[Technique] Le châssis du Porsche Cayenne

[Invité §kpi458zR]

Porsche construit des voitures de sport, agiles et précises, qui procurent une bonne dose de plaisir au volant…

Ceci est valable aussi pour le Cayenne.

Je vais tenter de vous expliquer comment le pari relatif au développement du châssis a pu être gagné.

 

 

1 Introduction.

 

La conception d’un tel châssis relève de la gageure, tellement les objectifs sont antinomiques. En effet, les contraintes imposées par la conduite sportive sur route et par le mode tout-terrain ou tout-chemin sont souvent radicalement opposées.

On retrouve pourtant dans le Cayenne un comportement routier, un plaisir de conduite, un haut niveau de sécurité, un freinage puissant, un grand confort et un degré d’utilisation quotidienne dignes d’une Porsche.

De même, le mode tout-terrain offre une capacité de franchissement étonnante, une motricité hors-pair et un pilotage aisé.

 

La raison ? A côté des modules traditionnels tels que suspensions de roues indépendantes, freins, jantes et pneumatiques, direction assistée, stabilisateur d’assiette ainsi que conception et réglages du châssis, sont apparus de nouveaux systèmes. On peut y trouver :

 

o amortissement pneumatique avec régulation de niveau,

o suspension régulée PASM (Porsche Active Suspension Management),

o stabilisateurs enclenchables,

o pneus d’été spécifiques en indice Y,

o pneus tout-terrain,

o système d’assistance pour le mode tout-terrain,

o et un système 4 roues motrices spécialement étudié et équipé du PTM (Porsche Traction Management).

 

La tâche principale qui incombait à l’équipe projet, et donc la difficulté majeure par la même occasion, consistait à interfacer ces systèmes et modules, afin d’obtenir un comportement optimal dans toutes les situations.

 

2. Interfaces

 

2.1 Système de direction.

 

Au premier plan des contraintes figuraient : haut niveau de sécurité active et passive, excellentes remontées d’infos sur la qualité du contact roues/sol, réponse directe et fine, grande agilité et maniabilité sur route et en tout-terrain, faible rayon de braquage avec le minimum de rotation de butée à butée.

A noter : l’ensemble de la plate-forme Colorado (Cayenne+Touareg) est équipée d’un même système de direction unique.

 

Comme sur les voitures de sport Porsche, le système retenu est une crémaillère à assistance hydraulique. L’étonnante agilité du Cayenne provient de la démultiplication variable, et des lois spécifiques adoptées pour la valve. Ainsi, il suffit de 2,65 tours de butée à butée pour inverser le braquage des roues. Et le rayon de braquage n’est que de 11,9m. Ainsi, dans ce segment de véhicules, le Cayenne est devenu une référence en terme de maniabilité, lors de manœuvres de stationnement en particulier.

Afin d’améliorer le degré de confort, on a choisi une liaison élastique entre le système de direction et le berceau avant. L’utilisation d’une crémaillère creuse ainsi que d’un carter de direction en deux parties réalisées en fonderie d’aluminium, ont permis un allégement maximal du système.

 

2.2 Servotronic

 

L’utilisation du pilotage Servotronic permet une assistance variable de la direction, en fonction de la vitesse. Ce système remplit les contraintes imposées, à savoir une grande précision de guidage, grâce à un excellent feeling sur route, ainsi qu’un très haut niveau de sûreté et de sécurité à haute vitesse.

 

2.3 Colonne de direction

 

Les contraintes de sécurité passives ont entraîné l’utilisation de 3 cardans, en combinaison avec un élément de déformation, qui disperse l’énergie d’un choc sur une course de 70mm.

Je passe sur la version Turbo et son réglage électrique lui permettant de se rétracter lors de la montée dans le véhicule, ainsi qu’à la sortie…

 

2.4 Sélection des modes « Châssis »

 

Ceux qui ont pu essayer le Cayenne, ou qui ont pu monter à bord, auront constaté la présence du comodo de réglage sur la console centrale.

