Suspension à poussoir ou à tirant en F1 – Guide complet

Suspension à poussoir ou à tirant en F1
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La suspension à poussoir et la suspension à tirant sont deux géométries de suspension différentes utilisées en F1. Les deux ont été utilisées au fil des ans, mais au cours des dernières saisons, l’une d’entre elles a été privilégiée par rapport à l’autre. Mais quelle est la différence entre la suspension à tirant et la suspension à poussoir ?

En F1, les systèmes de suspension à poussoir et à tirant permettent tous deux à la voiture de rester stable sur une piste irrégulière ou lorsqu’elle franchit des bordures. La suspension à poussoir comporte une barre allant du bas de la roue au haut du nez, tandis qu’une barre de tirant va du haut de la roue au bas du nez.

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Chaque équipe ayant une conception unique de sa suspension, il y a souvent beaucoup de discussions sur la suspension à tirant ou à poussant et sur ce qui est le mieux. C’est pourquoi j’ai passé en revue ci-dessous tout ce que vous devez savoir sur les suspensions à tirant et à poussoir.

Emplacement des poussoirs et des tirants sur une voiture de F1

Avant d’aborder les différences entre les suspensions à poussoirs et à tirants, il est important de comprendre où l’on trouve ces éléments sur une voiture de F1 et quelle est leur fonction.

Ces tiges sont fixées aux roues de la voiture, une sur chaque roue entre les attaches des roues. Les tiges pénètrent ensuite dans la carrosserie de la voiture où elles sont fixées à des « culbuteurs » qui traduisent le mouvement de poussée et de traction en une force rotative sur la barre de torsion.

Barres de torsion et ressorts

Une barre de torsion fait le même travail qu’un ressort, mais elle fonctionne en torsion plutôt qu’en compression. Cela lui permet d’être plus compacte et mieux adaptée aux espaces réduits, comme à l’intérieur d’une voiture de Formule 1. La barre de torsion est reliée aux amortisseurs et aux barres antiroulis, qui sont des composants qui absorbent les impacts et les chocs envoyés par les roues, et qui maintiennent l’ensemble du châssis stable (en empêchant les barres de torsion d’osciller excessivement).

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Ces éléments constituent la base de la suspension avant d’une F1, mais on les retrouve également à l’arrière de la voiture. Le résultat de l’interconnexion de ces tiges, barres de torsion, amortisseurs et barres antiroulis est que la voiture reste stable lorsqu’elle franchit des bosses ou des trottoirs.

Fait important : ils contribuent également au contrôle de la hauteur de caisse, au transfert des charges latérales et, surtout, au maintien des pneus en contact avec la surface de la piste.

Les composants internes tels que les culbuteurs, les barres de torsion et les amortisseurs restent les mêmes, que la voiture soit équipée d’une suspension à tirants ou d’une suspension à poussoirs. La seule différence entre les deux types de suspension est l’endroit où elles sont placées dans la voiture, soit plus haut, soit plus bas, comme nous le verrons dans les prochaines sections.

Il convient de noter que, pour l’ensemble de cet article, nous adoptons une approche très simplifiée de la suspension de la F1. Par souci de simplicité, nous considérerons les suspensions à tirants et à poussants en termes très basiques, et nous n’entrerons donc pas trop dans le détail des autres composants.

Qu’est-ce que la suspension à poussoir en F1 ?

suspension à poussoir alpine

La suspension à poussoir est identifiable sur une voiture de F1 par la jambe de force qui part du bas des roues et remonte dans la voiture. Elle est fixée à la base de la roue et se déplace vers le haut du nez de la voiture, où elle pousse contre les éléments internes de la suspension pour maintenir la voiture stable et sur la piste.

Lorsque les pneus avant sont relevés, par exemple lorsque la voiture passe sur une bosse, la tige reliée à la partie inférieure des pneus avant est également relevée. Cette tige « pousse » contre la bascule de suspension située à l’intérieur du nez de la voiture.

Cette poussée fait tourner le basculeur dans le système de suspension contenu dans le nez de la voiture, ce qui pousse les barres de torsion et les amortisseurs afin d’absorber les chocs envoyés par la suspension de la voiture.

Une suspension à poussoir nécessite que l’assemblage interne (basculeurs, barres de torsion et amortisseurs) soit construit au sommet du châssis, ce qui est le cas depuis une dizaine d’années (du moins à l’avant des voitures). Nous verrons plus loin les implications de cette évolution, mais examinons d’ores et déjà la suspension à tige de traction.

Remarque : avant de commencer, il convient de rappeler que les barres de poussée et de traction sont utilisées aussi bien à l’avant qu’à l’arrière de la voiture. Le débat porte généralement sur la question de savoir laquelle est utilisée à l’avant (car c’est la partie que l’on voit le plus facilement !).

