CAR&D

Hommages

L'écrit a permis à la connaissance de voyager, se transmettre et ainsi de s'accumuler. Les moyens modernes (publications scientifiques, système des brevets, benchmarking, ...) ont accéléré ce phénomène au delà de la mémoire d'un homme ou d'une équipe.

La R&D technique est donc le plus souvent incrémentale, et s'appuie beaucoup sur l'acquis, notamment pour limiter les risques et donc permettre les investissements.

Cette page est un hommage à ceux qui ont su écrire des pages de l'histoire de la technique ; en introduction, citons celui qui a le mieux énoncé cette déférence, Bernard de Chartres en 1120 : « Nous sommes des nains juchés sur les épaules de géants. Nous voyons ainsi davantage et plus loin qu'eux, non parce que notre vue est plus aiguë ou notre taille plus haute, mais parce qu'ils nous portent en l'air et nous élèvent de toute leur hauteur gigantesque. »

wheel history

Qui a inventé la roue et à partir de quoi ?

  • comme évolution du tour du potier, un des premiers et fondamental carry-over ?
  • et/ou comme évolution"step-by-step" du roulage sur un tronc d'arbre ?

Certains historiens situent l'invention de la roue en Pologne grâce au Pot de Bronocice, à la fois première céramique et premier dessin de chariot, daté au carbone 14 à -3500.

pot de bronocice

La plus ancienne roue datée de -3100 a été retrouvée dans un marais près de Lubjiana, photo ci-contre.

Les plus anciens chariots retrouvés proviennent de la culture Cucuteni-Tripolye (Ukraine, Roumanie) (-3000).

Mais dans la détermination de l'étiquette "premier", les conditions de conservation (acidité du sol, facilité au pillage) jouent un rôle aussi important que la créativité !

premiere rouepremier essieu

L'étandard d'Ur représente des chariots et la Roue de Sumer en -2600.

chariot d'UR

La roue et le chariot évoluent vers -2000 notamment dans la culture Andronovo, mais aussi en Inde, en Chine et en Norvège lorsque apparaissent les rayons séparés, la métallurgie du bronze pour les paliers et le cheval pour la propulsion.

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Les chars jouent alors un rôle de première importance dans les guerres, par exemple la bataille de Quadesh en -1271 opposa les 5500 chars de Ramsés II et de la coalition hittite.

Roue de Sumer.jpg

En Asie, des chars de la dynastie Yin (-1600 à -1046) ont été retrouvés, caractérisés par des grandes roues et de nombreux rayons et un carrossage prononcé.

La découverte de la fonderie d'acier en -500 a permis la réalisation de roulement performant.

Yin cart.jpg

suspension

La jante monobloc en acier et l'essieu fixe apparaissent vers -1000 dans la civilisation celtique de Hallstatt (premier age du fer).

Vers -500, les Gaulois ont la coutume (par exemple 150 tombes en Champagne) d'enterrer leurs chefs sur leurs chars de guerre, le plus souvent à 2 roues, parfois à 4 roues avec direction et suspension comme à la Tombe de Vix, renfermant les restes d'une reine-prêtresse portant un diadème en or pur.

Le mot français char et les mots anglais car, cart et chariot viennent via le latin carrum, du gaulois karros.

L'historien latin Tacite dans les Annales XIV, 35 de 110 ap JC et Jules Cesar dans La guerre des Gaules décrivent le char celte avec suspension, plus confortable.

Vous pouvez reconstituer le chariot de Wetwang (Yorkshire) grâce à la BBC.

Les Romains ont intégré cette invention et l'ont massivement diffusé à partir du 1er siècle dans tout l'empire, du char de Dejbjerg en Norvège conservé par les tourbières, à ceux d'Hispanie, de Thrace et de Pannonie.

Ci-contre, la reconstitution par Roering du char romain à 4 roues, qui comporte bien (contrairement à l'avis opposé qui a longtemps prévalu) direction, suspension et frein.

La suspension est réalisée sur chaque essieu par l'extension d'une double boucle transversale de lanières de cuir passant sous la caisse et suspendue à des passants en bronze à formes artistiques localisés en extension supérieure des essieux.

