La direction d’une voiture, caractère d’un véhicule

9 min de lecture
La direction d’une voiture assure le contact direct avec la route. Mais quelles sont les caractéristiques d’une bonne direction ? Comment fonctionne-t-elle ? Devenez un expert en la matière en plongeant dans le département de développement de BMW.

Le 22 septembre 2020

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Une bonne direction permet de conduire une voiture de façon précise et sans effort. Elle influence le plaisir de la conduite de manière déterminante.
Dr. Markus Viertlböck

Directeur du département de développement des systèmes de conduite chez BMW

De nombreux facteurs sont responsables du pur plaisir de conduire : le design, le moteur, le châssis et la direction. La direction ? Exactement, elle aussi. Mais concrètement, que fait la direction d’une voiture parfaitement adaptée au véhicule ? Et pourquoi une BMW roule-t-elle comme seule une BMW sait le faire ? Deux experts lèvent le voile sur ce travail de précision : Steffen Koch, chef du groupe Développement de systèmes de direction, et Christian Heiss, responsable Développement de la dynamique de conduite, tous deux chez BMW.

L’exigence de l’ingénieur responsable de concevoir la direction d’un véhicule est que l’ensemble des éléments de la direction d’une voiture et autres composants du châssis donnent à la personne qui tient le volant tout ce qu’il lui faut pour devenir un meilleur conducteur.
Steffen Koch

Chef de l’unité du développement de systèmes de direction chez BMW

Petit abc de la direction

A

Amortisseur :
l’amortisseur de direction veille à ce que le volant ne pivote jamais trop rapidement.

Assistance :
garantit la direction assistée. Une direction purement mécanique est uniquement actionnée par la force corporelle exercée par le conducteur sur son volant.

C

Comportement de direction :
capacité du véhicule à exécuter précisément et directement les commandes de direction depuis une trajectoire en ligne droite.

F

Force de direction :
la force que le conducteur doit engager pour actionner la direction (➜ assistance).

R

Retour de volant :
le retour garantit que le volant revient toujours dans sa position initiale et assure ainsi une bonne ➜ stabilité directionnelle.

S

Stabilité directionnelle :
capacité du véhicule à rouler sur une ligne parfaitement droite, sans correction au moyen du volant.

Z

Zone limite :
le moment où une voiture prend un virage juste avant le point où elle en sortirait, devenant incontrôlable.

Structure d’une direction de voiture

Pour simplifier, disons que la direction d’une voiture est composée des éléments suivants : la biellette, le pignon, la colonne de direction et le volant. Viennent s’y ajouter les éléments de direction des roues arrière, montés en option sur certains modèles. Pour réaliser la sensation de conduite caractéristique d’une direction de voiture BMW, il est important de collaborer étroitement avec tous les fournisseurs. Ceux-ci livrent à BMW les composants de cet élément essentiel sous forme de modules. C’est ensuite dans les ateliers de la marque que les derniers réglages minutieux ont lieu : ingénieurs et pilotes d’essai adaptent alors les composants de la direction au châssis, aux amortisseurs et aux ressorts, ainsi qu’aux freins.

Représentation simplifiée d'une direction.
Assistance, amorti et retour de volant sont les trois piliers de la sensation de pilotage.
Christian Heiss

Développement de la dynamique de conduite chez BMW

Assistance, amorti et retour sont les trois éléments qui influencent de manière décisive la sensation de conduite (voir également « Petit abc de la direction » ). Ces facteurs dépendent de la vitesse du véhicule et de la conduite, ainsi que des forces agissant sur la barre de direction dans le boîtier de direction. Tous sont paramétrés différemment pour chaque variante du programme de modèles BMW. Cela signifie qu’au sein d’une même famille de véhicules, les réglages varient suivant les variantes de moteur et de carrosserie – ce qui complique nettement le travail.

Une voiture doit se conduire intuitivement.
Steffen Koch

Chef de l’unité du développement de systèmes de direction chez BMW

La direction d’une voiture, caractère d’un véhicule

Une direction de voiture bien réglée corrige les défauts de la chaussée et les erreurs de la personne qui tient le volant, sans qu’elle s’en rende compte. Elle simplifie la conduite, la rend plus décontractée et ainsi plus sûre. Koch complète son explication d’un exemple : « Quand vous traversez un chantier sur l’autoroute et que la piste est très étroite, vous devez souvent corriger la trajectoire en actionnant le volant. La direction d’une voiture devrait pourtant être réglée de manière à vous éviter ce genre de corrections. »

Dans le même temps, la direction d’une voiture doit communiquer l’état de la chaussée au pilote, afin qu’il puisse apprécier les enfilades de virages autant que la route qui le conduit jusqu’au supermarché, comme l’explique Heiss. Il faut donc qu’une bonne direction de voiture couvre tout le spectre des situations de conduite. Le comportement routier d’une BMW doit en outre être prévisible pour chaque type de conducteur, qu’il s’agisse d’un professionnel ou d’un débutant. Ou, comme l’exprime Koch, « il doit être prévisible et linéaire. Et le véhicule doit faire ce que le conducteur attend de lui à n’importe quelle vitesse. »