 

 

Les deux molettes ainsi que les 4 interrupteurs permettent de commander les différentes fonctions.

Lors de l’appui sur la grosse touche de gauche, le Cayenne se métamorphose en tout-terrain. Les stabilisateurs sont enclenchés, on peut choisir à l’aide de la molette gauche le type de blocage désiré : mode « taille basse », mode « blocage longitudinal » ou mode « blocage transversal ».

Les trois touches du milieu (PASM) permettent quant à elles, le choix de l’amortissement : « Confort », « Normal » ou « Sport ».

La hauteur de caisse peut être réglée manuellement à l’aide de la molette de droite.

 

 

3. Conception des trains roulants.

 

3.1 Train avant

 

http://kpitenflam.free.fr/matos/Colorado/Cayenne1.jpg

 

Il s’agit d’un train avant entièrement neuf, type multi-bras (doubles bras transversaux) avec berceau (faux-châssis). L’écartement important entre le bras supérieur et le bras inférieur permet un guidage précis de la roue, tout en limitant les efforts dans le roulement. Le châssis standard est équipé de ressorts acier, mais une jambe de force pneumatique peut être montée sans modification du train.

Le train avant est isolé de la caisse par le biais du berceau reposant sur cales élastiques. Ce dernier accueille également le différentiel avant, le démultiplicateur de direction, le stabilisateur ainsi que le bras inférieur.

 

 

 

La forme du berceau, ainsi que le coude de la traverse, permettent d’avoir un plancher plat et profond, laissant beaucoup d’espace pour les passagers avant. De plus, la capacité tout-terrain est favorisée par la compacité de cette conception.

Le différentiel avant ainsi que le système de direction étant au-dessus du berceau, ils sont protégés par ce dernier.

Cette conception de train avant permet en outre d’avoir une structure caisse « à plat », qui facilite la dispersion d’énergie et qui contribue ainsi à la sécurité passive.

 

 

 

Le train avant constitue un module de montage, car composé du berceau assemblé, du pivot de roue assemblé et de la coupelle d’amortisseur.

 

4.4.1 Les pièces constitutives du train avant.

 

 

Le plan inférieur (bras et barres), de conception robuste (pour le tout-terrain), est composé de pièces en fonderie d’acier. Les pièces du plan supérieur (bras et coupelle) sont réalisées en aluminium pour bénéficier d’un gain de poids.

Le pivot de roue avant, optimisé en fonction des contraintes de rigidité, constitue un sous-ensemble de montage avec le moyeu et le roulement de roue. La jambe de force en acier, c’est à dire l’amortisseur à double tube avec fourchette inférieure pour fixation sur le bras et le ressort acier, constitue également un sous-ensemble.

L’ensemble est protégé par un soufflet spécifique lors de la totalité du débattement de roue. Dans le cas de la version haut de gamme, les jambes de forces acier sont remplacées par des jambes de force pneumatiques à amortisseur intégré.

 

Le système de stabilisation, dont l’allègement a été optimisé grâce à l’utilisation de tubes à hautes caractéristiques mécaniques, comporte un rapport de démultiplication intéressant, et est fixé directement à la partie inférieure de la jambe de force, afin de minimiser les efforts latéraux. On obtient ainsi un comportement très sain, avec une prise de roulis négligeable. La fixation au berceau est accomplie par un support anti-bruit complet.

 

Le berceau en acier à hautes caractéristiques a été conçu et optimisé pour une utilisation tout-terrain maximale et pour une déformation maximale au crash. Le corps creux généré par le train avant assemblé augmente la rigidité de la structure de caisse et améliore encore la sensation de confort dans l’habitacle. Les tubes hydro-formés à déformation programmée qui composent les parties latérales du berceau contribuent à la sécurité passive.

