FR2523677A1 - Suspension elastique a ressort, notamment pour vehicule automobile - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES SUSPENSIONS ELASTIQUES DU TYPE POUTRE HYPERSTATIQUE PERMETTANT D'AMORTIR LES VIBRATIONS DES MASSES NON SUSPENDUES ET DE MAINTENIR CONSTANTE LA HAUTEUR DES CHARGES VARIABLES QUI LUI SONT APPLIQUEES. IL COMPREND UNE LAME ENCASTREE 3 SUPPORTANT LES CHARGES. CETTE LAME REPOSE SUR UN APPUI MOBILE 5 DONT LE DEPLACEMENT SUR LA LAME MODIFIE SA FLEXIBILITE. UN MECANISME 8 PERMET DE REDUIRE OU AUGMENTER A VOLONTE LA LONGUEUR DE LA PARTIE FLECHIE POUR MAINTENIR UNE FREQUENCE CONSTANTE ASSURANT A UN VEHICULE UN BON CONFORT ET UNE BONNE TENUE DE ROUTE. CETTE LAME CONSTITUEE DE PLAQUES RIGIDES 14 COLLEES AVEC DES PLAQUES VISCOELASTIQUES 15 AGIT COMME UN AMORTISSEUR. PARMI LES APPLICATIONS LES PLUS INTERESSANTES DE L'INVENTION, ON PEUT CITER LA SUSPENSION DES VEHICULES, DES ENGINS ET D'UNE MANIERE GENERALE, TOUT CORPS SUSPENDU A UN BATI EN MOUVEMENT.

Description

Ressort amortisseur à flexibilité variable et à fréquence constante.

Le domaine de la présente invention est celui de la suspension élastique d'un corps à un bâti, applicable notamment, mais non exclusivement, à la réalisation d'une suspension arrière d'un véhicule à roues indépendantes.

I1 concerne aussi, à titre d'exemples non limitatifs, la suspension des remorques et semi-remorques, des caravanes, des cycles, des sièges de camion ou de tracteur.

On 8 déjà proposé des suspensions mécaniques comportant un élément élastique constitué par des ressorts à lames, en hélice ou en caoutchouc travaillant en flexion ou en compression et des barres agissant par torsion.

Mais ces suspensions, ne possédent la souplesse désirable que pour un seul état de charge. Il faut employer des ressorts à pas variable ou plusieurs ressorts différents pour se rapprocher, d'ailleurs imparfaitement, de la courbe de variation de la flexibilité fonction de la charge. Enfin, la hauteur d'assiette est d'autant plus faible que la charge est grande. I1 s'ensuit un éclairage médiocre et éblouissant pour les véhicules venant en sens inverse, une dégradation de la maniabilité, une diminution du confort et de la tenue de route et le talonnage sur les butées.

D'autres suspensions, pneumatiques ou oléopneumatiques, sont basées sur l'utilisation de l'élasticité d'un gaz comprimé dans une capacité variable avec correction par un appoint de fluide ou de gaz sous pression.

Mais ces supensions nécessitent un compresseur, une pompe, des réservoirs, des canalisations, des dispositifs de rêgulation, lesquels sont encombrants, pesants et multiplient les risques de défaillance.

L'amortissement des masses non suspendues de ces deux types de suspension n'est pas prévu, malgré des oscillations qui atteignent parfois 200 Hz en roulant sur des pavés.

On a bien proposé pour ce faire, des amortisseurs à inertie qui contrarient les oscillations de chaque roue par celle d'une masse libre située dans un boitier porté par le support de roue, mais ces amortisseurs sont encombrants et coûteux.

En présence de cet état de la technique, le but de l'invention est de proposer une nouvelle suspension, mécanique, amortissante, réunissant la simplicité d'entretien et la robustesse des unes au confort et à la tenue de route procurés par les autres, avec un encombrement réduit, une rigidité réglable pour obtenir une hauteur d'assiette constante quelle que soit la charge.

Cette nouvelle suspension présente, par rapport à celles précitées, l'adoption avantageuse des caractéristiques suivantes: - allégement du poids par suppression des bras oscillants, des tirants longitudinaux, des bras de roues, des essieux.

-emploi d'un ensemble porteur simple et relativement classique donc peu coûteux.

- diminution du niveau sonore de roulement par un excellent filtrage des vibrations qui augmente encore l'isolation du train par rapport à la caisse.

- réglage de la flexibilité selon la charge permettant l'gali- sation des niveaux avant et arrière.

