Concrètement, un véhicule se compose de pièces élémentaires (se comptant en dizaines de milliers) réunies en organes (quelques milliers), lesquels sont organisés en systèmes (quelques centaines). Ces derniers sont assemblés sur les véhicules unitairement ou par sous-ensembles appelés modules. Classiquement, une automobile se découpe en quatre grands domaines technologiques : la carrosserie, le groupe motopropulseur, le châssis et l'électronique (ce dernier domaine étant traité ici au sein des trois premiers).

La carrosserie comprend, d'une part, la caisse ou caisse en blanc, qui constitue la structure métallique du véhicule, et, d'autre part, les équipements intérieurs et extérieurs qui garnissent celle-ci.

Sur la plupart des voitures d'aujourd'hui, la caisse est dite autoporteuse car elle intègre le châssis, autrefois séparé, pour constituer un structure monocoque. La carrosserie comprend des parties extérieures visibles ou « peau » du véhicule, qui lui donnent sa forme telle que le design l'a définie, et des parties intérieures caissonnées pour recevoir les efforts auxquels elle est soumise. Généralement, elle se compose d'une partie inférieure – portant le groupe motopropulseur, le train avant, la planche de bord, les sièges, le train arrière, le coffre et le réservoir – et d'une partie supérieure qui supporte le toit (ou pavillon), les vitres fixes, les portes et les capots (capot avant, capot arrière ou porte de coffre ou encore hayon).

La caisse est calculée pour résister aux efforts liés aux usages répétitifs ou exceptionnels, et pour absorber l'énergie des chocs en se déformant de façon organisée afin de préserver l'habitacle (fig. 1). Le niveau de performances demandé en sécurité passive est tel qu'il définit le dimensionnement des principales membrures longitudinales ou transversales de la structure. Ainsi, les longerons avant situés de part et d'autre du moteur doivent transmettre, sur chaque côté, des efforts de plus de 10 tonnes. Cela permet de définir, par le calcul, la forme générale et la section du longeron, l'épaisseur de ses parois et la nature de l'acier utilisé.

Les efforts en roulage sont essentiellement de type flexion, sous la masse des occupants et du moteur, et de type torsion, sous les sollicitations issues de la route par le biais des trains. Pour tenir en endurance, les zones d'introduction d'efforts et les nœuds d'assemblage des membrures sont étudiés minutieusement. La caisse est calculée par la méthode des éléments finis pour les différents cas de charges : en chocs, en vibrations acoustiques et en endurance routière de façon à limiter les essais sur des bancs multivérins et surtout les essais en roulage.

Pour alléger la caisse, la tendance est à l'utilisation de tôles d'acier à haute ou très haute limite élastique de façon à pouvoir réduire l'épaisseur des parois à performance égale. Cela complique le formage par emboutissage des pièces et conduit parfois à l'utilisation de profils ou de pièces embouties à chaud. Une autre solution d'allègement, à première vue simple, est l'utilisation de tôles et de profils d'aluminium, mais son développement reste limité du fait du coût élevé de ce matériau, de problèmes d'assemblage en usine et de réparation en après-vente. Les plastiques thermodurcissables sont utilisés pour la fabrication des pièces de peau ou les ouvrants de véhicules de moyenne série. Pour les ailes produites en grande série, on emploie plutôt des plastiques thermofusibles qui absorbent les petits chocs sans déformation résiduelle. Enfin, le plastique recyclé est couramment utilisé dans des carters ou les carénages inférieurs car il est plus léger et moins cher que la tôle.

L' ensemble constitué par le moteur et la transmission forme le groupe motopropulseur. Le moteur fournit l'énergie mécanique permettant au véhicule d'avancer, l'énergie électrique pour les différentes fonctions électriques, l'énergie hydraulique de l'assistance de freinage, l'énergie thermique de l'habitacle (chauffage, climatisation). La transmission, quant à elle, a pour rôle de transférer aux roues l'énergie mécanique produite par le moteur.

Le succès de l'automobile a été assuré, et le demeure pour quelques décennies encore, par l'efficacité du moteur thermique dit à combustion interne (cycle 4 temps) qui équipe plus de 98 p. 100 des voitures. Ce type de moteur transforme l'énergie chimique des carburants en énergie calorifique puis en énergie mécanique. La première conversion s'effectue par la combustion (inflammation) d'un mélange constitué de carburant (hydrocarbures ou produits organiques oxygénés) et de comburant (oxygène de l'air). L'énergie calorifique ainsi dégagée a pour effet d'augmenter la pression des gaz de combustion dont la détente permet de développer l'énergie mécanique correspondante. La combustion s'effectue dans une chambre de combustion (ensemble culasse-cylindre-piston), d'où l'appellation de moteur à combustion interne, appelé aussi moteur à explosion. Ce processus nécessite le remplacement cyclique des gaz de combustion. Il est donc dit à cycle ouvert et fait appel à un système de distribution pour l'élimination de ces gaz (soupape d'échappement) et l'apport d'une nouvelle charge carburant-comburant (soupape d'admission).

