Bases de la dynamique du véhicule

La dynamique du véhicule, comme son nom l'indique, est l'application de la dynamique des systèmes multicorps aux véhicules. Mais dans cette acception, il est d'usage de restreindre le mot véhicule aux véhicules automobiles terrestres non guidés. Ainsi, dans cet article, il ne sera question ni des véhicules ferroviaires, ni des aéronefs, même si ces derniers lorsqu'ils roulent sur la piste d'atterrissage entrent dans cette catégorie. Cela étant, cela ne signifie pas que certains aspects théoriques ne soient pas voisins et que la forme des équations ne soit pas semblable, il suffit de se référer aux équations de la dynamique du vol par exemple.

Si l'on revient à la définition, application de la dynamique des systèmes multicorps, on comprend qu'il faudra suivre la logique de cette discipline, à savoir faire un modèle cinématique multicorps du véhicule, le paramétrer, être capable de calculer les éléments de cinétique, mais surtout déterminer les actions mécaniques extérieures agissant sur le système. Ce dernier point revient à être capable d'exprimer ces actions en fonctions des paramètres en utilisant des modèles théoriques et/ou expérimentaux.

Depuis quelques années, une nouvelle direction appelée « contrôle global châssis » fait son apparition en dynamique du véhicule, elle trouve son origine dans l'introduction des « aides à la conduite ». Ces aides, utilisant les données de capteurs situés dans le véhicule et les résultats de simulation, issus de la modélisation du véhicule agissent sur les actionneurs – freins, direction, suspensions, etc. – afin d'aider le conducteur dans des situations délicates. Le choix des actionneurs, l'ordre, la durée, l'intensité de leur intervention, la prise en compte de la dynamique propre de chacun des actionneurs requièrent différents niveaux de modélisation du véhicule associés à des démarches utilisées en automatique couplées à des techniques de contrôle optimal.

L'article, qui se focalisera uniquement sur les bases de la dynamique du véhicule, comportera deux parties.

La première partie donnera les équations générales de la dynamique externe des véhicules. Pour ce faire, la première section sera consacrée à la cinématique en roues indéformables ; l'étude du pneumatique à la section 2 nous permettra d'introduire, dans la section 3, les spécificités de cet élément déformable dans la cinématique. La section 4 sera consacrée aux principaux résultats de l'aérodynamique appliqués à l'automobile. Enfin, à la section 5, les équations de la dynamique seront écrites en toute généralité dont on déduira les équations relatives au modèle lacet-dérive et au modèle de roulis.

Dans la seconde partie (à paraître), sera abordé le développement de ces deux modèles ainsi qu'un aperçu sur le « contrôle global châssis ». Les sections 1 et 2 seront consacrées au modèle lacet-dérive par l'étude du mouvement stationnaire, sa stabilité et les mouvements transitoires autour du mouvement stationnaire. Dans la section 4 sera étudié le mouvement de roulis avec une démarche similaire aux sections 1 et 2. Auparavant, dans la section 3, le moment anti-roulis sera calculé à partir des actions intérieures (ressorts, amortisseurs, barres anti-roulis). Dans la section 5, il sera fait état de quelques travaux de recherche menés sur le « contrôle global châssis ».

Nous utiliserons les notations explicitées dans [A 1 661] ; de même, le lecteur pourra s'y reporter pour tous les éléments théoriques dont il aurait besoin tant en cinématique qu'en dynamique.