- possibilité de modifier directement du siège du conducteur, la fermeté ou la douceur de la suspension pour obtenir un état propice à une conduite trés sportive ou au contraire particulièrement confortabie.

- possibiiité de changer une roue sans cric.

- maintien parfaitement vertical du déplacement de la roue en charge, en virage ou en cas d'obstacles, sans la moindre modifi
v cation du carrossage d'origine.

A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble formé de - une lame de ressort encastrée à une extrémité, reposant sur un appui situé à distance de l'autre extrémité libre sur laquelle s'exerce la force unique localisée de la charge.

- un dispositif de réglage permettant d'agir sur une plage de manoeuvre pour durcir ou au contraire détendre le ressort.

L'encastrement se présente comme une machoire en plastiques stratifiés en verre textile.

Lia lame de ressort est formée d'un matériau composite fait de plaques viscoélastiques collées entre des plaques rigides.

Les plaques élastiques présente la propriété de dissiper l'énergie due aux vibrations, la capacité de supporter des lourdes charges, la résistance à la fatigue pour supporter des millions de colltraintes cycliques la flexion et une durée de vie suffisante. Le matériau du ressort est constitué de ces plaques viscoélastiques collées par des résines entre des plaques rigides.

Alternativement, chacune des plaques rigides agit comme une contre-plaque de contrainte pour les autres. Alors que les fibres des plaques rigides sont soumises à la flexion, celles des plaques viscoélastiques sont cisaillées les unes par rapport aux autres, dissipant ainsi l'énergie de vibration par transformation en énergie thermique.

L'usage montre qutil existe des relations et des paramètres essentiels entre les épaisseurs et le nombre de plaques collées pour augmenter la valeur du facteur de perte du matériau à une fréquence donnée. Ce ressort a donc la propriété d'amortir les oscillations ou vibrations à haute fréquence tout en laissant
de libre la frdquence/la suspension contrlée par les amortisseurs, ce qui diminue d'autant la transmission des mouvements.

I1 faut noter que le matériau utilisé ne subit pas de variation de volume au cours de ltécrasement.(analogie avec un fluide incompressible) Un calcul simple montre que ce type de poutre résiste bien aux efforts rasants et donne un moment d'inertie et un module bien supérieurs à ceux obtenus pour une plaque homogène de poids égal. Pour une résistance équivalente, le poids et la largeur sont considérablement réduits.

La lame de ressort encastrée avec son appui mobile, dst en fait une poutre hyperstatique.

Pour ce type de poutre, tout déplacement de l'appui a pour effet, avec une charge donnée, de modifier la flèche de l'extrémité libre.

Inversement, la flèche est maintenue constante pour des charges différentes appliquées à cette même extrémité libre, par le simple déplacement de l'appui mobile.

Pour obtenir le déplacement de manière pratique et continue et maintenir une flèche constante, il suffit d'ajouter à cet ensemble un système asservi à l'importance de la charge.

te mécanisme permet aussi le changement éventuel d'une roue en cas de crevaison. I1 suffit de placer la suspension en position haute (la plus dure), de mettre une chandelle sous le châssis qui s'est soulevé pendant cette opération coté de la roue à changer, puis de ramener la suspension en position basse.

Les deux roues se soulèvent du sol, le châssis s'abaissant du côté opposé et permettant un chingement aisé.

I1 ne reste qu'à renouveler cette opération en sens inverse et placer la suspension en position normale.

Afin de remédier aux effets de force centrifuge en virage ou aux accidents de terrain un asservissement centrale le fonctionnement du mécanisme, commande le sens de rotation et pallie ainsi à toute modification momentanée de la charge pour les raisons citées ou de l'occupation du véhicule.

Cet asservissement, qui ne fait pas partie de l'invention, peut être constitué par des palpeurs à relais temporisés et un micro ordinateur central.

Ce mécanisme est doublé d'une commande manoeuvrable accessible du siège du conducteur, pour affermir ou adoucir à volonté la suspension réglée normalement sur une plage proche de l'assiette normale du châssis par rapport au sol.

Le conducteur obtient, dans ces conditions, une suspension propre à une conduite trés sportive ou à une allure de promenade.

L'orientation de cette suspension longitudinale communique aux roues sollicitées un déplacement vertical, sans changement de l'angle de carrossage que ce soit en marche normale, en virage ou (et) en cas de rencontre d'obstacles.

Cette association permet ltoptimisation des caractéristiques de cescomposants et confère ainsi à cet ensemble un gain de poids appréciable par rapport aux autresesuspensions en service.

