Montage de crémaillère low cost

Je me décide à poster ce long article, que j'ai entamé depuis plusieurs semaines même si il n'est pas encore terminé  Il contient en effet déjà suffisamment d'infos qui méritent d'être présentées ici, décrivant mes recherches, déductions et essais d'installation d'une crémaillère de direction Low cost / impact minimum  sur un combi split.
Le sujet a effectivement été très souvent abordé sur les forums, mais à ce jour toujours pas de solution « unanimement reconnue et partagée», en dehors des kits vendus pas les pros pour très cher...

   D’abord, pourquoi s’enquiquiner à essayer de monter une crémaillère :

Il faut d’abord savoir que le jeu dans la direction considéré « normal » sur nos bus des années 60 correspond à un déplacement de la jante du volant de près de 2cm de part et d’autre du point milieu, avant que les roues ne commencent à bouger…

Du coup, pour compenser un écart de trajectoire, il faut tourner le volant d’au moins 2 cm pour obtenir un début d’effet, puis de 4cm dans l’autre sens pour annuler l’effet, et 4 cm dans le premier sens pour annuler l’annulation etc…

Avec un peu de jeu venant se rajouter dans le boitier, on se retrouve vite à conduire comme dans les films américains, en faisant en permanence des grands mouvements de volant alternativement à droite et à gauche alors que la route est droite...

Pour caricaturer, je vous renvoi vers la scène finale du film ‘’le salaire de la peur…’’

  

Les extrémistes de l’origine argumenteront qu’une direction d’origine, avec boitier en bon état et bien réglé, axe de pitman et rotules neuves, a un comportement tout à fait acceptable.

Je suis moyennement d’accord, et de toute façon, il est devenu impossible aujourd’hui de trouver un boitier d’origine en bon état.

Même les modèles neufs de remplacement, dispo chez les revendeurs (tarif €€€€€),  ont déjà du jeu au départ. Plusieurs témoignage en ce sens, y compris d'un certain Loic bien connu... Il est possible de les améliorer mais cela nécessite un ré usinage de rondelles de précision, coutant encore plus d'€€€€

D’où la quête des possesseurs de split d’une solution de remplacement facile, si possible à base de crémaillère, afin de réduire ce jeu à quelques mm et regagner en sécurité de conduite.

Une fois qu’on a décidé d’adapter une crémaillère, et qu’on prend ses responsabilités (sachant que cette modification, bien que bénéfique à la sécurité, nécessite une ré-homologation auprès de la DRIRE pour rouler en conformité), il faut alors définir les grands principes à respecter pour obtenir au final un comportement routier correct.

Note : je n'ai pas la prétention de connaitre toutes les subtilités de la conception de trains roulants... je ne suis pas ingénieur chassis chez VW.. mais il y a tout de même quelques grands principes de base partagés par la plupart des voitures, et qu'on peut s'efforcer de respecter sur nos montages pour se faciliter la vie et les réglages ulterieurs...

  

           Un peu de théorie simplifiée : géométrie de direction dans le plan vertical :

Afin d’éviter des variations intempestives du pincement des roues, lorsque la suspension s’enfonce ou se détend, la longueur et l’orientation verticale des biellettes de direction doivent être très proches des longueur et orientation des bras de suspension (pour constituer un parallélogramme…)

Sur 1302-1303, les bras de suspension sont fixés au milieu du châssis avant.  Du coup, les articulations des bras de direction doivent elles aussi être positionnées au milieu du châssis, ce qui explique que la crémaillère de 1303 aient les fixations des bielettes de direction rassemblées au centre

Sur les voitures récentes, mc pherson ou triangulée, les bras inferieurs de suspension sont souvent plus courts, et attachés à l’extérieur du berceau moteur avec de l’angle vers le bas.. Les biellettes de direction sont donc fixées aux extrémités de la crémaillère, avec un écartement équivalent à la largeur du berceau.

Mais sur nos bus, les points d’articulation des bras de suspension sur le châssis sont très à l’extérieur (quasiment au niveau de la roue) et les bras orientés vers l’arrière

Difficile de respecter la géométrie idéale des biellettes, soit 20cm de long et orientées parallèlement aux bras de suspension !!!

Les ingénieurs ont donc choisi comme compromis la solution la moins pire, en rallongeant au maximum les bras de direction, pour limiter leur débattement angulaire sur la course des suspensions, et les variations de pincement induites. Ils les ont alors fixés sur le bras pitman bien au milieu et à la même hauteur que les rotules de direction sur les fusées.

