FR2786142A1 - Dispositif de suspension pour siege de vehicule - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les suspensions de sièges de véhicule.Elle consiste à réaliser un dispositif de suspension comportant deux plaques verticales rigides (11, 12), l'une fixée au siège (100) et l'autre au véhicule (101); réunies par deux paires de lames flexibles (10). Les plaques et les lames forment deux structures en forme de parallélépipède déformable uniquement par la flexion des lames.Elle permet de limiter les mouvements du siège par rapport au véhicule à des mouvements strictement verticaux.

Description

La présente invention se rapporte aux dispositifs de suspension qui permettent de relier de manière élastique les sièges d'un véhicule au châssis de celui-ci, de manière à éviter dans toute la mesure du possible de transmettre au conducteur assis sur le siège les chocs subis par le châssis.

Elle permet aussi bien de réaliser une suspension passive qu'une suspension active. Elle permet également de réaliser un simulateur de mouvement pour siège de véhicule.

Les sièges de véhicules sont soumis à des vibrations qui nuisent considérablement au confort du conducteur, ce qui entraîne des risques d'accident. L'atténuation de ces vibrations se fait essentiellement au niveau de la structure du siège, qui comporte souvent une garniture de mousse visco-élastique reposant sur une nappe de ressorts plats horizontaux. Pour certains véhicules professionnels soumis à des secousses de grandes amplitudes, on utilise en outre parfois des systèmes de suspension plus ou moins compliqués placés entre le châssis du véhicule et le siège proprement dit. Par exemple un coussin qui se gonfle quand on met le contact.

En fait l'essentiel est d'atténuer, sinon de supprimer, les oscillations dans le sens vertical. En effet, ce sont celles-ci qui présentent la plus grande amplitude et sont les plus gnantes en termes de confort. Pour obtenir ce résultat, il faut que le mouvement soit purement vertical mme si la charge (conducteur ou passager) n'est pas centrée.

Le problème est donc de réaliser une suspension qui soit à la fois souple dans la direction de I'axe vertical seulement, et qui présente par contre une grande raideur dans toutes les directions du plan horizontal.

Dans une demande de brevet N 97 03612, déposée par la demanderesse le 25 mars 1997 et délivrée le 2 octobre 1998 sous le
N 2 761 311, la demanderesse a décrit une suspension de ce type comportant des parattétogrammes munis d'un ensemble de biellettes réunies entre elles, ainsi qu'au siège et au châssis, à I'aide d'articulations élastiques.

Cette suspension permet d'obtenir parfaitement les objectifs décrits ci dessus mais elle présente les inconvénients d'tre lourde et coûteuse. Ces inconvénients sont relativement mineurs dans le cas d'une application au contrôle actif des vibrations, en particulier pour l'usage dans un simulateur de conduite, mais elles sont relativement rédhibitoires dans le cas d'une fabrication en grande série, notamment pour les sièges d'automobiles.

Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un dispositif selon les revendications annexées.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent :
-la figure 1, une vue en perspective cavalière d'un dispositif selon l'invention, fixé d'un côté à un siège et de l'autre côté à un support ;
-les figures 2 et 3, une vue de côté du dispositif de la figure 1 dans une position de repos ;
-la figure 3, une vue de côté de ce mme dispositif fléchi sous l'action d'une charge ; et
-la figure 4, une vue en perspective d'une variante de fabrication d'un élément du dispositif des figures 1 à 3.

En se reportant aux figures, la liaison entre le siège 100 et la structure 101, le chassis d'un simulateur de conduite par exemple, est réalisée par un dispositif selon l'invention. Celui-ci est accroché d'un côté au siège par une ferrure en T comportant une plaque verticale 11 et une plaque horizontale 111, et de l'autre côté à la structure porteuse 101 par une autre ferrure en T comportant une plaque verticale 12 et une plaque horizontale 121.

Pour obtenir à la fois la flexibilité nécessaire à la suspension et la rigidité structurelle qui limite le mouvement du siège à des oscillations verticales, les plaques 11 et 12 de ses deux structures en T sont reliées par quatre lames horizontales 10 groupées 2 par 2.