 

4.2 Train arrière.

 

http://kpitenflam.free.fr/matos/Colorado/Cayenne2.jpg

 

Tout comme le train avant, le train arrière est d’une conception nouvelle.

Afin de restituer un comportement « à la Porsche » il a été décidé de concevoir un train arrière multi-bras relativement complexe.

 

Le train arrière est lié à la structure de caisse par le biais du berceau arrière, équipé de cales élastiques hydrauliques. Le berceau arrière, pièce centrale, recueille les bras transversaux supérieurs et inférieurs, ainsi que les tirants de chasse, le stabilisateur et le différentiel arrière. Les jambes de forces ne sont pas implantées de manière verticale, car il fallait garantir une largeur de chargement donnée, avec comme contrainte supplémentaire un plancher le plus bas possible (afin de diminuer la hauteur de chargement du coffre) ainsi qu’avec une course de ressorts d’amortisseurs maximisée.

Un avantage qui découle de cette construction, c’est la possibilité d’avoir une ligne de contraintes longitudinale la plus droite possible (c’est mieux en en cas de crash).

Du côté roue, la jambe de force est fixée au pivot arrière. Au sommet de l’édifice, une volumineuse traverse relie les 2 demi-trains et assure la liaison à la structure de caisse.

 

4.2.1 Les pièces constitutives du train arrière.

 

 

L’acier à hautes caractéristiques est utilisé ici aussi pour le berceau arrière. La structure consiste en deux tubes longitudinaux hydro-formés, qui reçoivent à leurs extrémités avant les cales élastiques, et qui soutiennent les bras grâce à des supports rapportés. La liaison transversale avant du berceau est assurée par un tube hydro-formé, qui reçoit en son milieu le différentiel arrière. La liaison transversale arrière est constituée par une coque en 2 parties mécano-soudées qui assure le positionnement de la partie arrière du différentiel, ainsi que la fixation des tirants. L’optimisation a consisté à obtenir le meilleur compromis rigidité/surface de plancher.

 

Afin de résister aux contraintes particulières liées à l’utilisation du véhicule en tout-terrain, il a été décidé d’utiliser des tôles d’acier plutôt que de l’aluminium, pour la réalisation des bras inférieurs et des tirants. Par contre, pour la zone des bras supérieur, totalement protégée, l’aluminium a été préféré. Le pivot arrière est réalisé en fonderie d’acier. Il supporte un roulement à rouleaux coniques fortement dimensionné, l’étrier de freins et le support d’étrier fixe.

 

Les éléments amortissant sont comme pour le train avant, des amortisseurs à tubes et des ressorts acier, ou des amortisseurs pneumatiques. La position inclinée de la jambe de force oblige par construction à intégrer une cloche pivotante dans la traverse. Cette fonction est assurée par une « balançoire » en aluminium. Afin d’obtenir un maximum de rigidité, la traverse est conçue en corps creux.

 

5. Réglages, optimisation vibratoire et acoustique.

 

Grâce à une liaison bien étudiée des trains roulants à la structure de caisse très rigide, on a pu éviter la transmission des vibrations vers la "peau" du véhicules, et éviter de se fait des phénomènes de résonnance. Ainsi, on a relié les berceaux avant et arrière aux longerons extrêmement rigides de la caisse avec une liaison élastique.

Les supports moteurs et la traverse support de boite sont vissés séparément et montés eux aussi sur cales élastiques. Les différentiels avant et arrière appliquent le même principe de fixation sur cales élastiques.