Le char suspendu de l'empereur Claude (41-54) lui permettait de jouer aux dames, celui de l'empereur Adrien (117-138) de jouer aux dés ! Suétone parle de Néron (37-68) : Jamais, dit-on, il ne voyageait avec moins de mille voitures !

On comprend d'où viennent les mots : Suspension, suspension, sospenzione, suspensión, RadAufängung.

Les romains se préoccupent également des routes, la Via Egnatia.

Via Egnatia

La suspension et la direction seront oubliées pendant le Moyen Age.

char romain steering Kozar

south pointing chariot

La ligne droite est le plus court chemin d'un point à un autre. Pour ne pas se perdre dans le grand Empire chinois avant l'invention de la boussole magnétique, le chariot pointant toujours le sud a été construit par l'ingénieur mécanicien Ma Jun pour le roi Ming de Wei (aussi appelé Yuanzhong et Cao Rui) en 237.

Ce chariot comporte un dispositif complet avec pignons différentiels et renvois d'angles, qui transforme la différence de vitesses de rotation des roues droite et gauche lors d'un virage, en vitesse de rotation de l'angle de lacet de la tourelle, ce qui permet à la statue de l'Empereur de toujours pointer le doigt vers une direction constante, le Sud!

Ma Jun a effectué ce travail pour arbitrer la controverse sur la réalité des légendes d'un tel chariot, datées de -1115 et -2634 ans. Ce dispositif a donc été au moins rêvé à ces deux dates !

Au passage Ma Jun a défini magistralement la démarche du démonstrateur par cette phrase : "Des arguments vides avec des mots ne peuvent en aucune manière se comparer avec un essai réel qui va montrer des résultats pratiques".

Cette invention sera à nouveau oubliée et reconstituée au moins deux fois, aux 6ème et 11ème siècles. Parfois l'histoire technique bégaie. La querelle sur la paternité du différentiel au 17ème siècle apparait ainsi bien dérisoire.

En occident, les mécanismes se développent en Grèce, par exemple le mécanisme d'Antikythera (daté -100) est une horloge astronomique fournissant les positions du soleil et de la lune. Il comporte 37 engrenages en bronze dont un système différentiel permettant de soustraire la vitesse angulaire de la lune de celle du soleil et donc de prévoir les éclipses. Basé sur les travaux d'Archimède, ce niveau de science et de technologie est restée inégalé jusqu'à la Renaissance.

Une reconstitution

Toute l'histoire et une réplique miniature

La Renaissance voit apparaitre de nombreux hommes brillants, associant la créativité, la technicité et le sens esthétique. Francesco di Giorgio Martini dessine en 1470 dans ses carnets un véhicule à 4 roues motrices et directrices, qui ne fonctionnerait pas selon Giancarlo Genta.

La bicyclette à chaine et le chariot de Léonard de Vinci déssinés dans son Codex Atlanticus de 1478 ont été reconstruites par Carlo Pedretti à l'Institut-Musée de l'Histoire de la Science de Florence en 2002.

La bicyclette a des pédales, une chaine, une géométrie moderne, au contraire des draisiennes et grand-bi du 19ème siècle ! Mais le plan serait un faux ! Si non e vero, e ben trovato !

Pas de contestation pour "le chariot" : on la remonte comme une montre pour une autonomie de 40 m. Les plans sont précis et détaillés, un frein est activable de l'extérieur, la roue arrière comporte une chasse négative, elle a certainement été réalisée et probablement utilisée pour les cha,gements de décors au théâtre.

Pour passer à la postérité, évitez le bois.

chariot Verbiest

En 1669, pour arbitrer les controverses scientifiques et religieuses notamment entre chamanes et jésuites, l'empereur de Chine Kangxi a organisé un concours de prédiction astronomique.

Le missionnaire jésuite belge Ferdinand Verbiest a donné les trois bonnes prédictions aux trois épreuves, principalement grâce à sa possession des tables rudolphines de Kepler de 1627, et fut déclaré vainqueur ; il a été nommé Président du Tribunal des Mathématiques. Le calendrier officiel a été réformé selon ses préconisations et le perdant du concours supplicié !

Il a alors réalisé des instruments d'astronomie et des canons en bronze qui ont été conservés, et en 1668 un mobile autopropulsé à vapeur de 65 cm. Notez la direction. Continuez d'éviter le bois.

