, mais le réservoir, la batterie et l'échappement, si. C'est une vérification qui coûte une pesée et qui explique parfois un comportement dissymétrique entre virages à gauche et à droite.

Position horizontale

Valeurs de départ arbitraires — remplace-les par tes pesées.

Depuis l'essieu avant —

Répartition —

Avant / arrière

02La hauteur : le principe

On incline la machine en soulevant un essieu d'une hauteur connue, et on repèse l'essieu resté au sol. En s'inclinant, la machine reporte de la charge vers le bas de la pente. L'ampleur de ce report dépend directement de la hauteur du centre de gravité : plus il est haut, plus le report est important.

On mesure donc un écart de pesée, et on en déduit une hauteur.

Machine inclinée par surélévation de l'essieu arrière d'une hauteur H. L'essieu avant reste sur la balance. La hauteur du centre de gravité se déduit de l'augmentation de masse relevée, du rayon de roue r et de l'empattement L. H r essieu resté sur la balance inclinaison
Figure 2. Le rayon sous charge r n'est pas un détail : l'inclinaison se fait autour des points de contact au sol, situés à cette hauteur sous le centre de roue.
Hauteur du centre de gravité h = r + (Δm × L × √(L² − H²)) / (m × H) r — rayon de la roue sous charge, du sol au centre de roue
Δm — augmentation de masse relevée sur l'essieu resté au sol
L — empattement
H — hauteur de levage de l'essieu soulevé
m — masse totale

Sans le terme r, le résultat est faux de plusieurs dizaines de centimètres. C'est l'oubli le plus fréquent dans les versions de cette formule qui circulent.

03Le protocole

Sécurité

Une machine inclinée sur des cales est instable, et son centre de gravité se déplace vers le bas de la pente. Sangle-la, cale les roues restées au sol, ne travaille jamais seul, et ne place jamais une partie du corps sous la machine soulevée.

Ces cales de sécurité posent cependant un problème de mesure, traité à l'étape 6 du protocole : elles doivent être présentes pendant la manipulation, et relâchées au moment de la lecture.

  1. Bloque les suspensions. C'est la condition qui décide de tout. Si la suspension travaille pendant l'inclinaison, la caisse s'affaisse vers le bas de la pente, le centre de gravité se déplace réellement, et la mesure décrit une machine qui n'existe pas. Remplace les ressorts par des entretoises rigides, ou bride les amortisseurs en position de roulage.
  2. Gonfle les pneus au-delà de la pression d'usage. Leur écrasement varie avec la charge, ce qui fausse à la fois r et l'assiette. Plus ils sont rigides, moins ils perturbent.
  3. Mets la machine dans son état de référence. Niveaux de liquides, lest, et pilote à bord — ou un poids équivalent, placé où il s'assoit — selon que tu veux la hauteur avec ou sans pilote. Les deux se mesurent, mais ce n'est pas la même valeur.
  4. Mesure r. Du sol au centre de roue, machine posée, en charge. Pas le rayon de la roue libre.
  5. Pèse à plat. Les quatre roues sur les balances, sur un sol horizontal vérifié au niveau. Relève la masse de l'essieu avant et la masse totale.
  6. Soulève un essieu d'une hauteur H connue, l'autre restant sur les balances, à la même hauteur qu'à l'étape précédente. Mesure H au point de contact du pneu, pas sur la cale.
  7. Libère la machine de ses contraintes horizontales avant de lire. En s'inclinant, l'empattement projeté au sol se raccourcit : il passe de L à L × cos θ. La machine doit pouvoir reculer de ces quelques millimètres. Si une cale l'en empêche, le châssis pousse dessus, et cet effort horizontal appliqué à hauteur de roue crée un couple parasite qui s'ajoute à la lecture des balances. Quelques kilos d'erreur suffisent à ruiner le calcul. Pose les roues restées au sol sur des plateaux coulissants, ou retire les cales le temps de la lecture une fois la machine sanglée et stable.
  8. Repèse l'essieu resté au sol. La différence avec la valeur à plat, c'est Δm.
  9. Recommence à plusieurs hauteurs de levage, et compare. Des résultats qui divergent signalent une suspension qui travaille encore, ou des pneus trop souples.

04Le calcul, et sa précision

Hauteur du centre de gravité

Valeurs de départ arbitraires — remplace-les par tes mesures.

Hauteur du centre de gravité —

Sensibilité de la mesure —

Erreur sur h pour 1 kg d'erreur de pesée

Regarde la seconde colonne avant de te réjouir du résultat. Toute la mesure repose sur un écart de quelques kilos, petit devant la masse de la machine. Une balance imprécise d'un kilo se traduit par une erreur de plusieurs centimètres sur la hauteur.

Plus tu lèves haut, plus la mesure est fine. Le report de charge grandit avec l'angle, donc l'erreur relative diminue. Fais varier la hauteur de levage dans le calcul, à pesées constantes, et regarde la sensibilité s'améliorer.

C'est le seul vrai levier de précision, avant même la qualité des balances.

05Ce qui fausse une mesure

06Ce que tu en fais

Une fois h connu, reprends le calcul de l'article précédent avec ta valeur réelle plutôt qu'une estimation. Les gains annoncés pour un abaissement de deux centimètres cessent d'être théoriques : ils deviennent chiffrés sur ta machine, et comparables au coût de l'opération.

Et garde la valeur. Toute modification qui déplace de la masse en hauteur — un réservoir relocalisé, une batterie descendue, un arceau allégé — se juge en refaisant la mesure, pas en l'estimant.

La série « Dynamique du châssis »

  1. Le transfert de masse : ce que les ressorts ne changent pas
  2. Le centre de gravité : le trouver sur sa propre machine — cet article
  3. Peser aux quatre roues : lire et corriger la répartition
  4. Raideur de roulis : d'où viennent le sous-virage et le survirage
  5. Centre de roulis et axe de roulis
  6. Épure de Jeantaud : la géométrie de direction
  7. Amortisseurs : vitesse lente et vitesse rapide
  8. Barre antiroulis réglable : raideur, réglage et précontrainte

Note sur les valeurs

Aucun poids, aucune cote et aucun réglage type ne sont proposés ici. Les valeurs pré-remplies dans les calculs sont arbitraires et servent uniquement à montrer le fonctionnement. Seules tes propres mesures ont un sens.

Crédits des illustrations

Silhouettes de voiture d'après un jeu vectoriel Vecteezy.com.