FR2833526A1 - Ressort poutre d'automobile - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à un ressort poutre (50) capable d'une déformation élastique importante dans deux plans pour procurer une suspension à roues indépendantes et pour rendre communs des systèmes de montage de suspensions dans un châssis de véhicule.
Description
moyens de fixation situés à l'intérieur du iongeron (12).
DESCRIPTION
La présente invention se rapporte d'une façon générale à des ressorts de suspensions de véhicule et, plus particulièrement à des ressorts poutre d'automobiles, non en spirale, sensiblement longitudinaux, utilisés pour procurer
une action de ressort dans deux plans.
Le s systèmes de susp ensions d' automobiles précédents uti l is ant des ressorts
à lames reposaient sur une déformation élastique importante dans un seul plan.
Une déformation intérieure-extérieure importante du ressort était commandée par une rigidité de constante de rappel sensiblement plus élevée dans ces plans créée par de larges sections transversales des ressorts à lames. Une déformation intérieure-extérieure n'était habituellement pas souhaitée dans ces configurations du fait qu'elles étaient principalement appariées avec des essieux rigides classiques qui s'étendaient sur la largeur du véhicule et dont le poids était complètement non suspendu par la suspension, c'est-à-dire que le poids entier de l'essieu était associé
au ressort et ne dépendait pas du châssis.
Les conceptions de ressorts à lames classiques sont excellentes pour des applications d'essieux rigides. Cependant, les ressorts à lames classiques ne conviennent pas pour des systèmes de suspensions à roues indépendantes. Ces systèmes de suspensions à roues indépendantes sont caractérisés par des essieux comprenant un différentiel fixé au châssis et utilisent des demi-arbres articulés pour transmettre le couple aux extrémités des roues non suspendues. Les extrémités des roues dans un système de suspension à roues indépendantes se déplacent suivant un arc imposé par un bras de suspension. Du fait que ces extrémités de roues suspendues indépendamment se déplacent suivant un arc plutôt qu'en ligne droite vers le haut et vers le bas (nécessitant deux plans de déformation) , des ressorts à lames n'ayant qu'un seul plan de déformation élastique ne conviennent pas. Actuellement, ces systèmes de suspensions à roues indépendantes reposent sur des ressorts hélicoïdaux et des bras de suspension pour permettre une suspension appropriée. Les ressorts hélicoïdaux se montent sur un châssis différemment des ressorts à lames et donc les deux systèmes ne sont pas interchangeables sur un châssis commun. En outre, des bras de suspension pour des suspensions à ressorts hélicoïdaux sont souvent très lourds et reposent sur de multiples points de fixation et des douilles onéreuses pour procurer des caractéristiques de suspension appropriées. Les ressorts hélicoïdaux et leurs bras de suspension introduisent ainsi une complexité et un coût supplémentaires pour
une automobile par rapport à une conception à ressorts à lames classique.
I1 serait souhaitable, de ce fait, de réaliser un ressort qui se monte sur un véhicule comme un ressort à lames et qui permet cependant la déformation élastique dans des plans multiples d'un ressort hélicoïdal. La présente invention surmonte les inconvénients des approches de la technique antérieure en réalisant un ressort poutre, qui se déforme pratiquement de
façon élastique dans deux plans.
C'est un but et un avantage de cette invention de réaliser un ressort poutre présentant un axe longitudinal sensiblement plus grand en longueur que les axes horizontal et vertical, et qui est capable d'une déforrnation élastique importante
dans les plans à la fois vertical et horizontal.
Le ressort poutre selon l'invention comprend: un corps de ressort généralement longitudinal présentant une longueur de ressort et un axe central longitudinal, et une surface extérieure, ladite surface extérieure étant défnie par au moins une section transversale du ressort prise perpendiculairement par rapport audit axe central longitudinal et présentant une largeur de section transversale maximum, dans lequel le rapport de ladite longueur du ressort sur ladite largeur de section
transversale maximum est d'au moins 2.
Ladite au moins une partie de ladite une section transversale de ressort peut
étre sensiblement ovale ou rectangulaire.
S elon une caractéri stique de l' inventi on, le res s ort p outre comprend en outre au moins une autre section transvers ale de res sort, dans l equel l adite au moins une section transversale de ressort définit un premier segment, et ladite au moins une auke section transversale de ressort définit au moins un autre segment, dans lequel en outre la constante de rappel dudit premier segment est sensiblement plus grande
que la constante de rappel d'au moins un autre segment.
Avantageusement, le ressort poutre comprend ou est réalisé en un matériau de ressort procurant une constante de rappel de ressort verticale dans le plan vertical comprise entre environ 30 newtons par millimètre et environ 80 newtons
par millimètre.
