Technique:
Considérations sur la roue-libre avant.

Edité le 17/05/2006.
Réactualisé le 01/06/2006.
Textes et photos de Georges.

Définition

On considèrera dans cet article principalement ce qu'on appelle la roue-libre avant. La roue-libre centrale fait l'objet d'un autre article.

La roue-libre est une composante d'une transmission quatre roue-motrice qui peut se substituer au différentiel avant (une autre alternative serait le spool - ou axe rigide évoquée dans un autre article de ce site. Elle peut être utilisée aussi bien en piste qu'en tout-terrain, en thermique comme en électrique.

La roue-libre permet à chacune des roues avants d'être libre en rotation, mais que dans le sens de la marche avant. Ceci signifie que la roue (droite ou gauche) peut tourner plus vite que la transmission.

Utilisation

La roue-libre est très souvent employée en compétition en Supertourisme 1/10° électrique (avec des pneus en caoutchouc – avec des pneus mousses, les top pilotes préfèrent en général un différentiel à l'avant). Mais pourquoi donc alors que la roue-libre a-t'elle la réputation de rendre le châssis plus délicat à conduire? L'explication tient en deux mots: motricité et directivité.

Motricité: le secret des châssis des pilotes qui vont vite n'est absolument pas, comme on le croit trop souvent, dans des motorisations démoniaques - c'est même parfois le contraire -, mais dans la capacité à motricer. C'est-à-dire la capacité à passer le maximum de la puissance disponible au sol, sans perte. Ceci se paramètre grâce aux réglages des trains roulants et des pneumatiques, mais aussi en jouant sur la configuration de la transmission. En cela, la roue-libre (mais aussi le spool) peut être d'un grand secours.

On l'a déjà dit précédemment, la roue-libre permet à chacune des roues avants d'être libre en rotation, mais que dans le sens de la marche avant. Ceci signifie que la roue (droite ou gauche) peut tourner plus vite que la transmission, mais jamais moins vite. Si l'on compare le différentiel à la roue-libre, voici se qui se produit en cas de perte d'adhérence d'une roue:

  • Avec un différentiel, la puissance disponible ira vers la roue la moins chargée, c'est-à-dire celle qui a le moins d'adhérence.
  • Avec une roue-libre, les roues ne peuvent pas tourner moins vite que la transmission. Ainsi, que la roue soit chargée ou pas (donc qu'elle est de l'adhérence ou pas), la puissance est toujours disponible. Cela explique aussi pourquoi une voiture équipée d'une roue-libre se montre délicate sur les pistes à faible ou moyenne adhérence.

Directivité: La roue-libre permet un gain de directivité, particulièrement en entrée de virage.
Deux cas sont à distinguer en entrée de virage:

  • Si on relâche les gaz, ou si l'on freine carrément, le frein-moteur ou le frein va s'appliquer uniquement sur les roues arrières. Cela va initier un décrochement du train arrière, qui, s'il est correctement maîtrisé, permettra de passer plus à la corde le virage.
  • Si on laisse les gaz ou un filet de gaz, les roues avants ne pourront que tourner à la même vitesse ou plus vite que les roues arrières. Donc le train avant aura moins cette tendance naturelle à s'auto-freiner comme avec un différentiel ou un spool. On peut ainsi, avec les réglages adéquats, faire rentrer son auto très fort dans le virage.

En sortie de virage, on aura aussi une excellente motricité, car la roue-libre n'autorise aucun délestage d'une des deux roues avants (comme le spool, et contrairement au différentiel).

En résumé, les avantages de la roue libre sont les suivants:

  • une meilleure directivité, particulièrement en entrée de virage.
  • Une bien meilleure motricité qu'avec un châssis équipé d'un différentiel.
  • Une plus grande stabilité à l'accélération, car avec la roue-libre, il ne peut y avoir de délestage d'une des deux roues avants.
  • une plus grande agilité dans les parties techniques.
  • une autonomie à la hausse (car moins de consommation).
  • un plus grand plaisir de pilotage (plus fin, plus précis et plus exigeant) si l'auto est bien réglée et si l'accroche du circuit se prête à l'utilisation de la roue-libre.
  • des temps au tour améliorés dans la plupart des cas.
  • une vitesse de pointe théoriquement très légèrement supérieure.