Le plein sens de véhicule automobile est un engin autonome capable de transporter un être humain, ce qui disqualifie les mobiles précédents.

Fardier de Cugnot

Le premier serait le Fardier de Cugnot de 1769 peut-être inspiré par les plans de Verbiest, en lui ajoutant une machine à vapeur développée par Newcomen en 1711 pour le pompage des mines. Un couplage original de briques technologiques existantes est aussi de l'invention.

L'automobile n'avais pas de frein, ce qui a conduit au premier accident.

Pour passer à la postérité, misez sur les média : le premier accident d'automobile"

Et sur les prototypes, pensez aux freins.

Il n'y a pas d'invention sans technologie ; un des composants-clés de tous les mécanismes, le roulement à billes a permis de réduire les efforts passifs, de dépasser la charge et la vitesse d'un homme marchant et donc "d'améliorer la nature".

Les premiers roulements à billes furent inventés par les Celtes : des rouleaux en bois dur entre l'essieu et le moyeu des roues de leurs chars.

moyeu romain Roulement Dejbjerg

On a retrouvé en 1928 au fond du Lac Nemi près de Rome, en le vidant, deux bateaux énormes appartenant à l’empereur Caligula (-40), alors qu'ils ne sont cités par aucun écrit !

Regardez sur la photo de la découverte la taille des hommes : les bateaux mesurent plus de 70m !

Ils comportaient des roulements comportant des pièces en bois, bronze et cuivre.

Bien supérieur aux 30 m des drakkars et aux 25m de la Santa Maria, il faudra attendre la grande flotte de l'Amiral Zheng He (1405) pour dépasser cette taille.

Nemi.jpg

Ibn Firnas

Le Moyen-Age est une période moins féconde dans l'Europe chrétienne, mais la transmission des connaissances des sciences et techniques gréco-romaines et l'activité créatrice sont effectuées par Al-Andalus.

En 1485, Léonard de Vinci dessine des roulements à billes, tandis qu'en 1534, Benvenuto Cellini crée pour François 1er une statue pivotante de Jupiter à taille humaine en argent massif ; grâce à une butée à billes, un petit enfant pouvait la faire tourner.

Il est stratégique de pouvoir déterminer précisément sa position en mer, par exemple pour éviter les hauts-fonds signalés sur les cartes et les naufrages. L'Angleterre a lancé en 1714 un concours appelé "Longitude Act" pour une invention utilisable permettant une précision de position de 30 miles après un voyage de six semaines, doté d'une récompense "royale". En 1749, l'horloger autodidacte John Harrison dote son chronomètre maritime de 4 innovations dont le roulement à rouleaux, la précision permet de garder l'heure de départ le temps d'une traversée océanique, et donc la détermination de la longitude par comparaison avec les tables astronomiques établie pour Greenwich.

En 1780, est construite la première des butées à billes modernes pour supporter l'arbre principal du moulin à vent de Sprowston (Norwich), dont le toit et la voilure s'orientent au vent.

En 1794, le gallois Philip Vaughan dépose le tout premier brevet avec des billes roulant dans des gorges semi-circulaires supportant des charges radiales pour des essieux. La première machine à rectifier les billes de bois a été construite en 1883 par l'Allemand Friedrich Fischer qui fabriquait des machines à coudre.

En 1907, le suèdois Wingqvist invente les premiers roulements à billes auto-alignant et les commercialise pour les bicyclettes et automobiles.

En 1918, l'ingénieur américain Timken fit breveter le roulement à rouleaux coniques.

En 1922 le roulement à aiguilles est breveté par Hoffman-Nadella en Allemagne.

La majorité des premiers véhicules a 2 ou 3 roues, sans suspension, avec un train avant directeur et un train arrière moteur, parce que les 4 problèmes fondamentaux à résoudre pour faire un véhicule 4 roues complet ne seront résolus que un par un.

Pour en savoir plus, une classification des architectures de liaison au sol.

Problème fondamental n°1 : l'engrenage différentiel pour un train à 2 roues motrices.

Comprendre le différentiel en 9 minutes :

Didier Mahistre rapporte dans son ouvrage "100 ans de la moto en Isère" que Jacques de Vaucanson, horloger né à Grenoble, Compagnon du Tour de France, a présenté en 1748 au roi Louis XIV, rue de Charonne à Paris, une automobile à 4 roues motrices par engrenages comportant un différentiel et des rubans métalliques ; les 24 plans ainsi que ses différentes machines ont été transférés au Conservatoire des Arts et Métiers de Paris.

