Automobile

Conception de l’automobile

L’automobile moderne est un système technique complexe employant des sous-systèmes ayant des fonctions de conception spécifiques. Certains d’entre eux sont constitués de milliers de composants qui ont évolué à partir de percées dans la technologie existante ou de nouvelles technologies telles que les ordinateurs électroniques, les plastiques à haute résistance et les nouveaux alliages d’acier et de métaux non ferreux. Certains sous-systèmes sont apparus en raison de facteurs tels que la pollution atmosphérique, la législation sur la sécurité et la concurrence entre les fabricants du monde entier.

Les voitures particulières se sont imposées comme le principal moyen de transport familial, leur nombre étant estimé à 1,4 milliard dans le monde. Environ un quart d’entre elles se trouvent aux États-Unis, où plus de trois trillions de miles (près de cinq trillions de kilomètres) sont parcourus chaque année. Ces dernières années, les Américains se sont vus proposer des centaines de modèles différents, dont la moitié environ provient de constructeurs étrangers. Pour tirer parti des avancées technologiques dont ils sont propriétaires, les fabricants introduisent de nouveaux modèles de plus en plus fréquemment. Avec quelque 70 millions de nouvelles unités construites chaque année dans le monde, les fabricants ont pu diviser le marché en de nombreux segments très petits qui restent néanmoins rentables.

Les nouveaux développements techniques sont reconnus comme étant la clé d’une concurrence réussie. Des ingénieurs et des scientifiques en recherche et développement ont été employés par tous les constructeurs et fournisseurs automobiles pour améliorer la carrosserie, le châssis, le moteur, le groupe motopropulseur, les systèmes de contrôle, les systèmes de sécurité et les systèmes de contrôle des émissions.

Ces avancées techniques exceptionnelles ne se font pas sans conséquences économiques. Selon une étude de Ward’s Communications Incorporated, le coût moyen d’une nouvelle voiture américaine a augmenté de 4 700 $ (en termes de valeur du dollar en 2000) entre 1980 et 2001 en raison des exigences obligatoires en matière de sécurité et de performance du contrôle des émissions (comme l’ajout d’airbags et de convertisseurs catalytiques). De nouvelles exigences ont continué à être mises en œuvre au cours des années suivantes. L’ajout de la technologie informatique a été un autre facteur de hausse des prix des voitures, qui ont augmenté de 29 % entre 2009 et 2019. Cela s’ajoute aux coûts pour le consommateur associés aux améliorations techniques en matière d’économie de carburant, qui peuvent être compensés par une réduction des achats de carburant.

La conception des véhicules dépend dans une large mesure de l’usage auquel ils sont destinés. Les automobiles destinées à une utilisation tout-terrain doivent être des systèmes durables et simples offrant une grande résistance aux surcharges importantes et aux conditions de fonctionnement extrêmes. À l’inverse, les produits destinés aux systèmes routiers à grande vitesse et à accès limité nécessitent davantage d’options de confort pour les passagers, des performances moteur accrues et une optimisation de la maniabilité à grande vitesse et de la stabilité du véhicule. La stabilité dépend principalement de la répartition du poids entre les roues avant et arrière, de la hauteur du centre de gravité et de sa position par rapport au centre de pression aérodynamique du véhicule, des caractéristiques de la suspension et du choix des roues utilisées pour la propulsion. La répartition du poids dépend principalement de l’emplacement et de la taille du moteur. La pratique courante des moteurs montés à l’avant exploite la stabilité qui est plus facilement obtenue avec cette disposition. Le développement de moteurs en aluminium et de nouveaux procédés de fabrication a toutefois permis de placer le moteur à l’arrière sans nécessairement compromettre la stabilité.

Corps

Les conceptions de corps d’automobile sont fréquemment classées en fonction du nombre de portes, de la disposition des sièges et de la structure du toit. Les toits des automobiles sont conventionnellement soutenus par des piliers de chaque côté de la carrosserie. Les modèles décapotables dotés d’un toit en tissu rétractable reposent sur le pilier situé sur le côté du pare-brise pour assurer la résistance de la partie supérieure de la carrosserie, car les mécanismes de décapotage et les surfaces vitrées sont essentiellement non structurels. Les zones vitrées ont été augmentées pour améliorer la visibilité et pour des raisons esthétiques.

Le coût élevé des nouveaux outils d’usine ne permet pas aux constructeurs de produire des designs totalement nouveaux chaque année. Les conceptions totalement nouvelles ont généralement été programmées sur des cycles de trois à six ans, des améliorations généralement mineures apparaissant au cours du cycle. Dans le passé, il fallait jusqu’à quatre ans de planification et d’achat de nouveaux outils pour une conception entièrement nouvelle. La conception assistée par ordinateur (CAO), les essais par simulations informatiques et les techniques de fabrication assistée par ordinateur (FAO) peuvent désormais être utilisés pour réduire ce temps de 50 % ou plus. Voir machine-outil : Conception assistée par ordinateur et fabrication assistée par ordinateur (CAO/FAO).

Les carrosseries des automobiles sont généralement formées à partir de tôles d’acier. L’acier est allié à divers éléments pour améliorer sa capacité à être formé dans des dépressions plus profondes sans se froisser ou se déchirer dans les presses de fabrication. L’acier est utilisé en raison de sa disponibilité générale, de son faible coût et de sa bonne ouvrabilité. Pour certaines applications, cependant, d’autres matériaux, tels que l’aluminium, la fibre de verre et le plastique renforcé de fibres de carbone, sont utilisés en raison de leurs propriétés particulières. Les plastiques à base de polyamide, de polyester, de polystyrène, de polypropylène et d’éthylène ont été formulés pour une plus grande ténacité, une meilleure résistance aux chocs et aux déformations fragiles. Ces matériaux sont utilisés pour les panneaux de carrosserie. L’outillage pour les composants en plastique coûte généralement moins cher et nécessite moins de temps pour être développé que celui des composants en acier et peut donc être modifié par les concepteurs à moindre coût.

Pour protéger les carrosseries des éléments corrosifs et pour maintenir leur résistance et leur apparence, des procédés spéciaux d’apprêt et de peinture sont utilisés. Les carrosseries sont d’abord plongées dans des bains de nettoyage pour éliminer les huiles et autres corps étrangers. Elles subissent ensuite une succession de cycles de trempage et de pulvérisation. L’émail et la laque acrylique sont tous deux couramment utilisés. L’électrodéposition de la peinture pulvérisée, un processus au cours duquel la peinture pulvérisée reçoit une charge électrostatique et est ensuite attirée vers la surface par une haute tension, permet de s’assurer qu’une couche uniforme est appliquée et que les zones difficiles à atteindre sont couvertes. Des fours avec des lignes de convoyeurs sont utilisés pour accélérer le processus de séchage en usine. L’acier galvanisé avec une couche protectrice de zinc et l’acier inoxydable résistant à la corrosion sont utilisés dans les zones de la carrosserie qui sont plus susceptibles de se corroder.

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