Chaque paire de lames 10 est fixée rigidement, par soudure par exemple, à angle droit à chacune de ces extrémités, respectivement aux plaques 12 et 11, de manière à former avec celles-ci une structure parallélépipédique rectangle lorsque les lames ne sont pas sollicitées en flexion. Chacun de ces deux ensembles parallélépipédique est fixé respectivement aux extrémités des structures en T, de manière à tre situé respectivement en dessous du bord droit et du bord gauche du siège qui est soutenu par cet ensemble.

L'épaisseur et la largeur de ces pièces sont choisies de telle manière que 1'ensemble ne fonctionne qu'en flexion dans le sens vertical, les lames 10 fléchissant de la manière présentée sur la figure 3, alors que les plaques 12 et 11 sont suffisamment rigides pour rester parfaitement droites.

A titre de perfectionnement, on utilise pour éviter tout basculement du siège au niveau de sa fixation sur la plaque 111, une ou plusieurs équerres 13. On n'a représente sur ces figures qu'une seule de ces équerres, fixée au milieu de la structure en T.

La raideur de cette structure est intrinsèquement grande, en raison du dimensionnement des pièces qui la composent, pour qu'une force verticale excentrée, latéralement par exemple, n'entraîne aucune rotation dans le plan transverse. 11 en est de mme vis à vis du couple qui peut tre éventuellement exercé au niveau du support avant formé des plaques 11 et 111 et de t'équerre 13. Un tel couple pourrait par exemple provenir du mouvement avant/arrière effectué par une personne assise sur le siège.

L'ensemble du système est bien entendu du type masse/ressort, présentant une masse M et une raideur k, ce qui entraîne une fréquence de résonance de 1'ensemble fr égale à

Afin de ne pas transmettre les vibrations du véhicule sur lequel est fixé l'ensemble au siège et au passager assis dessus, on dimensionnera le tout pour que, selon un principe connu, cette fréquence de résonance soit inférieure aux fréquences des vibrations appliquées au siège.

Dans un exemple de realisation, plus particulièrement destiné à obtenir une suspension passive, on a cherché à obtenir une fréquence de résonance de l'ordre de 3 Hz pour un poids total suspension + siège + passager de l'ordre de 100 kg, avec un facteur de surtension mécanique inférieur à 6 pour obtenir un amortissement correct à cette fréquence de résonance. Ce résultat a pu tre obtenu en utilisant quatre lames formées chacune d'un sandwich composite/polymère/composite, longues de 300 mm et larges de 50 mm. Les couches extérieures en composite formant la partie résistante de cette structure sont réalisées avec des fibres en"KEVLAR" (marque déposée) noyées dans une matrice en résine époxy et présentant une épaisseur égale à 3 mm. La couche centrale est elle formée d'un polymère de type polyuréthanne, possédant un facteur de perte"tgô"éfevé pour obtenir l'amortissement nécessaire. Ce résultat a été obtenu en utilisant pour la couche centrale une épaisseur de 2mm. L'épaisseur totale de chaque lame est donc de 8 mm et son poids de l'ordre de 150 g.

Les structures en forme de T formées par les plaques 11,12,111 et 112 ont été quant à elles réalisées dans un matériau composite du type "KEVLAR"/époxy, comme les couches externes des lames 10. La rigidité suffisante a été obtenue en prenant une largeur de 250 mm, une hauteur de 100 mm et une épaisseur de 10mm.

Les efforts au niveau des fixations des lames 10 sur les plaques 11 et 12 sont particulièrement importants, ce qui impose de soigner particulièrement ces fixations.

Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, on pourrait utiliser par exemple un encastrement du type mortaise collée. Une telle fixation serait cependant difficile à réaliser et présenterait une source de fragilité importante.