Naturellement, il faut que la force de direction soit avant tout adaptée au type de véhicule et à son poids, surtout en cas de transmission plus directe des gestes du conducteur (la voiture réagit directement aux mouvements du volant, sans délai). Si la direction est trop souple, les coups de volant ont alors un effet involontairement trop important. Dans ce cas, le paramétrage doit tenir compte de l’interaction détaillée des différents composants entre eux : arbre de direction et compagnie jouent un ballet subtil. Mieux ils sont développés et plus grandes sont les possibilités de réglage fin.

L’art consiste à adapter la vaste fourchette d’options de réglage à chaque modèle. Dans le cas d’une BMW Z4, le contact direct avec la chaussée et le plaisir de conduire sont au premier plan, tandis que le confort est l’aspect primordial d’une BMW de la série 7. Heiss explique ainsi la définition des priorités en matière de réglage de la direction : de cette manière, chaque modèle obtient son caractère individuel.

L'évolution de la direction de voiture dans le temps

  • Système de direction assistée : cette assistance à la conduite fait partie des grandes avancées de la technologie de direction. La direction assistée consiste à soutenir hydrauliquement la force de direction émanant du conducteur. Avant l’apparition de ce système, stationner son véhicule se muait en séance d’entraînement musculaire involontaire. Ce n’est qu’avec l’apparition du système de direction assistée que des véhicules plus gros et plus lourds ont pu être proposés à un cercle de clients élargi, rappelle Koch.
  • Servotronic : l’étape suivante dans l’évolution de la direction d’une voiture hydraulique s’appelle servotronic. Grâce à cette technologie, il est désormais possible de varier l’assistance fournie au niveau de la direction. Comme l’explique Koch, cette variation a essentiellement lieu au niveau du facteur de la vitesse. Le système servotronic permet ainsi de se parquer sans effort. À grande vitesse, il assure la stabilité : contrairement à une direction assistée normale, les deux sont désormais possibles, explique encore le spécialiste. Pour Koch, « le confort de stationnement mais aussi une conduite rapide et sportive, qui fait la part belle au plaisir, vont de pair. »
  • Direction assistée électrique : l’ingénieur évoque encore la direction assistée électrique, qui constitue selon lui le « big bang » de l’histoire de la direction d’une voiture. Elle offre en effet tous les avantages du système servotronic, tout en permettant d’économiser du carburant, car le moteur électrique de l’EPS (Electric Power Steering) ne consomme que du courant et seulement lorsque le conducteur pilote réellement le véhicule. Comme l’essentiel des trajets s’effectue en ligne droite, ce principe contribue activement à réduire la consommation. Dans les faits, l’économie est de bien trois pour cent. Cela peut paraître peu, mais c’est énorme. En outre, l’EPS rend possible toutes les fonctions de direction, depuis l’assistant de parcage jusqu’à la conduite autonome.
  • Direction de l’essieu arrière : une direction de l’essieu arrière soutient encore davantage le comportement agile d’une voiture. Elle accroît en effet la stabilité de la trajectoire à des vitesses élevées (les roues avant) et rend la conduite à vitesse réduite plus agile (les roues arrière virent dans la direction opposée des roues avant). De cette manière, l’angle de braquage est nettement réduit. Ainsi, une direction de l’essieu arrière réduit le calibre de la voiture d’une classe de véhicule à l’utilisation. Chez BMW, la direction de l’essieu arrière est disponible pour la nouvelle BMW de la série 5 et pour d’autres modèles.

L’outil favori de l’ingénieur : le « popomètre »

« Popometer » est un mot allemand fantaisie utilisé pour évaluer la dynamique de conduite d’une voiture par le ressenti plutôt que par des calculs. En allemand, « Popo » est un terme familier désignant le postérieur. On pourrait donc traduire « Popometer » par « postériomètre ». Tous les ordinateurs du monde ne peuvent en effet pas remplacer le ressenti et l’expérience d’un pilote d’essai. Ou, comme l’explique l’expert de BMW Heiss : « Pour nous, le popomètre reste le facteur de réglage le plus important. » Du moins dans la dernière étape du processus de réglage du système de direction assistée. Quand le véhicule arrive dans le département d’application après le développement de sa direction, il s’agit d’en affirmer le caractère.

