Développement SteinerIntroduction et problématique : De tout temps, les monoplaces de Steiner se sont fait connaître pour leur incroyable motorisation, faisant souvent partie des plus puissantes de la grille mais surtout des plus fiables et des plus économes. Cette philosophie de conception s’est à nouveau fait ressentir, la monoplace Steiner prenant rapidement la tête grâce à sa motorisation supérieure développant jusqu’à 1050 chevaux.
Cette philosophie permet à la monoplace de disposer d’un avantage considérable dans les lignes droites et en sortie de virage. Cependant, ce développement centré sur le moteur présente certaines limites quand celle-ci doit évoluer sur des portions plus techniques réduisant sa capacité à exploiter pleinement sa puissance. L’objectif de développement des ingénieurs Steiner ne s’est donc pas concentré sur l’augmentation des performances du groupe motopropulseur, mais plutôt sur l'amélioration de la manière dont la monoplace exploite les capacités dont elle dispose déjà. Lors de la première course du championnat en Everia, l'un des principaux problèmes identifiés concerne les importantes variations de charge auxquelles est soumise une Formule 1 au cours d'un tour. Lorsqu’une monoplace entame un freinage particulièrement violent, celle-ci peut subir des forces pouvant atteindre plusieurs G. Ainsi, le nez de la monoplace a tendance à s’écraser tandis que les pneumatiques et les suspensions subissent une augmentation extrêmement rapide de leur charge, à l’inverse, lors de la réaccélération, celle-ci est transférée vers le train arrière.
Ces variations ne sont pas stabilisées immédiatement après, les pneumatiques, les suspensions et le châssis possédant leurs propres caractéristiques élastiques vont générer de petites oscillations verticales ou longitudinales. Cet effet de rebond ou d’oscillation fait que la charge appliquée sur les pneumatiques n’est pas constante, ce qui peut réduire momentanément leur capacité à transmettre les efforts au sol. Cet effet présent au freinage et à l’accélération est accentué lorsque la monoplace passe sur des bosses ou des vibreurs. L’effort transmis par la roue entraîne une compression rapide du pneumatique puis de la suspension, suivie d'un rebond pouvant provoquer plusieurs oscillations avant que la monoplace ne retrouve son équilibre. Le problème rencontré n’est donc pas d’augmenter l’adhérence mais de maintenir cette adhérence la plus constante possible.
L’instabilité provoquée lors du freinage et du passage sur vibreur, en plus de l’oscillation provoquée, possède également une conséquence aérodynamique. Lors de l’oscillation de la monoplace, cela induit une modification de l’assiette de la voiture entraînant donc une variation de la hauteur des différents éléments aérodynamiques par rapport à la piste. En cela, une monoplace dont les variations d’assiette sont limitées offre une plateforme beaucoup plus stable aux éléments aérodynamiques.
En soi, le problème peut être résumé comme cela : Les aléas de la piste et du pilotage peuvent provoquer dans certaines conditions des instabilités dans les charges appliquées aux pneumatiques.
L’objectif est donc le suivant : comment améliorer la stabilité du châssis, limiter les oscillations de charge sur les pneumatiques et rendre les transferts de masse plus progressifs sans recourir à une suspension active ou à un dispositif électronique d'aide à la conduite interdit par le règlement de la FISCA ?
Pour Steiner, la solution retenue fut le développement d'un dispositif entièrement mécanique et passif à savoir le Système Inertiel de Stabilisation Dynamique,
ou SISD.
Solution technique : Le SISD ou Système Inertiel de Stabilisation Dynamique est un système chargé, comme son nom l’indique, de stabiliser les variations de charge induites sur la monoplace tout au long de la course. Celui-ci repose sur l’utilisation d’un module inertiel installé dans le nez de la monoplace sur sa longueur. À la manière d’un ballast, celui-ci ajoute du poids à la monoplace, la différence étant que ce poids n’est pas rigidement fixé au châssis, ce module est monté sur ressorts, eux-mêmes montés sur rails lui permettant de se déplacer sur une courte distance entre l'avant et l'arrière de la voiture.