        Si on regarde maintenant sur le plan horizontal : 

Le point d’articulation des biellettes de direction sur le pitman est volontairement en position avancée, par rapport à l’alignement des rotules sur les bras des fusées

Cette épure permet d’obtenir, lors de la translation du point de fixation central, un braquage plus important de la roue intérieure au virage que la roue extérieure (nécessaire pour bonne tenue de route).

 

       Enfin, dernier point à prendre en compte : la démultiplication

Le débattement de la direction est calculé d’origine pour être «assez direct » pour améliorer la précision, sans pour autant nécessiter un effort trop important sur le volant (d’où les volants grand diamètre sur les utilitaires, pour augmenter le bras de levier et limiter la démultiplication nécessaire).

En général, 3 à, 3.5 tours de volant de butée à butée...

Par contre, la distance de débattement parcourue par le chariot ou la rotule centrale, lors de ces 3.5 tours, peut varier énormément d’un véhicule à l’autre…

Sur nos splits,  l’extrémité du bras long du pitman, qui porte les biellettes de direction, va se déplacer sur environ 17cm entre les positions extrêmes, celle du bras court sur 14cm

  

Conclusion : Pour le montage idéal, il faudra veiller à

• Conserver des biellettes de direction longues et fixées au milieu
• Positionner ce point de fixation central juste à l’arrière et au dessus du tube inférieur
• Garantir un déplacement final de ce point de 17cm, pour 3 à 3.5 tours de volant  

Les contraintes étant posées, comment y parvenir ??

     Option 1 : avec suppression du bras pitman 

Il faut trouver une crémaillère avec chariot « au centre », et la monter à l’arrière du tube de lame de torsion inferieur.  

Une crémaillère de 1303 s’adapte bien. Il semblerait que les crémaillères d’Opel Astra s’adaptent également  (avec en bonus une direction assistée !!)

http://www.ssvc.org.uk/phpbb/viewtopic.php?f=6&t=47358&start=30

Par contre, il faut adapter un renvoi en bas de la colonne de direction, pour transmettre la rotation du volant vers un axe horizontal relié à la crémaillère. La solution « low cost » la plus classique est un renvoi de VW transporter T3… compact, robuste, pas cher..

Ensuite, les crémaillères à chariot central que j’ai trouvées sur le net sont toutes prévues pour des fusées avec rotules de direction positionnées à l’avant, alors que les fusées de split ont les rotules de direction à l’arrière. Il faut donc installer ces crémaillères à l’envers (coté gauche à droite et inversement), pour obtenir un sens de débattement correct.

Du coup, petite complication, l’axe d’entrée de la crémaillère se retrouve de l’autre coté, sous le siège du passager… pas top quand le volant est à gauche… Donc, à défaut de trouver LA crémaillère idéale combinant chariot central et fusées à rotules arrière, ou alors une crémaillère de 1303 ou d’astra british pour volant à droite (qui une fois retournée aurait son axe d’entrée à gauche), il faut accepter d’empiler une série de cardans depuis la sortie du renvoi en bas de la colonne, jusqu’à l’entrée de la crémaillère à droite.

La solution finale donne ça (copyright VW tech n° ???)..

On remarque que la crémaillère a été légèrement reculée par rapport à sa position idéale, pour laisser la place à un servo-frein…

 Autre réalisation avec une crémaillère 911 de 73, un peu moins académique (car ne respectant ni l’épure de parallélogramme vertical avec les bras, ni la triangulation horizontal pour le pincement).

Mais selon le témoignage du proprio, ça marche et ça tient le pavé.

      Option 2, en conservant le bras pitman  =  copie du kit creative engineering…

      Il s’agit d’une crémaillère avec une seule extrémité mobile activant le pitman, montée en sens longitudinal mais suffisamment compacte pour ne pas dépasser de la jupe avant …

-          Cette crémaillère est positionnée à droite de la pédale de frein (pour ne pas encombrer l’espace du maitre cylindre), son axe d’entrée est tourné vers la colonne de direction et son extrémité mobile débattant vers l’arrière.

-          L’axe d’entrée de la crémaillère est raccordé à la colonne par l’intermédiaire d’un renvoi d’angle 90° et d’un cardan d’accouplement

-          L’extrémité mobile est elle raccordée au pitman, par l’intermédiaire d’une biellette réglable.

-          L’ensemble (crémaillère, biellette et axe de mouvement du pitman) est bien aligné pour limiter les efforts..

-          Le débattement est de 13 à 14cm pour 3.5 tours de volant, 

Schématiquement, ça donne ça (vu d'en dessous)

Petite variante envisageable, avec une crémaillère qui débattrait dans l'autre sens (crémaillère montée à l'origine avec des fusées dont les rotules de direction sont à l'avant)... crémaillère de vanette par expl.