Onésiphore Pecqueur, Chef des Ateliers du même conservatoire, brevette le différentiel en 1827, mais a également été un inventeur prolifique : au delà du différentiel, son véhicule de 1828 comportait aussi un moteur à vapeur dont le principe est toujours utilisé, une direction à double pivot et des réducteurs épicycloïdaux dans les roues !

pecqueurpecqueur2

Problème fondamental n°2 : la géométrie d'un train directeur à deux roues.

Pour un véhicule à 4 roues, la direction est impérative. La "cheville ouvrière" est un pivot central de l'ensemble timon-essieu sur le châssis, utilisé depuis l'empire romain jusqu'au 19è siècle.

L'utilisation urbaine nécessitant un angle de braquage maximum élevé, cette solution conduit à un grand balayage des roues et une faible habitabilité.

Cheville Ouvriere

L'essieu à double pivot et braquage individualisé place chaque roue sur la tangente à la trajectoire.

Breveté en 1818 par le bavarois Georg Lankensperger et son agent de brevet Ackermann, il aurait été réalisé en 1758 par Erasmus Darwin, grand père de Charles, et encore plus tôt en 1714 par le français Du Quet.

La géométrie de Jeantaud (orientation des leviers de direction vers le milieu de l'essieu AR) réalise cette condition, propriété énoncée en 1878.

Elle ouvre le développement industriel des 4 roues, par exemple le brevet mondial DRP 73515 de 1893 de Carl Benz "vehicle steering device with steering circles to be tangentially positioned in relation to the wheels".

Ackermann

Un autre grand inventeur est Amédée Bollée père, ses véhicules à vapeur dénommés l'Obéissante, La Mancelle, La Rapide, la Nouvelle, construites en petite série de 1872 à 1881, comportent de nombreuses inventions suffisamment avant-gardiste pour être très longtemps utilisées, par exemple la suspension avant à roues indépendantes à double lame transversale, encore utilisée chez MB en 1950. En fait c'est la première suspension à roues indépendantes, ce qui veut dire que les roues ne sont reliées que par un élément élastique.

Pour en savoir plus sur la classification des architectures de liaison au sol.

Source la rubrique "Historic Corner" de la Newsletter de EAEC European Automobile Engineers Cooperation.

bollee suspension

brevet Thomson

La vulcanisation du caoutchouc (addition de soufre pour rendre non collant et cuisson) a été "inventée" par Charles Goodyear en 1839, mais elle était déjà utilisée depuis des siècles par les civilisations américaines pré-colombiennes pour la fabrication de balles de jeu et des chaussures.

En 1887, le vétérinaire écossais John Boyd Dunlop entoure les roues du tricycle de son fils avec un boudin de caoutchouc gonflé à l'air. Son brevet est cependant invalidé du fait du brevet précédent de l'écossais R.W.Thomson en 1845, ci-contre.

La production industrielle commence à Belfast en 1890.

La roue élastique reste une concurrente redoutable du pneumatique pendant quelques décennies, image extraite de Giancarlo Genta, Motor vehicle dynamics, World Scientific. feuilletable ci-contre.

elastic wheel_Genta

Cette solution revient au 21ème siècle avec Tweel et Airless de Michelin.

draisienne

Selon l'américain G.T.Goddard dans son livre "Velocipede, its history..." de 1869 et Axel Josephsson dans "Bicycles and Tricycles" de 1902, l'ancêtre du vélocipède a été présenté place Louis XV (devenue de la Concorde) en 1779 par ses inventeurs MM Blanchard et Magurier, fait relaté dans le Petit Journal du 27 juillet 1779 qui décrit son système de direction en forme d'aile d'aigle.

La plus grande éruption enregistrée dans l'histoire, celle du volcan indonésien Tambora en 1815 a induit en Europe, Asie et Amérique une météo désastreuse en 1816, connue comme l'année sans été, les chevaux souffraient de famine ou étaient tués pour la nourriture.