Pour résoudre ce problème, invention propose, à titre de perfectionnement de réalisation, de réaliser chacun des ensembles droit et gauche, formés chacun de deux lames 10, sous la forme d'une pièce monobloc de forme rectangulaire comme représenté sur la figure 4. Cette pièce est formée des deux lames 10 réunies entre elles par des plaques verticales supplémentaires 112 et 122. Elle forme en quelque sorte une boîte rectangulaire dont les faces latérales sont ouvertes.

Pour réaliser cette pièce d'une manière monobloc, on réalise d'abord la couche interne en bobinant sur un mandrin approprié les fibres de "KEVLAR"tout en les imprégnant avec la matrice époxy. Après polymérisation de la résine époxy, on dépose ensuite la couche centrale en polyuréthanne sur cette première couche résistante. On bobine ensuite la couche extérieur"KEVLAR"/epoxy de la mme manière que la couche intérieure. Après polymérisation de l'ensemble on obtient donc une pièce monobloc particulièrement solide, dont les points de jonction entre les parties 10 et les parties 112 et 122 sont tout à fait résistants aux efforts de flexion à ce niveau.

La fixation de cette pièce monobloc sur la plaque 12 se fera alors par des moyens adéquats, par exemple à I'aide de boulons comme représenté sur la figure 4.

Dans cet exemple de réalisation, on obtient avec les paramètres de dimensionnement cités plus haut, pour une force verticale centrée correspondant à une personne assise à une position normale sur le siège, une raideur sensiblement égaie à 3,2.104 N/m. Dans ces conditions, le facteur de surtension mécanique est voisin de 4,8 et le poids de l'ensemble est de l'ordre de 3 kg, ce qui est tout à fait raisonnable.

Lorsque l'on utilise un tel dispositif dans une suspension dite active, c'est à dire comportant un moteur linéaire contre-réactionné qui permet de compenser les vibrations du véhicule porteur, comme décrit par exemple dans une demande de brevet français N 96 11597 déposée par la demanderesse le 24 septembre 1996 et délivrée le 27 mars 1998 sous le N 2 753 873, il n'est plus nécessaire d'utiliser des matériaux permettant d'amortir directement la suspension, puisque cet amortissement peut se faire d'une manière encore plus efficace au niveau des systèmes actifs. On peut ainsi s'affranchir des considérations liées à l'amortissement de la structure et au facteur de surtension mécanique obtenu.

Dans ces conditions, on pourra utiliser une structure entièrement en acier, plus facile à construire. En particulier, il ne sera plus nécessaire d'utiliser une structure monobloc et on pourra fixer directement les lames 10 sur les plaques 11 et 12, par soudure par exemple.

Ainsi, en utilisant des lames de dimensionnement égal à celui de l'exemple précédent, c'est à dire 300 mm x 50 mm, avec une épaisseur de 5,5 mm, on obtiendra une raideur du dispositif égal à 3,2.105N/m.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1-Dispositif de suspension pour siège de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend une première plaque verticale rigide 11 destinée à tre fixée aux siège (100), une deuxième plaque verticale rigide (12) destinée à tre fixée à la structure (101) supportant le siège, et au moins deux lames horizontales flexibles (10) fixées d'un côté à la première plaque verticale rigide et de l'autre à la deuxième plaque verticale rigide pour former avec ces plaques un parallélogramme déformable permettant uniquement le mouvement vertical du siège sous l'effet des efforts appliqués dessus ou des vibrations provenant de la structure de support.

2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend quatre lames horizontales flexibles (10) groupées en deux paires situées respectivement sur la gauche et sur la droite du siège (100).

3-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les lames (10) ont une structure en forme de sandwich comportant deux couches extérieures élastiques formées de fibres résistantes noyées dans une matrice en résine, et une couche intérieure amortissante formée d'un polymère possédant un fort coefficient d'amortissement.

4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux lames (10) sont réunies à leurs extrémités respectives par deux plaques supplémentaires (112,122) de mme nature et de mme structure que les lames ; I'ensemble formant une pièce monobloc de forme rectangulaire dont les dites plaques d'extrémité sont fixées contre les premières et deuxièmes plaques verticales rigides (11,12).