Selon une première réalisation, le déplacement de l'appui simple est communiqué par un vérin électrique.

Selon une deuxième réalisation, le déplacement ds l'appui simple est commandé par une vis sans fin entraînée per un motoréducteur ou par une transmission mécanique prise sur la botte de vitesses. Cette dernière réalisation est entièrement mécanique.

Selon d'autres réalisations particulières -tla suspension comporte un ressort non amortisseur remplaçant le composite par un matériau homogéne. La poutre demeure hyperstatique et elle est employée lorsque les oscillations n'ont qu'un effet secondaire.

- contrairement à la précédente, seul le ressort composite est utilisé. I1 travaille à la flexion et se conduit comme une poutre isostatique, sans appui ni mécanisme. Cette réalisation est particulièrement intéressante lorsque la variation de la charge est faible. Elle convient aussi pour certaines ralisa- tions telle la conception des skis et des raquettes de tennis.

L'invention sera mieux comprise au cours de la description détaillée des réalisations données ci-dessous à titre d'exemples et qui fontapparaître ainsi des caractéristiques secondaires avec leurs avantages propres.

I1 est bien entendu que les descriptions et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif.

I1 sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'une première réalisation d'un ensemble de deux suspensions jumelés conformes à l'invention avec arrachement et coupe partielle d'un demi train du même ensemble.

La figure 2 est une coupe longitudinale d'une suspension selon une deuxième réalisation.

La figure 3 est une coupe de détail de l'appui simple mobile selon l'une quelconque des réalisations.

La figure 4 est un ensemble de diagrammes représentant la disposition des charges, l'aire de la valeur des moments et le tracé de la déformée du ressort avec représentation de l'angle et de la flèche de déformation.

La figure 5 représente la coupe d'un ressort composite en position dotrepos.

La figure 6 représente la coupe d'un ressort composite en position de travail, placé sur un ventre de vibration qui montre la position des fibres viscoélastiques lorsque celles-ci s'opposent à l'action de cisaillement.

Selon la réalisation de la figure 1 les deux suspensions représentées permettent d'atteler deux roues 1 arrières d'un véhicule automobile au châssis 2 de ce véhicule.

Chaque suspension comprend un ressort 3 fait d'une lame unique, d'un encastrement 4 et d'un appui mobile 5 qui s' appuie d'une part sur la partie supérieure d'un carter 6 et reporte d'autre part la réaction obtenue sur la lame de ressort 3.

La lame de ressort 3 est précambrée afin de diminuer l'angle d'attaque de l'appui mobile 5.

L'encastrement 4 est réalisé dans une matière thermodurcissable faite de stratifiés renforcés par de la fibre de verre, cette matière étant dure et possédant un grand facteur d'amortissement.

Le carter 6, enchassé dans le bas de caisse de la carrosserie et fixé solidement au châssis, n'est pas apparent et il est fermé à ses extrémités, respectivement par le volume de l'encastrement 4 et par un soufflet 7 qui protège de la poussière et de la boue.

Selon la réalisation des figures 1 et 3, un mécanisme fi actionne l'appui mobile 5 par l'intermédiaire, dans l'exemple donné, d'un vérin électrique9 de trés faible puissance (moins de 50 W) entrainé par un électroréducteur réversible 10, ce vérin 9 poussant ou tirant un axe 11 perpendiculaire accouplé à celui-ci.

Cet axe 11 s'appuie, comme dit précédemment, sur la partie supérieure du carter 6 par deux galets de cames 12 qui transmettent directement au ressort 3, la réaction donnée par deux autres galets de cames 13 de même diamètre.

Il faut préciser que les surfaces de la partie supérieure du carter 6 et de la partie supérieure du ressort 3 présentent une rainure en forme de mortaise pour dégager le contact des galets non opératoires. La figure 3 montre bien cette disposition assez particulière.

En résumé, l'électroréducteur 10 entraîne donc à la demande le déplacement du vérin 9, ce qui amène suivant le sens de rotation de l'électroréducteur 10, le tirage ou le poussage de l'axe 11 dont les galets 11 et 12, agissant en fcrme de coin entre ra partie supérieure du carter 6 et la partie supérieure du ressort 3 qui est précambré pour diminuer la tangente de l'angle de frottement existent.

Selon le deuxième réalisation de la figure 2, la translation s'opére par une vis sans fin à filets carrés 14 traversant l'axe 11 qui supporte deux fois deux galets 12 et 13. La vis 14 est entraînée par un électroréducteur réversible 10 comme dans la première réalisation.