Les désavantages sont les suivants:

  • une voiture instable au freinage (car il n'y a que deux roues motrices au freinage).
  • moins de stabilité de manière générale, particulièrement dans les conditions de faible adhérence faible.
  • une usure un peu plus importante du moteur qu'avec un différentiel avant (mais sensiblement moins qu'avec un spool).
  • une usure plus prononcée des cardans avants qu'avec un différentiel avant (mais sensiblement moins qu'avec un spool).

La roue-libre permet également de rouler avec des pneus de plus grand diamètre à l'arrière qu'à l'avant. Cela n'a que peu d'intérêt en électrique 1/10° Touring avec des pneus en caoutchouc, mais en thermique piste quatre roues motrices, cela revêt une grande importance avec les pneus en mousse. Avec des pneus plus gros à l'arrière, c'est en situation normale le train arrière qui passe la puissance, le train avant étant en mode "roue-libre". Et quand le train arrière perd de l'adhérence, en réaccélérant, on génère de la "traction" de la part du train avant qui permettra de remettre l'auto en ligne.

Construction:

Les roues-libres avants sont basées sur des cages antiretour, à l'image du pignon arrière d'une bicyclette ou d'un démarreur à ficelle (tondeuses, tronçonneuses, moteurs thermiques loisirs en modèle réduit). L'antiretour est un système permettant la rotation unidirectionnelle entre deux des pièces d'un mécanisme et interdisant la rotation inverse. Sur une roue-libre, il y en a une cage anti-retour pour la roue gauche et une pour la roue droite.

Le principe de fonctionnement de ces cages anti-retour (encore appelé roulements anti-retour ou one-way bearings en anglais) est relativement simple. Elles sont composées de trois éléments principaux, des aiguilles de roulement, des tiges ressorts et la cage de maintien (composée en général d'un insert en plastique dans un cylindre métallique).

Chaque aiguille de roulement (montrée par les flèches rouges sur la photo ci-dessus) est associée à une tige ressort. Chaque couple ressort-aiguille est inséré dans un logement de l'insert en plastique de la cage de maintien, de telle sorte que:

  • dans un sens de rotation, l'aiguille est plaquée contre le ressort (qui constitue une faible surface de frottement) et n'est donc que très peu freinée; c'est le cas de figure où la sortie de la roue-libre peut tourner plus vite que le corps de la roue-libre.
  • dans l'autre sens de rotation, l'aiguille est plaquée contre le logement en plastique et maintenue en place avec le ressort. L'aiguille est alors bloquée en rotation et on obtient l'effet "anti-retour".

On le voit, sur les autos R/C, ces cages anti-retour subissent des contraintes importantes. Donc elles doivent être correctement dimensionnées et assemblées par le fabricant. Les pièces doivent être usinées de façon très précise, particulièrement les sorties de roue-libre (qui doivent présenter une surface durcie), car les aiguilles de la cage anti-retour roulent dessus. Ceci explique le prix relativement élevé d'une roue-libre.

Dans cet article, on peut voir trois exemples de ce que l'on peut considérer comme une construction actuelle de roue-libre. Ci-dessus, une roue-libre de Team Associated TC4 (ou TC3 dernière génération) avec un corps bleue, en bas à gauche une de X-Ray T1 FK04, et en bas à droite une de Corally RDX (ou d'Assassin dernière génération). Points communs, des cages anti-retour de gros diamètre insérées dans le corps central et des sorties en acier trempé et rectifiées. Les roues-libres Associated et X-Ray sont de la conception la plus répandue, qui veut qu'une partie du diamètre extérieur de la cage anti-retour ait le rôle de portée de roulement. Cette conception permet de maximiser encore le diamètre des cages anti-retour pour un diamètre de roulement donné. La roue-libre X-Ray possède en plus de petites bagues en plastique sur les sorties de roue-libre qui permettent d'éviter un frottement métal/métal avec la cage anti-retour.