=> il faut inverser également le pitman

 

    

Pour finir, il est aussi possible de se passer de renvoi de direction en positionnant directement l’axe d’entrée de la crémaillère dans le prolongement de la colonne de direction (montage proposé par Highway Import).

Mais là par contre,d'après les rares photos dispo, l’axe de débattement du chariot de crémaillère forme un angle assez important avec la direction de débattement du pitman.

Si c'est le cas, la biellette va donc forcer plus, y compris en latéral sur la crémaillère, et risque d’user prématurément celle-çi / prise de jeu.

A moins qu'ils n'aient adapté le bras pitman en ressoudant le bras court avec un angle différent par rapport au bras long..., ou mieux, trouvé un bras pitman de combi conduite à droite.

Coté encombrement, la crémaillère semble passer devant le maitre cylindre de frein, autorisant une installation ultérieure de servo frein ou de maitre cylindre plus gros…

          Mon choix : copie du kit créative avec des solutions low cost :

Elements rassemblés :

• Un renvoi de popo - transporter T3 (22€ + 8 de port)

Il n’est pas exactement à 90° mais ça ne gêne pas trop.

•  Une crémaillère de Peugeot 106 / Citroen Saxo sans direction assistée (15€ + 12 de port).

Sa course (14cm pour 3,5 tours de volant) est presque la même que la course de l’extremité du pitman (12,5 cm)… donc pas de soucis de sur-démultiplication J

• Un cardan de direction… Pour ma part, j’en ai trouvé un de BMW série 3 E36 qui avait l’air pas mal et pas cher (10€)

Choix pas idéal au final, car pas directement compatible avec les cannelures de l’arbre du renvoi.

Première étape : maquettage / présentation à blanc.

Le but est de positionner le renvoi de T3 bien dans l’axe de la colonne de direction d’origine (pour faciliter son raccordement ultérieure), et le plus haut possible pour ne pas le racler sur les ralentisseurs.

=> Un tube de cuivre et des manchons centreurs en carton ou plastique simulent une colonne de direction fictive dans la bonne position

le boitier de renvoi est aligné sur cette colonne fictive, coté chassis,  pour trouver son meilleur positionnement

Il faut également essayer de positionner la crémaillère au mieux : 

• à peu près dans l’axe longi du véhicule, assez proche du renvoi pour être alignée avec l’axe de déplacement de la rotule du pitman  (afin de limiter l’angle de la future biellette), 
• pas trop proche du renvoi tout de même, pour ne pas empiéter sur l’emplacement du maitre cylindre de frein…
• pas trop haut (près du chassis) pour que le cardan qui la relie au boitier ne vienne pas toucher le levier du maitre cylindre de frein
• pas trop à l’avant pour que le soufflet ne touche pas la tole intérieure de face avant
• pas trop à l’arrière pour que la partie mobile ne percute pas le tube de lames inferieur…

Bref, il faut tâtonner un peu.. Ca a été particulièrement c.…. dans mon cas, car le combi étant sur rôtissoire, le train était absent. Donc difficile de vérifier précisément les encombrements des tubes de lames ou la position finale du pitman. J’ai essayé de dessiner les positions approximatives sur des scotchs collés  sur le chassis.

Deuxième étape : adaptation du cardan.

 En positionnant la crémaillère et le renvoi comme décrit ci-dessus,  on constate qu’il reste très peu de place entre les deux pour intégrer un cardan.. Il faut donc limiter au maximum les sur- longueurs des arbres de crémaillère et de renvoi.

=> Je raccourci donc l’axe coté crémaillère, et je le strie à la meuleuse pour reformer des cannelures.
J’emmanche là-dessus mon cardan le plus loin possible, un peu en force, et je perce le tout de part en part pour bien immobiliser le tout avec une vis-clavette.

=> J’emmanche, également en force, l’autre demi cardan sur l’axe de sortie du renvoi. Là également, perçage de part en part et sécurisation avec une vis-clavette

note 1 : pour réussir  à percer l’axe en acier trempé du renvoi ou de la crémaillère, il faut y ménager au préalable un plat (à la meuleuse), sinon le forêt va riper sur la surface cylindrique 

note 2 : en cas de montage « en force » ou d’adaptation de l’accouplement cardan/axe, il faut tout particulièrement soigner l’alignement / coaxialité…  En effet, un montage même imperceptiblement tordu du cardan sur un axe va ensuite le faire tourner « en patate », et faire forcer toute la chaine quand la crémaillère et le boitier seront fixés solidement  au châssis…