Comme l'a montré Hans-Erhard Lessing dans son livre "Karl Drais - deux roues à la place de quatre sabots", pour palier le manque de chevaux, le baron allemand Karl Drais invente le vélocipède en 1817. Les cyclistes empruntant les trottoirs, mettent en péril les piétons ; le vélocipède est interdit pour des décennies en Allemagne, Angleterre, Amérique. Il se répand dans un deuxième temps rapidement en Europe au point de créer des courses (1867).

Là encore, l'évolution est incrémentale et à plusieurs cerveaux :

  • L’addition des pédales sur la roue avant par le parisien Michaux en 1861 marque la naissance de la bicyclette.
  • La croissance de la roue avant permet d'allonger la transmission et d'augmenter la vitesse, ce qui amène au Grand Bi.
  • La transmission à la roue arrière par bielles (McMillan, 1839, et/ou Alexandre Lefebvre 1843, musée de l'histoire de San Jose)
  • La chaine est d'abord appliquée sur la roue avant (Rousseau 1875) puis sur l'arrière : Meyer et Guilmet en 1869 ; elle multiplie la vitesse angulaire du pédalier ; l'allongement de la transmission augmente la vitesse et permet donc indirectement le retour à une roue avant de taille normale, permettant de poser les pieds par terre.
  • C'est le "Safety Bicycle" de la compagnie Rover inventé par Starley en 1885, qui comporte un angle de chasse, repris pour l'automobile en 1896.
  • Les améliorations importantes sont rapides : le cadre en métal, les pneumatiques, les tubes de fourche creux en étui de sabre, etc.
  • Ensuite, les inventions seront mineures. Ici une bonne synthèse.

Richard Klein historical bike

perreaux 1868

Les Deux-Roues sont la base la plus simple et la plus légère pour expérimenter des moteurs. Louis-Guillaume Perreaux fabrique en 1868 une moto sur un cadre de grand-bi.

Noter la motorisation "hybride" et la transmission "toutes roues motrices" du véhicule.

Certains considèrent le suisse Isaac de Rivaz comme le père de l'Automobile vers 1800, notamment par son travail sur les moteurs à explosion.

motodaimler1885

En 1885, Gottfried Daimler installe un moteur sur un deux-roues à châssis en bois pour l'expérimenter sans avoir à résoudre les problèmes fondamentaux. Le pragmatisme...

millet 1888

La moto de Millet de 1888, 5 cylindres en étoile dans la roue arrière.

1894_Hildebrand

La moto de Hildebrand et Wolfmuller de 1894, bicylindre à plat, 4 temps, transmission par bielles.

La compétition est forte, entre les inventeurs, entre les industriels, et entre les états revendiquant la primauté.

Le tricycle électrique de Gustave Trouvé de 1881 eput prétendre à ce titre.

Le tricycle de Carl Benz de 1885 de 0.9 cv, objet du brevet DRP 37435 du 29 janvier 1886, est considéré par certains comme la première véritable automobile, car à moteur thermique (par opposition aux moteurs à vapeur et électrique) et entièrement conçue comme un tout.

Comparaison des deux rivaux effectuée dans l'excellente rubrique "Historic Corner" de la Newsletter 02 de 2010 de EAEC European Automobile Engineers Cooperation.

tricycle

La célèbre et électrique Lohner-Porsche de 1900 dénommée la Toujours Contente était équipée de moteurs-roues à l'avant.

Elle évolua en passant aux 4 roues Motrices pour augmenter l'aptitude aux pentes avec les 1.8t de batterie au plomb et ensuite avec l'ajout d'un moteur thermique augmenter l'autonomie. C'est donc la première hybride-série.

Le moteur-roue permet de simplifier la transmission et de résoudre la compatibilité transmission suspension.

porsche motor wheel

Lohner-Porsche

On trouve ici un historique intéressant des 4 roues motrices aux USA au début du 20ème siècle.

