Le châssis du véhicule est le principal soutien de la structure du véhicule à moteur sur lequel tous les autres composants sont attachés.
Jusqu'aux années 1930, pratiquement chaque voiture avait un châssis séparé de sa carrosserie. Cette conception est connue comme carrosserie-sur-châssis. Avec l'apparition des grandes presses à emboutir l'acier et l'amélioration de la soudure à l'arc, commercialisés et popularisés notamment par l'industriel américain E.G. Budd, qui collabora entre autres avec Morris en Angleterre et Citroën en France, les véhicules ont pu être conçus de manière monocoque, ce qui signifie que leur châssis et leur carrosserie sont intégrés l'un à l'autre.
Presque tous les camions, les autobus et autocars comme la plupart des pickups continuent à utiliser un châssis séparé.
Par opposition à la carrosserie, on peut parler de châssis pour désigner l'ensemble des structures participant à la fonction de roulage de l'automobile, ce qui exclut le ou les moteurs, les transmissions ainsi que les accessoires.
Fonctions Les principales fonctions d'un châssis dans les véhicules à moteur sont les suivantes : Porter les composants mécaniques et la carrosserie Traiter les forces statiques et dynamiques, sans trop de flèche ni de distorsion. Ces forces comprennent : Le poids du moteur, de la carrosserie, des passagers et des cargaisons. Les torsions verticales et longitudinales transmises en circulant sur des surfaces inégales. Des forces latérales causées par les conditions de la route, le vent et le pilotage du véhicule. Le couple du moteur et de la transmission. La traction longitudinale au démarrage et à l'accélération, ainsi que la compression au freinage. Les impacts brutaux lors des collisions. Types de châssis en fonction de la construction : Châssis en échelle Châssis en X Châssis hors cadre Châssis hors cadre avec traverse de cadre Châssis périmètre
Types des longerons droite|vignette|Châssis de Pick-up. Notons la traverse en forme de chapeau dans le fond, des profilés en forme de C, des traverses latérales au centre et un léger arc au-dessus de l'axe. Le matériau généralement utilisé pour construire des châssis et des cadres de véhicule est l'acier au carbone ; on emploie parfois des alliages d'aluminium pour alléger la construction. Dans le cas d'un châssis séparé, le cadre est constitué d'éléments de structure appelé rails ou poutres. Ils sont généralement faits de sections d'acier canals sur les jantes, faites par pliage, roulage ou en pressant sur la plaque d'acier.
Il y a trois conceptions principales pour ces sections. Si le matériel est plié deux fois, une section ouverte est produite, soit en forme de C ou en forme de chapeau (en forme de U). Les châssis « boîtes » sont constitués de rails fermés, soit par soudage, soit préfabriqués à l'aide de tubes métalliques.
C-shape De loin le plus fréquent, le rail en forme de C a été utilisé sur presque tous les types de véhicule à un moment ou à un autre. Il est fait à partir d'acier plat (d'une épaisseur variant généralement entre et ) qui est roulé des deux côtés pour former un faisceau en forme de C pour la longueur du véhicule.
Chapeau Les rails en forme de chapeau ressemblent à un « U » et peuvent être utilisés droits ou inversés avec la zone ouverte vers le bas. Leur usage n'est pas répandu en raison de leur faiblesse et d'une certaine propension à la rouille, cependant ils peuvent être trouvés sur certaines Chevrolet et certaines Studebakers de 1936-1954.
vignette|gauche|Châssis personnalisé hautes performances, utilisant des rails boîte et des sections de tube.
Abandonné pendant un certain temps, le châssis chapeau gagne à nouveau en popularité lorsque les entreprises ont commencé à le souder sous la carrosserie des voitures, créant un châssis coffre.
Coffre À l'origine, les châssis coffre sont faits par le soudage de deux rails en C correspondants pour former un tube rectangulaire. Les techniques modernes utilisent un processus semblable aux rails en C, une pièce d'acier est pliée en quatre faces et ensuite soudée à la jointure des deux bouts.
Dans les années 1960, les châssis-coffre des voitures américaines conventionnelles étaient soudés par points ici et là le long de l'axe ; lorsqu'elle est transformée en stock car NASCAR par les coureurs, la boîte est soudée en continu du début à la fin pour rigidifier l'ensemble.
Caractéristiques droite|vignette|Châssis de camionnette Pickup, avec le moteur, le train roulant, la suspension et les roues. Tout en paraissant au premier abord comme une simple armature de métal, le châssis est soumis à de grandes tensions et compressions et est construit en conséquence. Le premier thème abordé est la hauteur des longerons, ou hauteur de la paroi verticale du châssis. Plus elle est élevée, plus le châssis résistera aux flexions verticales lorsqu'une force est appliquée à sa partie supérieure. C'est la raison pour laquelle les semi-remorques ont de plus hauts rails de châssis que d'autres véhicules au lieu d'être simplement plus épais.
Quand l'aspect, la qualité de la conduite et la tenue de route deviennent de plus en plus importants pour les consommateurs, de nouvelles formes sont intégrées dans les châssis. Les parties les plus visibles sont les arcs et les renfoncements. Au lieu de courir tout droit sur les deux essieux, les châssis sont arqués pour asseoir leur partie inférieure à peu près au niveau des axes et courbés sur les essieux avant de redescendre de l'autre côté pour le placement des pare-chocs. Les renfoncements servent aussi au passage des axes et des roues, mais ne se courbent pas vers le bas de l'autre côté, et sont plus fréquents sur les extrémités avant.