Qu’est-ce que la suspension à tirant en F1 ?

suspension à tirant mclaren

La suspension à barre de traction fait exactement le même travail qu’une suspension à poussoir, c’est-à-dire qu’elle maintient la voiture stable et en contact avec la piste. La seule différence est que la disposition est inversée, la jambe de force allant du haut de la roue au bas du nez, ce qui entraîne une action de traction sur les éléments internes.

Dans le cas d’une configuration à tige de traction, lorsque la voiture passe sur des bosses ou des trottoirs, ce qui entraîne le soulèvement des pneus par rapport au châssis, la tige reliée au sommet des pneus avant est également soulevée. Au lieu d’être poussée vers le basculeur de suspension à l’intérieur du nez de la voiture, elle est soulevée et éloignée du basculeur, comme dans le cas d’une tige de poussée.

En tirant sur la bascule, on la fait tourner dans le système de suspension contenu dans le nez, ce qui tire sur les barres de torsion et les amortisseurs pour absorber le choc qui est envoyé dans la suspension de la voiture.

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Faits marquants : le système de suspension à tirants a été introduit en F1 par Gordon Murray en 1974, sur la voiture Brabham BT44.

Un système de suspension à tirant nécessite que l’assemblage interne des bascules, des barres de torsion et des amortisseurs soit construit en bas du nez, plutôt qu’en haut comme dans le cas d’un système à poussoir. On reconnaît facilement une suspension à tirants à cette jambe de force qui va du haut de la roue au bas du châssis. Depuis une dizaine d’années, les barres de traction se trouvent généralement à l’arrière de la voiture.

Vous vous demandez peut-être pourquoi la différence entre ces deux éléments de suspension est si importante alors qu’ils font le même travail. Bien qu’ils aient la même fonction, à savoir réduire les chocs et les bosses qui traversent le châssis, ils ouvrent des voies différentes pour la conception des voitures, en particulier dans le domaine de l’aérodynamique.

Note : Avant d’aller plus loin, je tiens à souligner que la relation entre la géométrie de la suspension et l’aérodynamique de la voiture est complexe. Actuellement, le choix d’une équipe dépend principalement de la philosophie aérodynamique globale, alors que par le passé, la géométrie elle-même avait un impact important sur l’aérodynamique.

Cela signifie que, bien que je mentionne les « avantages » et les « inconvénients » ci-dessous, il ne s’agit en fait que de compromis et d’arbitrages en fonction de la conception du reste de la voiture. Dans de nombreux cas, ce n’est pas une équipe qui choisit l’un ou l’autre en raison d’un avantage ou d’un inconvénient spécifique – elle utilise plutôt celui qui est optimal pour la conception globale de sa voiture.

Enfin, il convient de noter que nous discutons principalement des suspensions à poussoir et à tirant à l’avant de la voiture. Il est évident que l’une ou l’autre peut également être utilisée à l’arrière de la voiture, et je tiendrai compte de ces détails lorsque j’expliquerai pourquoi nous avons vu des barres de traction à l’avant des voitures de McLaren et de Red Bull depuis 2022.

Avantages et inconvénients de la suspension à poussoir

Avantages de la suspension à poussoir

Les avantages de la suspension à poussoir sont les suivants : 

  • Facilité d’accès
  • Peut être plus légère que la tige de traction
  • Permet une plus grande variation dans le positionnement de l’amortisseur
  • Peut avoir une plus grande rigidité d’installation

Facilité d’accès

La suspension à tirant est identifiable par le fait que la jambe de force va du bas de la roue au haut du châssis. L’assemblage interne se trouve donc au sommet du châssis et comprend les bascules, les barres de torsion et les amortisseurs.

L’un des avantages de la suspension à poussoir est qu’elle est plus facile à travailler que la suspension à poussoir. Un mécanicien peut travailler sur le système de suspension depuis le haut de la voiture, car il est très facile d’y accéder.

Un montage plus léger

La suspension à poussoir peut également être légèrement plus légère, ce qui permet d’économiser du poids sur la voiture, ce que les équipes de F1 essaient toujours de faire. Nous y reviendrons plus en détail dans un instant, mais pour l’essentiel, les angles auxquels les poussoirs rencontrent le châssis signifient que les triangles environnants (composants structurels qui fixent le châssis aux roues) supportent moins de charge et peuvent donc être plus légers.

Positionnement de l’amortisseur et rigidité de l’installation

Offrir plus de variations d’amortisseurs permet plus de variations de réglages dans l’ensemble, ce qui peut être bénéfique en soi. Mais la possibilité d’utiliser des réglages plus rigides permet d’obtenir des avantages en termes de dégradation des pneus, ainsi que des avantages en termes d’adhérence et de maniabilité. Il est généralement plus facile à régler, et il y a une plus grande fenêtre de configurations optimales.