Krebs

A partir de 1896, Arthur Krebs invente en grande partie comme directeur général de Panhard-Levassor de nombreux dispositifs indispensables :

  • le train avant avec chasse (voir ci contre)
  • le volant
  • la direction non réversible
  • l'amortisseur hydraulique progressif
  • l'accouplement élastique de transmission Flector
  • l'embrayage multidisque
  • la membrane automatique du carburateur
  • le frein électrique pour banc d'essai moteur
  • le différentiel à vis sans fin
  • l'équilibrage des moteurs 4 cylindres
  • la suspension des moteurs en 3 points
  • la boite de vitesses électro-magnétique
  • sans oublier des inventions notables pour les sous-marins et dirigeables...
  • il a participé à de nombreuses études de véhicules, dont le tracteur Chatillon-Panhard de 1911, à 4 roues motrices et directrices.
  • il fut un des acteurs du procès SELDEN à New-York (1905-1911) aux cotés d'Henry Ford sur la validité des brevets,
  • enfin il a inspiré Jules Verne pour son personnage de Robur le conquérant.

Problème fondamental n°3 : la compatibilité des 3 fonctions : direction transmission suspension

Une fois ces trois fonctions élémentaires matérialisées par des solutions technologiques viables, la problématique restante est leur compatibilité cinématique et leurs intégrations, qui est toujours l'objet de la liaison au sol.

Comme la direction est plutot sur le train avant, la Traction Avant nécessite de résoudre la triple compatibilité Direction Transmission Suspension, ce qui explique que cette solution technologique ait été retardée (Tucker, Tracta, Citroen) pour privilégier l'architecture avec la séparation direction avant et transmission arrière, indépendamment de ses mérites.

Jamais-Contente

La Jamais Contente, première voiture à 100 km/h en 1901, électrique, à essieu rigide à 2 moteurs, reconstitution par Venturi au Mondial 2010.

/hippo_1905

30 passagers avec deux chevaux, et 40 avec 3, belles performances énergétiques pour le tram parisien hippomobile vers 1905.

/souvestre

Pierre Souvestre écrit en 1907 une magnifique "histoire de l'Automobile" de 800 pages.

Jumella

Ladies first ! La moto parisienne La Jumella de 1922, avec suspensions à bras tiré et poussé, amortisseurs AV/AR, direction ?

Megola

La moto allemande Megola de 1923 aussi intéressante par son esthétique et sa technique (moteur-roue à 5 cylindres en étoile inspiré par l'aéronautique dans la roue avant) qu'inadaptée.

Wallas 1926

La moto américaine de George Wallas de 1926 avec suspension avant à double triangle superposé.

Problème n°4 : comprendre et modéliser la dynamique des véhicules.

Selon Jean-Pierre Brossard la première réflexion sur les problèmes de stabilité a été pour la théorie du navire, et des méthodes d'analyse ont été trouvées par Archimède, Euler, Bouguer, Dupin.

Le premier texte de dynamique du véhicule routier est du à Gustave Coriolis [1835] Sur la stabilité des voitures, avec application aux messageries de France. Journal de l'École Polytechnique, 1835. analysant la condition de renversement sur un sol en dévers de diligences à impériale utilisées par les messageries .

Dans la période moderne, les théories ont été formalisées pour les véhicules dont les problèmes sont plus immédiats, la bicyclette et l'avion :

  • A la suite du premier vol des frères Wright en 1903, les théoriciens analysent et la première formalisation de la théorie du vol est due à G. H. Bryan en 1910.
  • La théorie s'intéresse aussi au shimmy, pour lequel la dérive du pneu est essentielle.
  • Pour la bicyclette, la chute latérale fait pratiquement partie de la condition humaine. Son analyse est détaillée ci-dessous.

Carvallo

Cyprien Chateau publie dans "la Nature, revue des Sciences et de leurs applications aux arts et industries" du 5 novembre 1892, une analyse de la stabilité des vélos intitulé "Vélocipédie, de l'aplomb dans les bicycles".

Le prix Fourneyron, d'une valeur de 1000 francs (équivalent 2011 environ 4000¤), est décerné deux fois par an par l'Académie des Sciences Française. En 1897, le sujet est "la théorie du mouvement et en particulier les conditions de stabilité des vélocipèdes". Ceci va mobiliser pendant 10 ans les esprits les plus brillants : Carlo Bourlet, Joseph Boussinesq, Henri Bouasse, Léauté, Paul Appell, Archibald Sharp, Jacob et Francis Whipple.

Emmanuel Carvallo publie la "Théorie du mouvement du monocycle et de la bicyclette" en 200 pages qui lui vaut le 2ème prix, dans lequel il formule la règle d'or de la géométrie de la direction des Deux Roues (ci-contre), dont on parle toujours un siècle plus tard !