Ledit ressort poutre peut compter seulement un point destiné à la fixation dudit corps de ressort à un chassis d'automobile ou peut comporter deux points
destinés à la fxation dudit corps de ressort à un chassis d'automobile.
L'invention a également pour objet un ressort poutre de suspension d'automobile, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps de ressort généralement longitudinal présentant une longueur de ressort et un axe central longitudinal, dans lequel ledit corps de ressort est fait d'un matériau de ressort présentant une constante de rappel de ressort dans le plan vertical et une constante de rappel de ressort dans le plan horizontal, dans lequel en outre ledit corps de ressort est capable d'une déformation élastique relative importante dans les plans horizontal et vertical respectivement, et une surface extérieure, ladite surface extérieure étant défmie par au moins une section transversale de ressort prise perpendiculairement par rapport audit axe central longitudinal et présentant une largeur maximum de section transversale de ressort, dans lequel le rapport de ladite longueur de ressort sur ladite largeur
maximum de section transversale est d'au moins 2.
Prétérentiellement, ladite constante de rappel verticale augmente 1 S progressivement d'au moins environ 30 newtons par millimètre jusqu'à plus de 200 newtons par millimètre en réponse à des charges croissantes appliquées audit
ressort poutre d'automobile.
Un ressort poutre ou barre selon la présente invention pourra, par exemple, étre utilisé dans une suspension de véhicule automobile telle que décrite et représentée dans la demande de brevet US n 10/026 866 du 19 décembre 2001 au
nom de la demanderesse.
C es avantages, caractéristiques et buts de l' invention, ainsi que d' autres,
deviendront évidents d'après les dessins et la description détaillée qui suivent, sur
la base de modes de réalisation non limitatifs.
La figure 1 est une vue en perspective d'une suspension à ressort à lames
caractéristique combince à un essieu rigide.
La fgure 2 est une vue en perspective d'un ressort poutre présentant des constantes de rappel verticale et horizontale commandées par la section
transversale du ressort poutre.
La figure 3 est une vue en perspective d'un ressort poutre présentant des tailles et des formes de section transversale distinctes à différentes positions
longitudinales le long du ressort poutre.
La figure 4 est une vue en perspective d'un ressort poutre comprenant un
raidisseur supplémentaire.
La fgure 5 est une vue en perspective d'un ressort poutre comprenant un raidisseur supplémentaire qui présente des tailles de sections transversales
distinctes à différentes positions longitudinales le long du ressort poutre.
La fgure 6 est une vue en perspective d'un ressort poutre fixé à un châssis en deux points. La fgure 7 est une vue en perspective d'un ressort poutre fixé à un chassis
en un point.
En se référant maintenant aux dessins, la fgure 1 représente une suspension à ressort à lames classique. Un ressort à lames l O est monté sur un châssis 20 avec un étrier 30 et une douille 32. Cette configuration de montage, lorsqu'elle est combinée aux caractéristiques de rigidité en section transversale du large ressort à lames 10, assure que cette suspension se déforme de façon élastique d'une manière
importante uniquement dans le plan vertical 40.
La fgure 2 représente un ressort poutre d'automobile 50 comprenant une longueur de ressort 60, un axe central longitudinal 70, et une surface extérieure 80, ladite surface extérieure étant défnie par au moins une section kansversale du ressort 90, dans lequel ladite au moins une section transversale de ressort est perpendiculaire audit axe central longitudinal, ladite au moins une section transversale de ressort comprenant en outre une largeur maximum de section transversale 100, dans lequel le rapport de ladite longueur du ressort sur ladite largeur maximum de section transversale est d'au moins 2. Les constantes de rappel sont toutes deux nettement plus grandes dans le plan vertical 40 et le plan
horizontal 110 par rapport à la constante de rappel dans le plan longitudinal 120.