Ci-contre, on peut voir un autre type de construction de roue-libre qui a été depuis abandonnée, car bien trop fragile. Sur celle-ci, les cages anti-retour ne sont pas logées dans le corps de la poulie, mais dans les sorties. Les seuls points positifs sont que l'on ne risque plus de perdre une sortie lors d'une casse par exemple, car les sorties sont maintenus par les roulements des paliers de la cellule avant et que si une des cages anti-retour a souffert, il suffit de remplacer la sortie qui l'accueille sans changer toute la roue-libre.

Un tel système ne serait pas du tout envisageable dans une transmission par cardan par exemple, car la poulie de la courroie est moins bien guidée que sur les roues-libres traditionnelles et qu'elle pourrait subir moins d'efforts.

Dans les premiers temps du tout-terrain électrique quatre roues motrices, des fabricants, comme Schumacher par exemple, installaient des cages anti-retour dans l'axe du cardan même, en gardant le différentiel. L'effet qui en résulte est différent d'une roue-libre avant moderne, mais également d'un différentiel associé à une roue-libre centrale.

Entretien

La roue-libre sollicite logiquement un peu plus la transmission qu'un différentiel, car elle est plus efficace. Il est fortement conseillé de l'associer à des éléments de transmission avant renforcés. Sont donc totalement à exclure les cardans en plastique (ou composite). Les cardans en aluminium de type MIP CVD souffrent et peuvent se tordre ou casser, et la plupart des constructeurs les employant sur leurs autos proposent en option des cardans en acier ou en aluminium de plus fort diamètre. Si l'auto sur laquelle on utilise la roue-libre a une transmission par cardan central (Team Associated TC3/TC4, HPI RS4 Pro4, Tamiya TB Evo, Evo2, Evo3, Evo4, Evo5, etc.), la transmission doit être sans point faible et parfaitement calée. Si le constructeur (ou un optionneur) propose des options pour renforcer ou mieux guider la transmission, leur achat sera certainement à considérer.

Que les sorties de la roue-libre puissent recevoir ou non des cardans équipés d'embouts de cardan type blade (en photo ci-contre), il est important que la transmission tourne sans point dur. Si les sorties de la roue-libre sont creusées par la goupille du cardan, il peut en résulter des points durs dans la transmission qui occasionneront un comportement bizarre, voir imprévisible sur la piste.

Il est donc important de surveiller ce point, mais également l'état des cardans. Sous l'effet des contraintes générées par la roue-libre, les cardans en eux-mêmes peuvent se tordre ou fléchir, et l'articulation côté roue s'user prématurément.

Au niveau de l'articulation côté roue, la graisse Tamiya "Anti-Wear" donne un excellent résultat pour diminuer l'usure. Un très bon produit, hautement recommandable, un peu cher à l'achat, mais qui se rentabilise vite. Inutile d'en mettre une grande quantité, mieux vaut un film fin homogène qu'une grosse tartine mal répartie (et qui maculera généreusement l'intérieur de la carrosserie).

Les graisses noires (graphitées?) pour butée à billes de différentiel type Team Associated donne un bon résultat, mais en-deça de celui obtenu avec cette graisse Tamiya.

Appliquer une fine quantité de ce type de graisse sur les sorties de la roue-libre pourrait être aussi intéressant si les cardans n'ont pas d'embouts blades, toujours dans le but de diminuer l'usure. Si les cardans ont des embouts blade, il ne faut pas hésiter à les changer dès qu'ils présentent des signes de fatigue, avant que leurs goupilles ne creusent les sorties de la roue-libre.

On l'a déjà dit plus haut, ces cages anti-retour subissent des contraintes importantes. Il est donc important également d'entretenir consciencieusement.

Pour les nettoyer, on évitera si possible l'usage de spray moteur, de nettoyant frein voir de certains dégrippants, car les aiguilles (voir les flèches rouges sur la photo ci-contre) sont maintenues par une pièce en plastique. Ces produits pourraient la détériorer.