La soif de connaissances retombe pour quelques décennies, jusqu'à ce que l'ordinateur permette des analyses plus faciles et plus complètes que les discussions des conditions littérales de stabilité.

On trouvera un historique précis et documenté sur les modèles dynamiques de Deux Roues.

On trouvera ici un comparatif scientifique des équations de ces modèles dynamiques.

Pour les automobiles, la compréhension du rôle des pneumatique est fondamentale.

La compréhension du concept de dérive est due à Brouilhet (Peugeot) en 1925, une analyse de son rôle à Becker, Fromm et Maruhn en 1931.

Maurice Olley à General Motors invente les mots "understeer" et "oversteer" la notion de vitesse critique en 1937, tandis que Evans à Goodyear publie la première caractérisation des propriétés de guidage des pneus mesurées sur banc d'essai en 1935.

Les modèles à deux degrés de liberté dérive-lacet, très mal nommés "modèle bicyclette", aboutissent à une équation caractéristique du deuxième degré, analogue à celle de la stabilité longitudinale des avions. La rigidité de dérive des pneus y remplace les gradients de portance des ailes et empennages. Les premiers modèles seraient dus en France à Yves Rocard (le père de), de Sèze (1937), Gratzmuller (1942), Julien (1948), aux USA à Evans et Olley, en Allemagne à , en Angleterre à Sharp.

Les modèles à trois degrés de liberté introduisent le roulis ; les premiers sont dus à William (Bill) Milliken, Léonard Segel et David Whitcomb, issus de l'aéronautique où de tels modèles existaient, travaillant au Cornell Aeronautical Laboratory à Buffalo en lien avec GM ; ils ont été présentés dans trois papiers à Londres en 1956, car la SAE américaine les avait refusé ! Les calculs étaient effectués sur micro-ordinateur, comportaient des aspects qualitatifs, quantitatifs, des validations par rapport à des essais réels (jusqu'à 0.3g) et fondent la dynamique automobile moderne.

La suite sera le perfectionnement de ces modèles, mais surtout la prise en compte de la non-linéarité fondamentale qu'est la limite d'adhérence : non, il ne suffit pas de tourner le volant 4 fois plus pour passer deux fois plus vite dans un virage !

La Dymaxion de Bucky Fuller en 1933 : belle performance énergétique pour 11 passagers avec une consommation de 12 l/100 km à 113 km/h, et une vitesse maxi de 190 km/h.

Seulement 1043kg, Carrosserie Teardrop, un joli carry-over avec le montage d'un moteur Ford V8 de 85 cv avec son transaxle et l'essieu arrière, mais à l'envers, moteur à l'arrière et train arrière à l'avant, donc traction avant mais non directeur, so far, so good.

Train arrière à 1 roue directrice braquant à 180°, commandée par un système de cables et poulies avec une démultiplication de 30 et pas d'angle de chasse ! Trop d'erreurs.

La stabilité était très mauvaise, mais peut-on en vouloir à un architecte américain inspiré de ne pas connaitre les fondamentaux de la dynamique automobile qui n'étaient pas encore codifiée ?

DymaxionDymaxion

La Tatra T77 de 1938, 6 places, 150 km/h, la voiture la plus avancée de son temps, conçue par l'ingénieur autrichien Hans Ledwinka.

Un moteur 3.4l V8 à culasse hémisphérique, pompe à carter sec, refroidissement à air, développant 60 cv à 3500 t/min en position porte-à-faux arrière.

Carrosserie dessinée par Paul Jaray, pare-brise en trois parties, avec Cx de 0.212

Suspension indépendantes sur les 4 roues,à demi-essieu oscillant pour le train arrière moteur.

La justice a considéré en 1961 que Ferdinand Porsche s'en était trop inspiré pour le dessin de la Coccinelle.

Image credit: © Conceptcarz.com

Tatra

McPherson

la suspension MacPherson : un des noms les plus cités depuis son brevet de 1949, ingénieur chez Chevrolet où il développa la Cadet, jamais sortie car trop chère, puis chez Ford USA, la première application en série est sur la Ford française Vedette.

50 ans de succès, la simplification à l’extrême, le repoussoir des puristes.

