Le chassis, la pièce maîtresse
Pour simplifier, le châssis d'une Formule 1 est le fond plat (fig. 1), pièce ayant deux rôles principaux à tenir. Premier rôle, il reçoit l'ensemble bloc moteur transmission à l'arrière de la F1, et à l'avant le siège baquet du pilote. Ensuite il assure la tenue de route de la voiture grâce à ses dimensions générales, longueur, largeur et surtout la voie du train arrière.
Figure 1 - Le châssis et son emplacement sur la Ferrari F1 2001
Durant une saison c'est le châssis qui reçoit le plus d'attentions de la part des ingénieurs. Une fois la voiture validée pour le début du championnat, seul un châssis quelque peu modifié fera la différence sur les différentes configurations des circuits. De plus depuis ces deux dernières années, la conception d'un châssis se fait en même temps que le moteur. Par exemple Renault avec son moteur à 111° a dû concevoir le châssis en conséquence. Aujourd'hui il semble que la symbiose châssis moteur soit la clef du succès.
La voiture doit à chaque instant assurer une accélération maximale tout en gardant une direction optimale. La gestion de la puissance délivrée par le train arrière, l'aérodynamique de la carrosserie, le grip des pneumatiques, les transferts de poids engendrés par les déplacements des liquides embarqués et le corps du pilote doivent être pris en compte par le châssis. C'est pourquoi Ferrari comme les autres écuries conçoivent plus d'un châssis par saison.
Ferrari n'a utilisé pas moins de neuf châssis en une saison, c'est dire l'importance de cet élément dans les performances des monoplaces.
Pour simplifier les données du problème, voilà à quoi doit répondre un châssis en action :
Figure 1.2 - Données du problème : Aller du point A au point B
Considérons un virage de 90° (Fig. 1.2), le pilote arrive à 150 Km/h et doit entrer dans le virage à 100 Km/h. Par rapport au repère les conditions initiales sont Vx = 100 et Vy = 0. Lorsque que la voiture est dirigée dans l'axe des X, l'angle de courbure est F = 0°. Après le virage la voiture a repris sa vitesse de 150 Km/h et les paramètres sont alors de Vx = 0, Vy = 100 et F = 90°.
Le pilote doit contrôler la voiture afin de suivre la trajectoire optimale dans le virage puis diriger la voiture dans l'axe idéal pour sortir du virage tout en conservant une vitesse maximum. Ceci peut ce faire en contrôlant à chaque instant vitesse et accélération, c'est-à-dire passer de Vx = 100 et Vy = 0 à Vx = 0 et Vy = 100 et gérer les forces latérales et longitudinales générées par les capacités de la voiture à virer à 90°.
Seule l'assistance électronique permet de pousser la voiture vers ses limites. Il se base sur les vibrations crées par les pneumatiques en Hertz lors du déport des charges. Mécaniquement on atteindra un moment de torsion maximum qui signifiera qu'il faut corriger la trajectoire du train avant.
Plusieurs paramètres vont rentrer en jeu dans la détermination de la structure du châssis :
Le centre de gravité :
- position avant et arrière
- le poids
- variation de la charge d'essence
Le moment d'inertie :
- déportement
- roulis et tangage
La distribution des forces aérodynamiques :
- variation de la hauteur de caisse, avant et arrière
- variation du déportement et du roulis
La rigidité de l'ensemble :
- variation des charges verticales
Un paramètre facile à modifier est la position du centre de gravité. Pour l'amener le plus bas possible, il faut rajouter du lest au fond du châssis.
Figure 1.3 - Du lest peut être rajouté à l'avant du châssis
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