Il est fortement conseillé d'utiliser une huile spéciale cage anti-retour pour les lubrifier. Il existe ce type d'huile chez X-Ray, Serpent, Mugen, etc. Assez coûteuse en général. Donc on utilisera une astuce dévoilée par un vieux (et sérieux) briscard du thermique: l'huile pour boîte automatique. Cette huile a le même aspect, la même odeur caractéristique, la même couleur rouge que les huiles dites "spéciales roue-libre". Mais l'avantage est le prix, un litre d'huile pour boîte automatique coûte le prix d'un minuscule flacon d'huile dite "spéciale roue-libre". Il ne faut jamais utiliser d'huile silicone (type pour amortisseurs, car ce n'est pas un lubrifiant) ou d'huile au Teflon (car le Teflon n'apprécie pas les charges importantes). Les huiles de mécaniques ou pour roulements peuvent éventuellement convenir, mais certaines ont une curieuse tendance à "figer" dans les roues-libres.

Enlever tout d'abord avec une pince brucelle toutes les impuretés (fils de moquette, etc.) qui pourraient s'être introduites dans le corps de la roue-libre.
On peut ensuite insérer un tissu (non-pelucheux, très important) dans les cages anti-retour pour absorber l'huile qui peut se dénaturer à la longue ou qui pourrait se charger en impuretés. Si l'ensemble est vraiment sale, imprégner abondamment les aiguilles avec de l'huile appropriée et essuyer en répétant ce cycle plusieurs fois. N'utiliser du spray moteur qu'en dernier recours pour les raisons évoquées plus haut.
Au final, les cages anti-retour ne doivent pas baigner dans l'huile, au contraire. Pour cela, appliquer un film uniforme d'huile sur la partie "roulante" des sorties de roue-libre, insérer ces dernières dans les cages anti-retour et les faire tourner pour vérifier leur bon fonctionnement.
La rotation doit être bien libre dans un sens et le blocage doit se faire sentir immédiatement dans l'autre sens. Si l'on sent un effet "ressort" dans le sens normalement bloqué, la cage anti-retour est morte. Cela peut occasionner des comportements imprévisibles sur la piste.

Si la notice de l'auto préconise l'insertion de O-ring dans les sorties de roue-libre, il est fortement conseillé de suivre ce conseil. Sinon les sorties de roue-libre pourraient avoir trop de liberté axial, et provoquer la casse du cardan sous la contrainte d'une accélération.

Conseil de réglages.

Dans un premier temps, pour faciliter la conduite et s'habituer à la roue-libre, on peut diminuer le débattement de la direction (réglage disponible sur toutes les radiocommandes dignes de ce nom) et diminuer la puissance du frein (soit en le réglant sur le variateur si c'est possible, soit sur la radiocommande) et, si c'est possible sur le variateur, la puissance du frein d'attaque.

Côté réglage, l'erreur quand on débute avec la roue-libre est de souvent de partir dans des réglages extrêmes, soit pour calmer l'avant et/ou accrocher l'arrière. On se retrouve ainsi avec une voiture peu équilibrée, peu efficace et déplaisante à conduire. Le passage du différentiel à la roue-libre nécessite certes quelques ajustements niveau réglages, mais ils ne sont pas fondamentalement différents. Ne pas hésiter à consulter et analyser les fiches de réglages disponibles sur le net pour de nombreux châssis du marché.

Cas particulier de la roue-libre avant associé à la roue-libre centrale.

Certains châssis du marché (Tamiya TRF415, 415MS, 415MSX, Hot-Bodies Cyclone...) offrent la possibilité d'associer la roue-libre avant ("front one-way" en anglais) à une roue-libre centrale ("central one-way" ou "one-way pulley"). D'un point de vue théorique, cela ne change pas les lois de transfert de la puissance théorique, le comportement devrait être le même. D'un point de vue mécanique, c'est mieux d'associer cest deux éléments, car les deux cages anti-retour de la roue-libre avant sont en pratique toujours déséquilibrées. Comme écrit précédemment, elles sont très sollicitées et dans certaines positions, peuvent se comporter anormalement une fraction de seconde. Cette roue-libre centrale permettra de rééquilibrer les lois de comportement entre la roue avant gauche et celle avant droite.

En pratique, certains pilotes disent sentir une différence entre roue-libre avant seule et l'association roue-libre centrale et roue-libre avant. Cependant, suivant les sources, les sensations diffèrent.