On distingue deux types de moteurs thermiques en fonction du mode de déclenchement de la combustion :

•   le moteur à allumage commandé (moteur dit à « essence »), qui peut être alimenté par de l'essence, du gaz naturel véhicule (G.N.V.), du gaz de pétrole liquéfié (G.P.L.), des biocarburants (comme l'éthanol), où la combustion du mélange homogène air-carburant est amorcée par une étincelle (issue d'une bougie électrique) et se fait par propagation du front de flamme qui balaye toute la chambre ;
•   le moteur à allumage par compression (moteur Diesel), alimenté par du gazole ou des biocarburants, où la combustion est déclenchée spontanément (auto-inflammation) par l'élévation de la température due à la compression de l'air.
Agrandir image  

Un moteur thermique à quatre temps possède un certain nombre de cylindres, généralement deux à seize. Dans chaque cylindre peut coulisser un piston qui oscille entre deux positions extrêmes appelées point mort haut et point mort bas ; une bielle, articulée à l'une de ses extrémités au piston et à l'autre à un arbre coudé appelé vilebrequin, permet de transformer le mouvement rectiligne alternatif du piston en un mouvement de rotation qui, par le biais de la boîte de vitesses, est transmis aux roues. La chambre de combustion, délimitée par le piston et le cylindre, est fermée dans sa partie supérieure par la culasse. Cette pièce est équipée de soupapes (ainsi que de bougies pour le moteur à allumage commandé ou d'injecteurs pour le moteur Diesel) dont le mouvement alternatif, synchronisé à la rotation du vilebrequin via l'arbre à cames, gère l'entrée et la sortie des gaz dans la chambre de combustion. Le moteur est souvent caractérisé par sa cylindrée, exprimée en litres ou en centimètres cubes. Celle-ci est égale au volume balayé par le piston, multipliée par le nombre de cylindres.

On appelle « cycle » l'ensemble des opérations qui se répètent périodiquement. Un temps correspond à une course de piston dans le cylindre. Le cycle à quatre temps met donc en œuvre quatre courses.

Le châssis comprend les organes de liaison au sol et le système de freinage, et loge les organes de servitudes du moteur (échappement et réservoir à carburant). Tous ces éléments occupent la partie inférieure du véhicule. Autrefois, par exemple, sur les 2 CV Citroën et encore sur les R4 Renault, le châssis constituait une structure métallique indépendante, supportant les éléments cités ci-dessus et toute la carrosserie. Il est maintenant, sauf sur de rares 4 × 4 et une partie des véhicules utilitaires, totalement intégré à la structure, l'ensemble formant la caisse autoporteuse. Toutefois, le terme de châssis continue à désigner cette zone particulière qui assure essentiellement le guidage du véhicule.

Les liaisons au sol garantissent le lien organique entre le sol et la structure du véhicule. Elles assurent non seulement un rôle porteur vis-à-vis de la structure, mais elles doivent également guider le véhicule, assurer la transmission des efforts de freinage et de traction, filtrer les sources d'inconfort (vibrations, chocs, bruits) en provenance de la route et fournir au conducteur un retour d'information facilitant la conduite. On distingue quatre systèmes fondamentaux : les essieux, la suspension, la direction et l'ensemble roue-pneumatique.

Un essieu est constitué d'un ensemble de pièces qui relie la roue à la caisse (ou au châssis) et permet les mouvements relatifs de l'une par rapport à l'autre. Il comprend notamment le ou les bras de suspension, le pivot (qui porte le moyeu et permet le braquage de la roue) et le moyeu (sur lequel vient se fixer la roue). L'agencement relatif des différents constituants entre eux et par rapport à la caisse confère à l'essieu ses caractéristiques. Les propriétés attendues d'un essieu sont doubles. D'une part, l'essieu doit assurer un guidage rigoureux de la roue lors de ses débattements (mouvements relatifs entre la roue et la caisse) et sous efforts. Cette fonction est caractérisée au travers de ce qu'on nomme l'« élastocinématique de l'essieu ». D'autre part, l'essieu doit délivrer des capacités de filtrage des éléments d'inconfort (bruit, chocs et vibrations) qui sont générés à l'interface pneumatique-chaussée. Cette propriété est qualifiée au travers d'une notion appelée « suspension horizontale de roue » ou S.H.R.

Les performances élastocinématiques d'un essieu sont notamment conditionnées par certaines données géométriques remarquables. Parmi celles-ci, on distingue (fig. 9) :

•   L'angle de chasse, qui est défini par l'angle entre la verticale et la projection de l'axe de pivot (axe autour duquel la roue braque) sur un plan vertical parallèle à l'axe longitudinal de la voiture. Il apporte des variations de carrossage (voir plus loin) en braquage. Il permet également de positionner, dans le plan longitudinal, le point d'intersection entre l'axe de pivot et le sol. La distance entre ce point d'intersection et le point de contact entre le pneu et le sol est appelée chasse au sol. Cette dernière est dite positive lorsque le prolongement de l'axe de pivot coupe le sol devant le point de contact entre le pneu et le sol. La valeur et le signe de la chasse au sol ont une influence déterminante sur les sensations de conduite et sur le rappel du volant.
•   L'angle d'inclinaison de pivot, qui est défini par l'angle entre la verticale et la projection de l'axe de pivot sur un plan vertical perpendiculaire à l'axe de la voiture. Les effets de l'angle d'inclinaison de pivot se combinent avec ceux de la chasse, et influent donc directement les sensations de conduite. L'inclinaison de pivot conditionne également le déport au sol.
•   Le déport au sol.

Agrandir image