 

5.1 Fixation des berceaux.

 

Le berceau avant, qui est par construction une structure refermée, est lié à la carosserie par l'intermédiaire de 4 cales élastiques conventionnelles. Cette structure, dont la rigidité est optimisée au maximum, sert également de support au différentiel avant et à la direction, comme nous l'avons vu précédemment. L'isolation vibratoire est assurée par deux cales élastiques spécialement conçues pour limiter la transmission vibratoire et les à-coups au système de direction. Deux cales élastiques à bain d'huile implantées dans les bras inférieur procurent avec l'interface du berceau une isolation aux bruits de roulements, tout en permettant un bon confort lors des déports latéraux et des franchissemen d'inégalités de revêtements (nids de poule, cailloux, etc). De plus, le système est relativement tolérant vis-à-vis des défauts d'équilibrage des pneumatiques.

 

Le berceau arrière est relié à la structure de caisse par des cales élastiques à bain d'huile. Le règlage de l'élasticité longitudinale influe de manière positive sur le comportement sportif de l'ensemble en revêtements dégradés, tout en gommant les inégalités de la route. Le franchissement de bordures est aussi facilité. L'excellente isolation phonique du train arrière doit beaucoup à la traverse arrière très rigide, qui filtre de d'excellente manière les bruits de roulement.

 

 

 

 

J'en termine donc ici avec cette étude de la liaison au sol d'un véhicule prestigieux, qui est, quoi qu'on en dise, une superbe réussite technique.

[Invité §KAL330Vd]

 

Châpeau bas ! Très bel article , ou l´on voit que Porsche ne s´est pas contenté de sortir un SUV avec le blason de Stuttgart . Le Cayenne est une Porsche à part entière .

[Invité §tch742ll]

bravo pour ton article, c'est la folie un tel degré de perfection, le reve, mais pour moi ca risque d'etre dur d'etre accessible d'ici la il y aura des porches diesel.... pour dire.... jamais.....

[Invité §Kle600dQ]

Super , voilà qui fait plaisir en cette période de topics à la noix

[Invité §kpi458zR]

 

Première mise à jour

[Invité §Lor638nE]

Excellent article clair que ça fait plaisir

[Invité §djs551ns]

excellent

chapeau bas monsieur

[thedjfou]

Bel article

[Invité §Lor638nE]

 

Ca le mérite tout de même !

[Invité §Mig585jZ]

Châpeau bas ! Très bel article , ou l´on voit que Porsche ne s´est pas contenté de sortir un SUV avec le blason de Stuttgart . Le Cayenne est une Porsche à part entière .

 

 

Super boulot

[Invité §kro007yq]

Et concraitement ect ce qu'il y a des chronos effectués sur des cicuits pour comparé avec d'autre véhicule ?

 

En gros est ce que le Cayenne (S ?) se débrouille autrement que sur le papier, tient-il tête à d'autres GT ?

 

 

[Invité §Yoy524RY]

vraiment tres bien fait

 

euh ... j'ai fait un site qui parle d'automobile et il y a une section technique dedans ... est ce que ca te derangerai si je mettais ton article (avec tour les honneurs qui te seront du bien sur ) sur mon site ?

 

mon site

 

[Invité §nul801Sk]

Double Chevrons, c'est toi?

[Invité §Pop431Ym]

UN clone de Double Chevron et la !!!!

 

 

Respect a toi kptain

[Invité §nul801Sk]

UN clone de Double Chevron et la !!!!

 

 

Respect a toi kptain

grilled...

 

Bon il y a quand même une différence, DC faisait des sujets sur la techno Citron, qui est pas très up to date alors que kapitain...

[Invité §Pop431Ym]

Non pas grilled t'as mal orthographié son Nick

 

 

[Invité §BRZ670eg]

[Invité §N73857AC]

Bien super sympa comme topic. A lire tête reposé et plusieurs fois car c'est dense, mais vraiment intéressant

 

Merci K'ptain

[Invité §mik087Qe]

Une bagnole au prix d'un 3 pièces en banlieue, çà serait dommage que ce soit de la merde!

 

Sinon c'est toi qui l'a écrit? avec quelles sources? parce que çà sent un peu le publi-reportage!

[Invité §kpi458zR]

Et concraitement ect ce qu'il y a des chronos effectués sur des cicuits pour comparé avec d'autre véhicule ?