Selon une troisième réalisation non figurée, entièrement mécanique, la transmission se fait par l'intermédiaire de renvois d'angle sur une prise de force de la boite de vitesses.

Dans d'autres réalisations, la translation s'opère par vérin pneumatique, hydraulique, par effet électromagnétique ou tout autres dispositifs telle qu'une simple manivelle.

Dans une dernière variante, simplifiée, 1o translation est symétrique pour les deux suspensions par action d'un dispositif commun qui est, par exemple non limitatif, un moteur électrique agissant par des arbres et des renvois d'angles sur les vis 14 sans fin des deux suspensions jumelés.

Selon la réalisation de la figure 4, il est représenté la dispotion des charges l'aire des moments et le tracé de la déformée du ressort 3.

On constate que la valeur de la flèche"f"à l'extrémité de la partie libre est fonction du poids: de la longueur du ressort et de la distance"a" séparant la partie mobile 5 et l'extrémité libre supportant les roues i.

Plus "P" est important, plus l'appui mobile 5 devra être poussé vers l'extrémité libre en vue de réduire la flèche sans toutefois excéder certaines limites qui conduiraient à talonner.

Au contraire, si "P" est faible1 l'appui mobile 5 sera ramené à proximité immédiate de l'encastrement 4 pour augmenter la flèche "f" et obtenir ainsi le confort désirable.

Selon la réalisation des figures 1, 2, 3 et 4, il est maintenant nécessaire de définir la composition de la lame de ressort 3 et d'en préciser les caractéristiques principales.

Elle est constituée dans l'exemple donné par plusteurs plaques en alliages d'aluminium au zinc-magnésium 14 et viscoélastiques1' en polyuréthanet collées entre elles par des résines époxydiques souples aprés une préparation de surface adaptée. La flexion du ressort 3 entrain le cisaillement des fibres viscoélastiques 15
v qui dissipent l'énergie mécanique de vibration en une énergie thermique inoffensive. Un élément partiel du ressort 3 au repos est représenté sur la figure 5 et transformé en un ventre de vibration sur la figure 6 quand le ressort est excité par le roulement sur la chaussée.

Il reste bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux réalisations représentées, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre ni de leur esprit.

Pius généralement, l'invention couvre toutes suspensions élastiques analogues à celles représentées, dans son application totale ou partielle, que celle-ci en soit faite aux roues d'un véhicule ou à tout corps suspendu à un bâti en mouvement.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Suspension élastique d'un corps à un bâti, notamment pour un véhicule automobile, comportant un élément élastique(3) encastré(4) à une extrémité audit bâti(2) et sollicité par le poids du corps à l'autre extrémité, caractérisé par le fait que la fonction réglage de la flexibilité de cet élément élastique(3) est assurée par un appui simple mobile(5) se déplaçant sur celui-ci(3) par la combinaison d'un coin(S), d'un disposi tif de manoeuvre (9) alternatif, tel un vérins et d'un système de commande(8).

2. Suspension selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élément élastique est une lame de ressort(3) composée de plaques viscoélastiques(143 collées entre des plaques rigides(15) dont la combinaison comporte une fonction d'amortisseur des masses non suspendues.

3. Suspension selon la revendication 1, caractérisée par ce que le coin(5) est constitué par deux jeux de galets(12-13) montés sur un axe unique(11) auquel est transmis le mouvement alternatif de la fonction réglage.

4. Suspension selon les revendications 1 et 3, caractérisée en ce que deux galets(12) s'appuient sur une surface rectiligne (6)fixée au bâti(2) et que deux autres galets(13) reportent la réaction des précédents(12) sur 11 élément élastique(3) par l'intermédiaire d'un axe(11)porteur et 'moteur.

5. Suspension selon les revendications 1, 3 et 4 caractérisée en ce que la surface rectiligne(6) et l'élément élastique (3)sont rainurés dans le sens longitudinal et ne comportent pas d'interférences de contact entre- eux par la conjonction des deux jeux de galets(12-13)en rotation inverse par déplacement.

6. Suspension selon les revendications 1,3,4 et 5, caractérisée en ce que l'élément élastique(3)est précambré dans le sens inverse de l'effort de flexion.

7. Suspension selon les revendications 1,3,4 et S, caractérisée en ce que le moyen de transmission du mouvement alternatif de la fonction réglage est, notamment pour un véhicule automobile, commandé automatiquement par la modification du niveau de l'assiette normale du châssis(2)par rapport au sol ainsi que directement à la demande > par le conducteur dudit

demande > véhicule.