Inconvénients de la suspension à poussoir

Il n’y a qu’un seul « inconvénient » à la suspension à poussoir, mais il s’agit en fait d’un compromis. Il s’agit du centre de gravité plus élevé qui résulte du fait que les composants internes (et donc une partie de la masse de la voiture) se trouvent plus haut dans le nez.

Toutefois, les effets négatifs du centre de gravité plus élevé sont généralement annulés par la conception aérodynamique de la voiture.

Avantages et inconvénients de la suspension à tirant

Avantages de la suspension à tirant

Le principal « avantage » des suspensions à tirants est le centre de gravité légèrement plus bas qu’elles permettent d’obtenir.

Dans un système de suspension à tirants, la jambe de force va du haut de la roue au bas du châssis, ce qui signifie que les bascules, les barres de torsion et les amortisseurs se trouvent au bas du châssis au lieu d’être intégrés dans le nez du véhicule.

Cela signifie que la disposition de la barre de traction peut conduire à un centre de gravité plus bas, ce qui peut donner à la voiture une meilleure stabilité et une meilleure adhérence à l’avant, puisqu’une plus grande partie du poids se trouve plus bas par rapport au sol. Cependant, comme nous l’avons vu plus haut avec les avantages de la suspension à poussoir, à savoir une meilleure adhérence grâce à une configuration plus rigide, cet avantage ne sera pas majeur.

Inconvénients de la suspension à tirant

Les inconvénients de la suspension à tirant sont les suivants :

  • Plus difficile d’accès
  • Souvent plus lourde dans l’ensemble

Plus difficile d’accès

L’un des inconvénients de la suspension à tirants est qu’elle peut être beaucoup plus difficile d’accès s’il faut la régler ou la réparer. Comme la tige est reliée au nez au bas du châssis, les mécaniciens devront soit travailler dans un espace restreint, soit retirer tout le plancher de la voiture pour travailler sur cette zone.

Pièces plus lourdes

Un autre inconvénient de la suspension à tirant est qu’elle peut entraîner un alourdissement de l’ensemble de la suspension. En raison des angles auxquels les bielles rencontrent le châssis, elles peuvent souvent être plus fines et plus légères que les bielles de poussée, mais les charges plus importantes appliquées aux triangles signifient qu’elles doivent souvent être plus épaisses et plus lourdes pour compenser cela.

En réalité, le gain de poids est quelque peu compensé par le fait que le véhicule est plus bas par rapport au sol. De plus, les différences de poids ne sont pas énormes, et comme toujours ici, il s’agit de faire des compromis qui dépendent du reste de la conception de la voiture.

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Pourquoi la suspension à tirants a fait son retour en F1

Nous avons vu la suspension à tirants en F1 (à l’avant de la voiture) à de multiples reprises au fil des ans. Récemment, nous l’avons vue sur la McLaren en 2013, et nous avons même vu Ferrari l’utiliser de 2012 à 2015. Mais nous ne l’avions plus vue depuis, jusqu’en 2022.

Avec les changements de règles aérodynamiques de 2022, nous avons à nouveau vu certaines équipes (Red Bull et McLaren) utiliser des suspensions à tige de traction à l’avant des voitures. Cela s’explique principalement par d’importants changements de règles qui ont permis aux équipes de mettre en place des barres de traction dans leurs voitures cette année, si elles le souhaitent. Bien qu’elles n’aient pas été interdites auparavant, elles sont peut-être plus favorables aujourd’hui qu’elles ne l’étaient auparavant.

Faire fonctionner le tirant à l’arrière

Jusqu’à récemment, la plupart des équipes choisissaient d’utiliser une barre de poussée à l’avant et une barre de traction à l’arrière. Avec les anciennes voitures à freinage élevé, cela offrait l’avantage de permettre à l’arrière de la voiture de se comprimer davantage (la barre de traction étant généralement plus souple), ce qui améliorait la production de force portante à grande vitesse (et réduisait la traînée).

Cependant, avec la réintroduction des voitures à effet de sol, les changements de règles de 2022 ont essentiellement supprimé la nécessité d’utiliser la barre de traction à l’arrière pour cette raison. En fait, ils ont ouvert une possibilité où une disposition de barre de traction à l’avant et de barre de poussée à l’arrière pourrait être la meilleure option.

L’utilisation de tirants à l’arrière permet aux équipes de placer les éléments internes de la suspension arrière plus haut, loin des tunnels Venturi à l’arrière du plancher, et bien sûr du diffuseur. Le concept Red Bull, en particulier, s’appuie fortement sur les performances du diffuseur, et l’utilisation d’une barre de poussée à l’arrière et d’une barre de traction à l’avant complète cette philosophie (contrairement à la Ferrari F1-75, qui s’appuie fortement sur la configuration de l’aileron arrière et de l’aileron de poutre pour produire de la force aérodynamique).