 

En gros est ce que le Cayenne (S ?) se débrouille autrement que sur le papier, tient-il tête à d'autres GT ?

Les testeurs de Porsche avec lesquels j'étais en contact sur ce projet tournaient sur la Nordschleife du Nürburgring en Cayenne S en 9min00 pile poil, et avec le Turbo en 8'40" environ.

 

Et sur le circuit d'Hockenheim en 1'20 - 1'22 (c'est à dire grosso modo 1 à 2 sec de plus que la Lotus Elise 111S et 1 sec de moins qu'un roadster TT ou une ITR)

 

Je rappelle que le Cayenne S pèse 2.245kg et le Turbo 2.355kg...

Pour comprendre ce que cela veut dire : pour freiner le Cayenne, il faut mettre en oeuvre 2,1 fois plus d'énergie que pour la Boxster

[Invité §kpi458zR]

Une bagnole au prix d'un 3 pièces en banlieue, çà serait dommage que ce soit de la merde!

 

Sinon c'est toi qui l'a écrit? avec quelles sources? parce que çà sent un peu le publi-reportage!

Disons que c'est la synthèse de 2,5 ans de dur labeur intensif avec des ingés Porsche

 

 

 

Peter Hass, Directeur des essais et Egon Verse, Directeur du Produit (c'est lui qui a commis la 959, victorieuse du Paris-Dakar en 1986) :

 

des gens formidables et passionnés, qui savent relever des défis a priori insurmontables

 

... et qui s'en donnent les moyens

 

[Invité §Yoy524RY]

vraiment tres bien fait

 

euh ... j'ai fait un site qui parle d'automobile et il y a une section technique dedans ... est ce que ca te derangerai si je mettais ton article (avec tour les honneurs qui te seront du bien sur ) sur mon site ?

 

mon site

 

je peux ou pas

 

[Invité §kpi458zR]

Sinon c'est toi qui l'a écrit?

Vi, c'est moi qui l'ai tapé avec mes gros doigts sur mon ordi à moi.

 

avec quelles sources? [/quotemsg] Ben avec les sources Porsche (images officielles Porsche) et mon expérience perso à moi de tous les jours pendant plus de 2 ans

 

parce que çà sent un peu le publi-reportage!

[/quotemsg] Normal , je suis assez fier d'y avoir apporté ma modeste contribution personnelle à moi de mon travail.

C'est un topic d'auto-félicitation en quelque sorte

 

Ca te pose un problème ?

 

 

 

[MasterLudo]

Et sur le circuit d'Hockenheim en 1'20 - 1'22 (c'est à dire grosso modo 1 à 2 sec de plus que la Lotus Elise 111S et 1 sec de moins qu'un roadster TT ou une ITR)

 

Pas mal du tout surtout quand on voit le tracé du circuit, y'a deux virages très lents. Par contre y'a aussi du droit hein, d'ailleurs j'aimerais bien entendre passer un S pied au plancher ça doit en souffler de l'air

[Invité §Lor638nE]

C'est clair

 

Voir un panzer arriver a 260 km/h dans son rétro ça doit faire sa petite impression

[Invité §kpi458zR]

 

Mise à jour : rajout des photos perso.

 

Bonne lecture !

 

[Invité §mik087Qe]

Vi, c'est moi qui l'ai tapé avec mes gros doigts sur mon ordi à moi.

 

Bien!

 

Ben avec les sources Porsche (images officielles Porsche) et mon expérience perso à moi de tous les jours pendant plus de 2 ans

 

Enorme travail!

 

Normal , je suis assez fier d'y avoir apporté ma modeste contribution personnelle à moi de mon travail.

C'est un topic d'auto-félicitation en quelque sorte

 

C'est sûr que si c'est grace à TOI que la Cayenne est ce qu'elle est, TU peux ètre fier!

