2.3 Détermination de la courbe de raideur :
Nous nous intéressons ici à la raideur théorique de la suspension que nous allons déterminer par une étude statique. Cette étude est effectuée dans le but de vérifier la diminution des risques de talonnage d'une suspension pneumatique par rapport à une suspension classique (à ressort hélicoïdal) ; elle nous permettra par ailleurs de vérifier la pertinence de l'effort de précontrainte apporté par le ressort "négatif". L'étude est faite ici à partir d'un prototype de suspension dont le débattement est de 60 mm et non de 80 mm.
2.3.1 Modélisation :
+ Le corps est fixe et on isole le piston :
En position verticale : Huile Emulsion Air
Ø 21
Ø 24
X 0 : Position du piston au repos
2.3.2 Bilan des actions mécaniques exercées sur le piston et portées par son axe :
Hypothèses :
& Nous négligerons les masses devant les autres actions mécaniques.
& Nous supposons les liaisons parfaites et les solides indéformables.
& Nous négligerons la compressibilité de l'huile.
Actions mécaniques exercées par l'air :
¨ Nous faisons l'hypothèse du gaz parfait : P´V = n´R´T.
¨ Supposons aussi que la compression est isotherme de par la faible épaisseur des parois du piston : P´V = Cste .
¨ Conditions initiales : nous prendrons une pression Pi de 12 Bar puis les extrêmes préconisées à 9 et 16 Bar pour un volume initial Vi de 34,6 cm^3 (&21mm par # 100mm).
¨ La surface projetée équivalente S est de 4,5 cm^2 (&24mm).
¨ On note x le déplacement du piston par rapport à sa position initiale.
¨ La course maximale du piston est de 50mm.
+ Calcul pour 12 Bar :
Pi ´Vi =12´10^-1 ´ 34,6´10^3 = 41520 Nmm = Cste ® P(x) = Pi ´Vi / V(x)
+ Effort appliqué par l'air :
F(x) = P(x) ´ S(surface projetée équivalente)
+
De même pour 9 et 16 Bar :
 |
Actions mécaniques exercées par le ressort :
+ Caractéristiques du ressort :
¨ Nombre de spires utiles : n = 9 }
¨ Diamètre du fil : d = 2 mm } Longueur spires jointes : 18 mm
¨ Diamètre d'enroulement : D = 9 mm
¨ Longueur libre : l0 = 29 mm
¨ Module d'élasticité transversale : G = 82000 MPa
¨ Flèche totale : ƒ = 29-18 = 11 mm
+
Effort appliqué par le ressort :
2.3.3 Tracé de la courbe de raideur de la suspension pneumatique uniquement, pour différentes valeurs de pression initiale :
2.3.4 Tracé de la courbe de raideur totale de la suspension et comparaison à une suspension classique :
2.4 Exploitation des résultats :
+ Remarque :
Sur une fourche télescopique, le déplacement de l'axe de roue est directement lié à l'enfoncement de la suspension.
Sur une fourche à quadrilatère déformable, cette relation n'est plus tout à fait vraie ; la raideur de la suspension doit donc être ramenée à l'axe de roue. Pour la fourche Look-Fournalès, le rapport des déplacements (suspension/axe de roue) est presque constant, on obtient donc une courbe de raideur à la roue similaire à celle de la suspension.
+ Réglages :
Le premier tracé nous montre la plage de réglage préconisée par le constructeur. Nous pouvons remarquer un effort maximal variant de 115 à 210 daN. D'après la première étude, cette plage semble pertinente : l'effort maximal qu'un bon sportif est capable de supporter avec les bras étant de 160 daN. Il est possible de faire varier la pente moyenne de cette courbe en modifiant le niveau d'huile. Plus il y a d'huile, moins le volume initial d'air est important et donc plus la suspension sera raide.
+ Talonnage :
La courbe de raideur exponentielle n'empêche pas le talonnage mais limite fortement les risques. De plus, le réglage de la pression initiale permet d'obtenir des efforts en fin de course aussi importants qu'on le souhaite.
+ Précontrainte :
La courbe de raideur pneumatique indique un seuil de précontrainte de l'ordre de 55 daN pour une pression initiale moyenne de 12 Bar ; l'ajout du ressort "négatif" qui abaisse ce seuil à 25 daN est donc pleinement justifié. La précontrainte devient alors similaire à celle d'une suspension classique. Le ressort "négatif" pallie donc efficacement le défaut annoncé d'une suspension pneumatique.
+ Progressivité :
Le second tracé montre que le système de la Look-Fournalès, bien que non linéaire, possède une progressivité proche de celle des suspensions à ressort hélicoïdal.