On peut rencontrer des rails étroits coniques à l'avant de l'habitacle du véhicule. Cela se fait principalement sur les camions afin de réduire le poids et d'augmenter légèrement la place pour le moteur à l'avant du véhicule qui ne porte pas autant de poids que le chargement à l'arrière. Les développements de conception ont créé des châssis qui utilisent plus d'une forme dans le même longeron. Par exemple, certains camions ont un châssis boîte à l'avant de la cabine, des longerons plus courts et plus étroits sous la cabine et des profils en C sous le lit.
Sur les châssis « périmètre », les zones où les longerons se connectent à partir de l'avant au centre et du centre à l'arrière sont plus faibles par rapport aux châssis traditionnels, de sorte que cette section est en profil de boîte, créant ce qui est connu sous l'appellation de « boîte de couple ».
Types Châssis en échelle vignette|Châssis en échelle avec entretoises diagonales et trous d'allègement. Ainsi nommé pour sa ressemblance à une échelle, le châssis en échelle est le plus simple et le plus ancien de tous les modèles. Il se compose de deux poutres symétriques, longerons ou canaux de la longueur du véhicule, et plusieurs traverses qui les relient. À l'origine vu sur presque tous les véhicules, le châssis échelle a été éliminé progressivement sur les voitures en faveur de châssis périmètre et de châssis monocoques. Il est aujourd'hui considéré principalement sur des camions. Cette conception offre une bonne résistance longitudinale en raison de ses rails continus de l'avant à l'arrière, mais une faible résistance à la torsion ou déformation si de simples traverses sont utilisées pour réunir les deux poutres constituantes. La hauteur totale du véhicule sera aussi plus grande en raison du plancher posé au-dessus du châssis au lieu de l'intérieur.
Monocoque
gauche|vignette|La carrosserie-châssis de la Citroën Traction Avant (1934). gauche|vignette|Dessin de châssis par transparence de la Nash Ambassador 600 de 1942. gauche|vignette|La « cellule de sécurité » de la Saab 9000 en rouge et en orange (2005). gauche|vignette|Châssis en épine dorsale de la Lotus Elan de 1962. gauche|vignette|Proton Prevé avec construction monocoque. Le terme monocoque désigne une construction unitaire où le châssis est inclus dans la carrosserie. Cette approche de l'ingénierie d'un véhicule décrit un « châssis-carrosserie d'une seule pièce », un type de construction du châssis et de la carrosserie qui forment une structure unique. Une telle conception est généralement plus légère et plus rigide qu'un véhicule ayant une carrosserie fixée sur un châssis L'architecture traditionnelle de carrosseries-sur-châssis s'est déplacée vers la structure monocoque plus légère qui est maintenant utilisée sur la plupart des voitures. La dernière voiture produite en masse au Royaume-Uni avec un châssis séparé a été la Triumph Herald, abandonnée en 1971.
La construction intégrée du châssis et de la carrosserie nécessite plus que le simple soudage d'une carrosserie à un châssis conventionnel. Dans un système entièrement intégré, l'ensemble de la voiture est porteur de charges et doit s'occuper de toutes les forces subies par le véhicule, y compris les chargements de fret. Les structures monocoques des véhicules à roues sont généralement fabriquées par soudage de panneaux métalliques préformés et d'autres composants, par la formation ou la coulée de sections entières en une seule pièce, ou par une combinaison de ces techniques. Même si elles sont appelées des structures monocoques, parce que les panneaux extérieurs sont porteurs de charges, il y a encore des côtes, des cloisons et des sections en boîte permettant de renforcer la carrosserie, ce qui rend le nom semi-monocoque plus approprié.
La première tentative d'élaboration d'une telle conception technique fut faite sur la Lancia Lambda de 1922 pour fournir une structure de rigidité et une baisse de la taille de la voiture pour sa carrosserie torpédo. La Lambda, bien que de conception ouverte, avec un toit sans contrainte, tient moins d'une coquille monocoque que d'un bol. ont été produites.
Un rôle clé dans le développement de la structure unitaire a été tenu par la société américaine Budd Company, maintenant ThyssenKrupp Budd. Budd fournissait des carrosseries en acier embouti à monter sur les châssis pour les constructeurs automobiles Dodge, Ford, Buick, et la société française Citroën. Cet ingénieur mit aussi au point les techniques de soudure à l'arc qui permirent l'évolution vers les constructions monocoques.
En 1930, Joseph Ledwinka, un ingénieur collaborant avec Budd, conçut un prototype d'automobile de construction unitaire.
Citroën acheta cette conception unitaire de carrosserie pour sa Traction Avant. Cette voiture de production de masse a été introduite en 1934 et vendue à 760 000 unités durant ses 23 années de production. Cette application a été la première tentative moderne d'intégration structurelle de la carrosserie et du châssis, assemblant des pièces embouties par soudures à points pour former une cage structurelle comprenant les seuils, les piliers et les poutres de toit. En plus d'une carrosserie unitaire sans aucun châssis, ce véhicule a également présenté d'autres nouveautés comme les quatre roues à suspension indépendante, et la traction avant. En résultat de ces innovations, la Traction Avant avait un aspect futuriste pour son époque.
Pour la Chrysler Airflow, (1934-1937), Budd fournit une variation : trois sections principales de la carrosserie de l'Airflow sont soudées en ce que Chrysler appelle une construction en pont. Pour la Chrysler Airflow malheureusement, cette méthode n'était pas idéale, les ajustements de panneaux étant pauvres. Pour convaincre un public sceptique de la résistance de la carrosserie unitaire, Citroën et Chrysler firent réaliser des films publicitaires montrant des voitures ayant survécu après avoir été poussés du haut d'une falaise.