 

Ca te pose un problème ?

 

Pas du tout

 

Et tu crois toujours qu'une camionette tient mieux la route qu'un break?

 

[Invité §pap520bi]

Petite question : N'est-ce pas la première utilisation en Europe de profilés en acier hydroformé sur une berline de série ?

[Invité §str134od]

a toi...

 

tres beau travail.

 

merci de nous le faire partager

[Invité §naj182kQ]

Petite question : N'est-ce pas la première utilisation en Europe de profilés en acier hydroformé sur une berline de série ?

Et autre question: l'acier hydroformé ca consiste en quoi précisément...

Sinon très joli article et belles photos.

 

[Invité §pap520bi]

Et autre question: l'acier hydroformé ca consiste en quoi précisément...

Sinon très joli article et belles photos.

 

Très très rapidement, c'est une technique utilisée fréquemment avec de l'aluminium pour faire des profilés : On presse de l'aluminium qui va passer dans une plaque découpée, et on sort aussi long de profilé qu'on veut. Un peu comme dans une machine à faire des pâtes alimentaires, quoi...

 

[Invité §ouf833BX]

Très très rapidement, c'est une technique utilisée fréquemment avec de l'aluminium pour faire des profilés : On presse de l'aluminium qui va passer dans une plaque découpée, et on sort aussi long de profilé qu'on veut. Un peu comme dans une machine à faire des pâtes alimentaires, quoi...

Mais dans le cas de l'acier, c'est le même principe que pour l'aluminium?

 

Sinon, dans ton précédent post, tu demandais si c'estait la première voiture européenne qui utiilisait ce type d'aciers. Y'a donc déjà des jap' ou des ricains qui ont utilisé cette technique??

[Invité §phi057pP]

Tout ca est techniquement une belle merveille...z'ont juste oublier de lui coller une belle CARROSSERIE DESSUS. Parce que le resultat est franchement horrible

[Invité §kpi458zR]

Et tu crois toujours qu'une camionette tient mieux la route qu'un break?

[Début du HS]

Ma réponse est toujours la même : ça dépend.

 

On détermine d'abord le critère de stabilité statique qui est le rapport de la largeur de voie divisé par le double de la hauteur du centre de gravité. Ca te donne une indication sur la propension d'un véhicule donné à se retourner, ou à sortir de sa trajectoire en théorie. Donc une largeur de voie augmentée sur un monospace peut contribuer à améliorer la situation (par contre je ne connais pas d'exemple... peut-être le Zaf ?).

 

Pour la stabilité dynamique, c'est plus délicat. Ca dépend de beaucoup plus de paramètres comme la position du centre de roulis, la géométrie du train, la présence et le règlage des barres stabilisatrices, et de la rigidité de la caisse.

 

Un centre de gravité plus élévé (dans le cas du monospace basé sur une berline) est un défaut que l'on compense par des règlages différents des trains. De plus, certains monospaces sont plus rigides que la version Break basée sur la même berline (ça dépend des contraintes imposées par le CdC et des choix du projet), ce qui implique dans ces cas-là un léger avantage pour le monospace...

 

En conclusion : difficile de dire s'il y a un net avantage pour le break ou le monospace. D'autant que les stats d'accidents en retournement ne montre pas un écart significatif entre les berlines et les monospaces (1,8% pour les berlines et 2% pour les monospaces).

[Fin du HS]

[Invité §ouf833BX]

Vraiment un très bon topic

 

Bon Kpiten, si l'envie te prend de nous décortiquer l'anatomie de la Carrera GT, n'hésite pas (comment ça je rêve?).

 

Oui, notamment l'histoire du berceau moteur en carbone qui a été préféré à un moteur porteur (peut-être une histoire de vibrations incompatible avec une utilisation "routière"?). Et aussi l'implantation et la compacité toute particlière de la boite de vitesses (répartition des masses?, abaissement du centre de gravité? ).