Avant cela, la technique de mesure est naturellement utilisée. Ainsi, les 30 premiers pour cent du travail nécessaires au développement des composants peuvent déjà être effectués à l’aide de l’ordinateur, complète Koch. À moyen terme, jusqu’à 80 pour cent du travail de développement doit s’effectuer de cette manière. Mais les 20 pour cent qui restent, les finitions ou, comme l’exprime l’ingénieur, « la voie royale pour définir la sensation typique de conduite », seul l’être humain en est capable. Pour vérifier les résultats et déceler les lacunes, Heiss précise que les données informatiques sont précieuses. Néanmoins, le pouvoir du ressenti et de l’expérience de l’ingénieur responsable du développement n’est pas remplaçable. Et Koch de renchérir qu’il ne voit pas, à terme, comment quelque chose pourrait changer à cette équation. Les ordinateurs ne pourront tout simplement jamais faire ce travail à la place d’un individu.

Pour nous, le popomètre reste l’instrument de travail le plus important, absolument.
Christian Heiss

Développement de la dynamique de conduite chez BMW

La compensation « pull drift », le summum en matière de confort et de sécurité

Chez BMW, on est convaincu qu’un système de direction harmonieux va de pair avec un concept de sécurité maximale. Tant Koch que Heiss insistent sur le fait que l’entreprise ne fait jamais de compromis en matière de sécurité. En revanche, l’amélioration du confort fait l’objet de recherches constantes. C’est ainsi qu’est apparu un atout supplémentaire du système de direction assistée BMW, la compensation « pull drift ».

Qu’est-ce que la compensation « pull drift » exactement ? L’ingénieur Koch l’explique à l’aide de l’exemple suivant : pour certaines raisons (écoulement de l’eau de pluie, etc.), la chaussée penche généralement d’un côté. Si le conducteur roule sur un tronçon droit, il doit tout de même corriger sa trajectoire pour ne pas se laisser déporter du côté en pente. Cet effort nécessite un couple de maintien élevé et fatigant. Le système reconnaît cependant que le conducteur souhaite rouler droit. L’assistance de direction lui fournit un couple plus élevé. Il doit toujours corriger sa trajectoire, mais le geste nécessaire de la main est nettement moins ample et donc plus agréable.

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Le nouveau coupé BMW de la série 4.
Le nouveau coupé BMW de la série 4.
Le nouveau coupé BMW de la série 4.
Le nouveau coupé BMW de la série 4.
Le nouveau coupé BMW de la série 4.
Le nouveau coupé BMW de la série 4 en coupe transversale, avec les optimisations de la dynamique de conduite en détail.
On ne fait pas de compromis en matière de sécurité.
Steffen Koch

Chef de l’unité du développement de systèmes de direction chez BMW

Vision d’avenir : l’importance de la direction pour la conduite autonome

Selon Koch, les propriétés d’une direction assistée électrique hautement développée ouvrent la voie à tous les développements futurs – en particulier à la voiture autonome. D’après lui en effet, seule la direction assistée électrique donne aux ingénieurs la chance de concevoir des systèmes informatiques permettant la conduite autonome d’un véhicule (➜ Lire également : Les cinq étapes de la conduite autonome). Un système d’ailleurs déjà utilisé à l’heure actuelle avec les dispositifs d’assistance au stationnement (➜ Lire également: Les principaux systèmes d'assistance à la conduite en résumé).

Le « Drive by wire » (ou la conduite sans intervention mécanique) appartient au même complexe thématique. Ce terme générique se rapporte à tous les systèmes dans lesquels il n’existe plus aucune connexion mécanique ou hydraulique entre les éléments de commande utilisés par le conducteur (volant, freins et pédales) et les systèmes chargés de l’exécution des commandes dans le véhicule. Pour le système de direction « Steer by wire », cela signifie que le lien entre le volant et les roues avant est purement électrique. Le boîtier de direction électrique ne se limite plus à apporter son assistance au pilote, mais transfère de manière autonome les gestes du conducteur à l’arbre de transmission sur la base des signaux émis par le volant.

Le réglage de la direction d’une voiture autonome est une classe à part dans l’application sur les véhicules.
Christian Heiss

Développement de la dynamique de conduite chez BMW

Le grand avantage du système « Steer by wire » est de permettre à la roue et au volant de tourner indépendamment l’un de l’autre. Et c’est aussi ici que s’établit le lien avec la conduite autonome : il n’est plus nécessaire d’actionner le volant (comme avec l’assistant de stationnement). Un défi particulier est le système de sécurité. En effet, malgré l’absence de lien mécanique, la personne au volant doit être en mesure de contrôler la voiture aussi en cas d’erreur.

Il ne devrait donc pas être très difficile de faire rouler un véhicule autonome sur une ligne droite… Si seulement ! Pareille prestation fait intervenir divers processus en parallèle. « Et cette situation est un casse-tête pour un ordinateur », explique Heiss. « Un individu réagit de manière intuitive et va par exemple corriger la trajectoire pour ne pas se déporter sur une chaussée en léger dévers. » En revanche, intuition et ordinateur ne font pas bon ménage. Autrement dit, les techniciens ont encore du pain sur la planche avant que la machine ait appris à adopter un comportement intuitif. Bref, le popomètre place la barre très haut.

Auteure : Nils Arnold ; Illustrations : Señor Salme