Pour des raisons analogues, la fourche télescopique avant des motos est décriée, tout en équipant 99.9% des motos.

"La perfection est atteinte, non pas lorsqu’il n’y a plus rien à ajouter, mais lorsqu’il n’y a plus rien à retirer" dit Antoine de Saint-Exupéry. Sauf si l'on n'atteint pas les performances visées.

Messer

En 1953, Messerschmitt développe le KR175, un trois roues moderne, deux places en tandem, atteignant 130 km/h avec 13 cv.

hexapode

L'ingénieur anglais Eric Gough de Dunlop contruisit en 1955 un hexapode comme banc d'essai de pneumatiques, sans publier ; cet hexapode est aussi appelé manipulateur parallèle ou plateforme de Steward-Gough, en se référant à la description théorique qu'en a fait Steward 10 ans plus tard.

Entre deux solides définis chacun par un triangle, il autorise 6 Degrés de Liberté avec 6 vérins. Animation.

Sa forme octaedrique est connue depuis l'antiquité comme Solide de Platon. Sa simplicité indépassable l'a rendu très utilisé pour les simulateurs de vol et de conduite. Une histoire typique des inventions mécaniques modernes ?

L'engrenage Harmonic Drive a été inventé par Walter Musser en 1955 et appliqué à l'Apollo Lunar Rover, comme réducteur de roue à grand rapport, léger, compact et sans jeu.

L'invention est diabolique de simplicité.

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La DS Citröen est présentée au Salon de l'Automobile de Paris en 1955. Elle est révolutionnaire :

  • traction avant très aérodynamique,
  • moteur longitudinal en porte-à-faux avant, 65% du poids sur l'avant à vide,
  • la suspension hydropneumatique avec rétablissement d'assiette extrêmement douce,
  • la direction assistée hydraulique,
  • la commande hydraulique de la boite de vitesses,
  • les freins à disques à l'avant avec une forte assistance,
  • la géométrie de direction à pivot dans l'axe de symétrie de la roue annulant les réactions de direction

Elle va déchainer les passions.

mini

La conception de la Mini d'Alec Isigonis de 1957 permet de loger 4 passagers dans 3.05m et 600 kg, ce qui est resté longtemps insurpassé. Les petites voitures économiques (Coccinelle, 2cv, R4, Fiat 500) ont 4 places, sont produites en très grande série et font disparaitre les Trois Roues.

En 1974, l'Audi 50 comporte deux innovations majeures pour améliorer le comportement routier des Tractions :

  • le déport au sol négatif du train avant, qui stabilise le freinage sur adhérence asymétrique,
  • l'essieu de torsion arrière, qui donne un fort antiroulis et améliore donc la motricité.

audi2audi

Trautwein

A partir de 1984, l'ingénieur allemand Trautwein développe pour Piaggio des véhicules à Trois Roues Inclinables, précurseur des MP3.

Ecomobile

L'Ecomobile est un deux-roues avec une carrosserie fermée inspirée du "Tear Drop" du constructeur suisse Peraves ; il offre depuis les années 1980 les performances d'une Porsche (moteur BMW flat twin turbo) pour la consommation d'une Twingo, grâce à un poids contenu (460kg) et une aérodynamique record (S.Cx=0.18 dans la nouvelle version Monotracer)

moteur roue scooter

Un exemple d'intégration audacieux, le moteur de scooter et sa transmission par CVT à courroie en bras de suspension.

ducati

Un exemple d'intégration moteur-châssis par Ducati, particulièrement réussi et esthétique.

L'ESP (Electronic Stability Program) a été inventé par Anton Van Zanten en 1994 pour Bosch. Il déclenche un freinage unilatéral donnant un effet directionnel très efficace en cas de dérapage, ce qui permet de réduire les pertes de contrôles. Il est de plus un add-on très raisonnable par rapport au système ABS précèdent.

Je parie sur la pratique de la luge par le petit Anton.

Histoire de la voiture électrique Française, INA 1998

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Le Segway électrique à contrôle actif

Nouveau mobile uni-personnel après le vélo, le patin à roulettes et la patinette

Génial et sur-complexe

La réponse de Honda au Segway, très ingénieux !

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Le bus emjambeur de Pékin de 1400 passagers. Audacieux !

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