L’utilisation d’une suspension à tirants à l’arrière de la voiture a permis d’accentuer la courbure du diffuseur et de bénéficier massivement du potentiel d’abattement de cette partie critique de la voiture. Vous pouvez en savoir plus sur cette philosophie dans notre article consacré à la Red Bull RB19.

Règles de hauteur de caisse

Une autre raison pour laquelle les barres de traction sont devenues une configuration potentielle est que les règles ont également changé pour empêcher les équipes de modifier les hauteurs de caisse à l’avant avec le blocage de la direction, du moins de manière significative. Pour ce faire, il était possible de tirer le meilleur parti d’une méthode appelée « tirant sur le montant », qui permettait essentiellement à la voiture de s’abaisser par rapport au sol en fonction de la direction.

Il s’agissait d’une mise en œuvre techniquement complexe sur laquelle je ne m’étendrai pas trop ici, mais elle avait des implications significatives en termes de force portante. Le fait de placer l’avant de la voiture plus bas par rapport au sol permet d’augmenter la force d’appui, ce qui est évidemment bénéfique pour une voiture de F1 dans les virages.

C’est quelque chose dont les suspensions à poussoirs peuvent tirer parti, et le fait d’utiliser une suspension à tirant à l’avant signifierait que les équipes perdraient cet effet puissant. Mais comme les changements de règles de 2022 ont essentiellement éliminé cet effet en limitant la variation de la hauteur de caisse en fonction de la direction, les suspensions à tirants n’étaient plus défavorables, pour cette raison en tout cas.

Des roues plus grandes et un châssis plus bas

L’introduction des nouveaux pneus Pirelli de 18 pouces est un autre changement de règlement qui a permis aux barres de traction de revenir en tant qu’agencement favorable de la suspension avant. Les pneus plus larges ont donné aux équipes plus de marge de manœuvre pour mettre en œuvre la suspension à barre de traction à l’avant des voitures, même si cela n’en fait pas nécessairement un avantage par rapport aux systèmes à poussoirs.

L’augmentation du diamètre des pneus de 660 mm à 720 mm et l’augmentation de la jante de 13 à 18 pouces signifient qu’il y avait un volume beaucoup plus important pour placer le porte-moyeu. Avant ces changements de règles, l’avant du châssis était trop haut pour qu’un système à tirants fonctionne bien, car l’angle entre le triangle supérieur et le châssis était presque horizontal.

Il n’y aurait donc eu pratiquement aucun mouvement, ce qui aurait rendu la structure inefficace. Mais la hauteur du châssis a été réduite de 625 mm en 2021 à 550 mm en 2022. Il s’agit d’une modification importante du règlement qui a rendu le système de suspension à tirants viable pour 2022 et les années suivantes.

Changements dans les règles de suspension

Un autre changement de règlement pour cette année est que tous les supports de suspension doivent désormais être à l’intérieur de la roue. Cela signifie que nous ne verrons plus tous les supports et toutes les fixations sortir de la roue, car cela a été interdit par le nouveau règlement afin de favoriser un flux d’air plus propre sur la voiture.

Tous ces changements de règles ont permis à l’utilisation d’une suspension à tige de traction de devenir peut-être plus favorable qu’elle ne l’était dans le passé. Cependant, ce n’est pas le cas pour toutes les équipes, et le choix d’une suspension à tirants par rapport à une suspension à poussants dépend en grande partie de la conception générale de la voiture et des données recueillies lors des essais en soufflerie et des tests CFD avant le début de la saison.

Suspension à poussoir ou à tirants : Quelle est la meilleure solution ?

La question de savoir si la suspension à poussoir ou à tirant est meilleure que l’autre dépend en grande partie de la façon dont le reste de la voiture est conçu. Si une voiture de F1 peut réaliser des gains aérodynamiques en utilisant l’une plutôt que l’autre, tout en atténuant les pertes, l’équipe choisira celle qui conduit à une voiture plus rapide lors de ses essais.

En fait, une équipe de F1 peut décider d’utiliser une suspension à tirants parce qu’elle lui donne un avantage aérodynamique sur une autre partie de la voiture, ou parce qu’elle peut tout emballer de manière plus compacte.

Le mot de la fin

En F1, les suspensions à tirants et à poussoir font le même travail : maintenir la voiture stable et les pneus en contact avec la piste. Cependant, elles permettent de mettre en œuvre des éléments de conception différents, l’option choisie par les équipes ayant un impact sur l’aérodynamique de la voiture.

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