La fgure 3 représente un ressort poutre d'automobile 50 présentant des sections transversales multiples, c'est-à-dire une taille ou une forme de la section transversale variant distinctement à différentes positions longitudinales le long du ressort poutre 50. Ces sections transversales communiquent une constante de rappel unique dans les plans horizontal et vertical. Dans ce ressort poutre, la variation des constantes de rappel dans le plan vertical 40 et le plan horizontal 110 peut étre due strictement aux variabilités de sections transversales, ou peut être due aux variabilités de la section transversale et aux variabilités des propriétés du matériau au sein d'un matériau homogène ou semi-homogène. Les variabilités de propriétés du matériau dans un matériau homogène peuvent étre le résultat d'un traitement thermique ou chimique de diverses zones du matériau. Les constantes de rappel dans le plan vertical 40 et le s plan horizontal 110 sont toutes deux nettement plus grandes que la constante de rappel dans le plan longitudinal 120. L'invention comprend l'utilisation de taux de rigidité commandés amenés à varier le long de divers axes dans tout le ressort poutre de manière à accorder la réponse de rigidité du ressort poutre dans les différents plans dans lesquels il doit se déformer élastiquement. Il existe de nombreuses manières de faire varier les taux de rigidité de ressorts le long de divers axes dans tout le ressort. Comme sur la figure 3, les largeurs en section transversale du ressort poutre suivant divers axes transversaux à son axe central longitudinal sont amenées à varier pour procurer une réponse de rigidité variable du ressort poutre dans les multiples plans dans lesquels il doit se déformer élastiquement. Des modes de réalisation particuliers comprennent l'utilisation de sections transversales circulaires aux extrémités du ressort pouke à comparer à une section transversale centrale qui est rectangulaire, sensiblement plus large dans le plan horizontal que dans le plan vertical. Un autre mode de réalisation emploie des
sections transversales rectangulaires de diverses tailles comme sur la figure 3.
Cette configuration offre une rigidité relativement élevoe horizontalement au niveau de la section moyenne mais permet qu'une déformation élastique horizontale soit concentrée aux extrémités, o il est plus facile de ma^triser le mouvement de déformation dans le plan horizontal, sans vibration ni "oscillation" excessive. En variante, on peut souhaiter employer des sections transversales larges et plates aux extrémités pour favoriser la durabilité, tout en utilisant une section moyenne ronde plus petite en vue dune déformation élastique dans le plan horizontal. D'autres sections transversales peuvent étre utilisées en multiples combinaisons pour adapter la réponse de la suspension, par exemple une augmentation progressive des constantes de rappel peut étre développée en augmentant la rigidité du ressort poutre suivant sa longueur en faisant varier la
section transversale.
La figure 4 représenté un ressort poutre 50 comprenant un raidisseur supplémentaire 140. Du fait que le raidisseur supplémentaire 140 est constitué d'un matériau soit plus mou soit plus dur que le reste du ressort poutre, il ajuste la
rigidité du ressort poutre 50 dans une certaine zone le long de l'axe longitudinal.
Le ressort poutre 50 peut étre fait de divers matériaux et/ou de combinaisons de matériaux comprenant des composites, du métal, des métaux coulés et des matériaux hybrides de matière plastique-métal. En incorporant des raidisseurs supplémentaires 140 faits de matériaux de divers taux de rigidité à divers endroits dans la section transversale et le long de l'axe central longitudinal, on peut faire varier le comportement en rigidité du ressort comme nécessaire. Par exemple, l'inclusion d'un matériau composite de raidisseur supplémentaire plus mou suivant une longueur de l'axe longitudinal d'un ressort poutre présentant une section transversale constante fera varier la rigidité le long du ressort poutre, en créant une zone plus molle suivant la longueur de l' axe longitudinal o est situé le matériau plus mou. I1 faut noter qu'un matériau plus dur peut être utilisé en tant que raidisseur supplémentaire dans le ressort poutre soit séparément, soit en même temps qu'un matériau plus mou, les deux étant appelés raidisseurs supplémentaires dans l'invention. De façon similaire, un métal ou des métaux de taux de rigidités variables peuvent être incorporés en même temps pour former également un ressort poutre. Une technologie de coulée d'incorporation, un surforgeage et un moulage d'élément rapporté d'un métal dans une cavité à l'intérieur d'un autre constituent plusieurs exemples de ce type de ressort poutre. Un surmoulage de matière plastique sur des structures d'acier, ou une construction hybride métal -matière plastique peuvent également être utilisés
pour développer un ressort poutre comprenant un raidisseur supplémentaire.
La figure 5 représente un ressort poutre 50 comprenant un raidisseur supplémentaire 140 ayant de multiples sections transversales. Dans ce cas, la constante de rappel est amenée à varier non par des modifications de la section transversale extérieure du ressort, mais en modifiant la section transversale et donc
la constante de rappel du raidisseur supplémentaire.
La figure 6 représente un ressort poutre 50 fixé à un châssis 20 en deux points. Ceci est un procédé de fixation similaire à celui utilisé avec des ressorts à
lames classiques.
La figure 7 représente un ressort poutre 50 fixé à un châssis 20 en un seul point. Ce procédé de montage autorise des considérations plus souples sur le conditionnement et permet une construction de châssis 20 plus économique, sans
second point de fixation de la suspension.