Le système n’a aucunement besoin d’interventions extérieures, que ce soit du pilote ou de l’équipe, son fonctionnement repose exclusivement sur l’inertie. Au moment d’un freinage important, la monoplace ralentit brutalement, cependant le module mobile, lui, tend naturellement à conserver sa vitesse par rapport au châssis. En prenant uniquement le référentiel de la monoplace, le SISD continue donc sur sa lancée vers l’avant, à contrario, lors d’une accélération, le module tend à se déplacer vers l'arrière. Ce mouvement, normalement libre, est ici entravé, le module est relié au châssis par un ensemble de ressorts et d'amortisseurs hydrauliques chargés de contrôler son déplacement. Ainsi, lors d’un freinage, la masse avance vers le nez de la voiture, son énergie cinétique est alors temporairement absorbée par les ressorts et par le circuit hydraulique, ce qui permet de modifier les forces transmises au châssis plutôt que de les laisser apparaître brutalement.
Un effet secondaire observé est que la masse entraîne un léger déplacement du centre de gravité de la monoplace. Lors du freinage, le module se déplace vers l’avant, inversement, lors de l’accélération il revient en arrière, ainsi, dans un virage, il y a légèrement plus de poids sur les roues avant permettant une très légère amélioration de la tenue de route. Cependant, compte tenu du poids limité du module (10 kg) en comparaison des 840 kg de la monoplace, cette modification reste limitée. Elle constitue donc un effet secondaire agissant à la marge ne représentant donc pas l'objectif principal du système.
Le véritable objectif du SISD est de pouvoir agir sur les phénomènes transitoires pouvant provoquer des instabilités avant que la monoplace ne retrouve son état d’équilibre. Lors d’un freinage violent, le déplacement progressif du module permet de différer quelque peu les variations auxquelles le châssis est soumis. Le train avant observe alors une montée en charge plus progressive, contribuant à limiter le tangage et à maintenir une charge plus régulière sur les pneumatiques. À la sortie du virage lors de la remise des gaz, c’est le phénomène inverse qui se produit, le module revient progressivement vers l'arrière sous l'effet de l'accélération. Cependant, si dans la phase de freinage, on veut que la masse se déplace rapidement vers l’avant, cela est différent pour l’accélération, en effet, on ne veut pas subir un choc de fin de course, c’est-à-dire une masse revenant à pleine vitesse et étant stoppée net en butée. Afin d’éviter cela, le circuit hydraulique possède un amortissement asymétrique. Le déplacement vers l'avant peut ainsi être relativement rapide lors d'un freinage, tandis que le retour vers l'arrière est davantage amorti.
Au-delà de ça, le SISD possède un second objectif inspiré du principe du Tuned Mass Damper (Renault toi-même tu sais). Si le module est installé sur un rail pouvant se déplacer de manière horizontale, la masse en elle-même est installée verticalement entre des ressorts. Cette masse, d’un poids de 10 kg, est configurée de sorte à avoir une fréquence oscillatoire précise, choisie en fonction des caractéristiques dynamiques du train avant, des pneumatiques et des suspensions de la monoplace. Au moment où la roue rencontre une bosse ou un vibreur, une force va s’exercer vers le haut, puis la masse de la monoplace reprend le dessus, alors une force vers le bas s’applique.
Au moment où la roue rencontre une bosse ou un vibreur, le pneumatique puis la suspension se compriment et emmagasinent temporairement une partie de l'énergie du choc. Lorsqu'ils se détendent, leur inertie peut amener le système à dépasser sa position d'équilibre, provoquant plusieurs oscillations successives dont l'amplitude diminue progressivement sous l'effet de l'amortissement. La deuxième fonction du SISD est de neutraliser tout ou partie de ce phénomène, étant monté sur ressorts, lorsque la monoplace commence à osciller, le poids va faire de même, mais son oscillation sera inverse à celle de la voiture.
Le SISD est donc un système double, son déplacement horizontal agit principalement sur les transitions entre freinage et accélération et participe au contrôle du tangage de la monoplace, son déplacement vertical, lui, agit principalement sur les vibrations provoquées par les pneumatiques, les suspensions, les bosses et les vibreurs. Pour faire ce travail, le système reste entièrement passif, aucun moteur électrique, calculateur, capteur ou actionneur n’est nécessaire à son travail. Le déplacement du système résulte uniquement des accélérations subies par la monoplace, tandis que son comportement est défini par les caractéristiques mécaniques des ressorts, des amortisseurs et des clapets hydrauliques.
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