Le ressort poutre peut être fixé de diverses manières. Une première manière de fixer un ressort poutre en un seul point consiste à former la première extrémité du ressort poutre pour qu'elle s'embo^te de façon coopérative sur une monture du ressort à lames existante sur le châssis. Un trou réalisé dans le ressort poutre, qui correspond à celui du montage existant sur le chassis, peut être muni d'une broche pour attacher de façon fixe le ressort pouke au châssis, c'est-à-dire qu'un seul châssis pourrait être utilisé à la fois pour une suspension à roues dépendantes et à roues indépendantes. Des éléments sur le ressort poutre peuvent être incorporés pour réaliser un effet de levier contre le châssis lorsqu'il est monté avec une broche
de manière à empêcher la rotation du ressort poutre autour de la broche de fixation.
De cette manière, le ressort poutre fixé par un seul point peut supporter
élastiquement une charge de suspension variable.
Le ressort poutre peut également être fixé au châssis en deux points. Un premier moyen de fixer un ressort pouke à double points est de former chaque extrémité du ressort poutre pour qu'elle s'embo^te de façon coopérative sur une monture de ressort à lames existante, correspondante, sur le châssis, de façon
similaire à la manière décrite pour un ressort poutre à un seul point cidessus.
Une autre manière de fixer un ressort poutre au châssis comprend un manchon fixé au châssis, conçu pour glisser sur une extrémité du ressort poutre. Le ressort poutre peut alors être muni d'une broche, collé ou serti afin de l'attacher de façon fixe au châssis et d'empêcher une rotation de l'extrémité du ressort poutre par
rapport au châssis.
Les mécanismes de fixation et la confguration du bras ou des bras de suspension et de l'amortisseur sur le ressort poutre dépendent de la configuration et
des matériaux particuliers utilisés.
2 0 Divers es autres mo difi cations de la présente invention p euvent app araître à l'homme de l'art. Par exemple, l'inclusion de demi-arbres et d'un différentiel, et/ou d'une transmission suspendus au système de suspension poutre. En outre, des bras
de suspension comportant plus de deux points de fixation peuvent être employés.
D'autres modifications, non explicitement mentionnées ici, sont également
possibles et dans la portée de la présente invention.
Claims (9)
1. Ressort poutre (50) de suspension d'automobile, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps de ressort généralement longitudinal présentant une longueur de ressort (60) et un axe central longitudinal (70), et une surface extérieure (80), ladite surface extérieure (80) étant définie par au moins une section transversale du ressort (90) prise perpendiculairement par rapport audit axe central longitudinal (70) et présentant une largeur de section transversale maximum (100), dans lequel le rapport de ladite longueur du ressort
(60) sur ladite largeur de section transversale maximum (100) est d'au moins 2.
2. Ressort poutre (50) d'automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une partie de ladite une section transversale de ressort (90)
est sensiblement ovale.
3. Ressort poutre (50) d'automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une section transversale de ressort (90) est sensiblement rectangulaire.
4. Ressort poutre (50) d'automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une autre section transversale de ressort, dans lequel ladite au moins une section transversale de ressort (90) définit un premier segment, et ladite au moins une autre section transversale de ressort définit au moins un autre segment, dans lequel en outre la constante de rappel dudit premier segment est sensiblement plus grande que la constante de rappel d'au moins un
autre segment.
5. Ressort d'automobile (50) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un matériau de ressort procurant une constante de rappel de ressort verticale dans le plan vertical comprise entre environ 30 newtons par
millimètre et environ 80 newtons par millimètre.
6. Ressort poutre (50) d'automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps de ressort comporte seulement un point destiné à la fixation
dudit corps de ressort à un chassis d'automobile.
7. Ressort poutre (50) d'automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps de ressort comporte deux points destinés à la fixation dudit corps
de ressort à un châssis d'automobile.
8. Ressort poutre (50) de suspension d'automobile, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps de ressort généralement longitudinal présentant une longueur de ressort (60) et un axe central longitudinal (70), dans lequel ledit corps de ressort est fait d'un matériau de ressort présentant une constante de rappel de ressort dans le plan vertical et une constante de rappel de ressort dans le plan horizontal, dans lequel en outre ledit corps de ressort est capable d'une déformation élastique relative importante dans les plans horizontal et vertical respectivement, et une surface extérieure (80), ladite surface extérieure (80) étant défnie par au moins une section transversale de ressort (90) prise perpendiculairement par rapport audit axe central longitudinal (70) et présentant une largeur maximum de section transversale de ressort (100), dans lequel le rapport de ladite longueur de ressort (60) sur ladite largeur maximum de section transversale (100) est d'au
moins 2.
9. Ressort poutre (50) selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite constante de rappel verticale augmente progressivement d'au moins environ 30 newtons par millimètre jusqu'à plus de 200 newtons par millimètre en réponse à
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