FR2861648A1 - Essieu souple comprenant une traverse presentant une ou plusieurs zones de moindre rigidite en torsion, traverse, procede de fabrication et vehicule correspondant - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un essieu souple de véhicule automobile, comprenant une traverse (2) reliant deux bras longitudinaux (1), caractérisé en ce que ladite traverse (2) présente, au moins trois zones (21), (22) possédant des rigidités en torsion différentes, dont au moins une zone intermédiaire (22) présentant une première rigidité en torsion et au moins deux zones d'extrémité (21), situées au voisinage de chacune des extrémités de ladite traverse et présentant chacune une deuxième rigidité en torsion inférieure à ladite première rigidité en torsion, lesdites zones d'extrémité agissant au moins lorsque les extrémités de ladite traverse sont soumises à des contraintes de torsion antagonistes.

Description

Essieu souple comprenant une traverse présentant une ou plusieurs zones de

moindre rigidité en torsion, traverse, procédé de fabrication et véhicule correspondant.

Le domaine de l'invention est celui des véhicules automobiles. Plus 5 précisément, l'invention concerne les essieux souples pour les véhicules automobiles.

On rappelle qu'on désigne généralement par essieu souple un essieu conçu de façon à former un élément torsible entre deux roues.

Classiquement, un essieu souple comprend deux bras longitudinaux 10 portant chacun un support de montage de roue et reliés par un élément de liaison transversale appelé traverse ou profil.

Au cours de la conception d'un essieu, deux grandeurs sont, entre autres, considérées pour apprécier la qualité de l'essieu: la flexion et la torsion.

Le principe des essieux souples permet de concilier une forte raideur en flexion et une relative souplesse en torsion. En général, c'est par la géométrie de la section de la traverse, via ses inerties de flexion et de torsion, qu'est obtenu le compromis souhaité entre raideur en flexion et souplesse (relative) de torsion.

Les sections choisies pour réaliser des traverses en acier (ou autre matériau isotrope) ont souvent des formes de V , de U , de L , car ces types de géométrie présentent un rapport intéressant entre inertie de flexion et inertie de torsion.

Les dernières années ont vu un déploiement important de la technique des essieux souples sur les segments de gamme inférieure et moyenne de la construction automobile, grâce à de nombreux avantages, parmi lesquels un excellent compromis prestations/architecture, et une mise en oeuvre économique utilisant principalement des assemblages de type mécano soudé.

Ces avantages conduisent les concepteurs de liaison au sol à continuellement pousser la technique dans ses derniers retranchements. Les essieux souples sont en effet entachés d'un certain nombre de limitations parmi lesquelles un compromis délicat entre raideurs longitudinale et transversale et une durabilité conditionnée par la tenue en endurance de chacun de leurs composants, soumis à d'importantes déformations élastiques.

L'élévation permanente des exigences de confort et d'agrément de conduite oriente notamment la conception des essieux souples vers des solutions consistant à introduire une raideur de torsion entre les deux bras tirés, communément appelée barre anti-devers ou BAD , dans le but de limiter le dévers du véhicule en virage tout en préservant une grande souplesse verticale du train, garante du filtrage des imperfections de la chaussée vers la caisse.

Mais l'élargissement permanent du périmètre d'application de la technique des essieux souples vers des véhicules de forte masse (grosse berline, monospace voire véhicule utilitaire) sans pour autant transiger sur la qualité de prestation, rapprochent continuellement les composants les plus sollicités de leurs limites absolues de fonctionnement, que ce soit la résistance statique à des efforts incidentels, ou la tenue en fatigue à un cycle de chargement représentatif de la vie du train.

L'élément de liaison, ou traverse, fait partie des composants les plus délicats à mettre au point, notamment sur le plan de l'endurance. Outre la tenue du corps de traverse, les zones d'accostage sur les bras, généralement soudées, sont particulièrement sollicitées et requièrent toute l'attention des développeurs sous peine de rupture prématurée de la liaison. Ceci est particulièrement vrai pour les traverses à profils ouverts où le gauchissement, pratiquement libre ailleurs, se trouve intégralement rattrapé sur une très faible longueur au niveau de l'accostage sur les bras. Ceci rend la liaison particulièrement délicate à mettre au point.

Ce problème apparaît moins avec les traverses à profils fermés pour lesquelles le gauchissement se trouve progressivement bloqué dans les zones de transition entre sections à haute et basses inerties de torsions, qui éloignent donc ainsi les sur-contraintes de la liaison traverse/bras.

On note que les effets du dévers d'un véhicule sur la traverse d'un essieu 30 sont d'autant plus sévères que les profils ouverts des traverses sont profonds. Là encore, ceci peut s'expliquer par le gauchissement (déplacement hors plan des points d'une section soumise à torsion) qui augmente avec la profondeur du profil.

Une méthode communément employée pour palier au problème cité plus haut consiste en l'introduction de deux goussets aux extrémités de la traverse à profil ouvert, dans le but d'adoucir la rupture d'inertie et donc de rattraper plus progressivement le gauchissement. On réduit ainsi les contraintes au voisinage immédiat de la liaison traverse/bras.

Cette méthode, si elle s'avère efficace, comporte néanmoins certaines limitations. Elle suppose notamment l'ajout de masse et donc de coût. Elle est susceptible de compliquer le processus d'assemblage de l'essieu puisqu'elle comporte des cordons de soudure supplémentaires (d'où coût accrû) avec des accessibilités de torche souvent réduites.

Il faut ajouter à cela les interférences géométriques fréquentes avec la BAD (Barre Anti-Dévers), lorsqu'elle existe, qui doit traverser le gousset pour se reprendre sur le bras. En conséquence, cette solution est le plus souvent appliquée aux traverses à profils peu profonds. En revanche, son emploi est beaucoup plus difficile sur des traverses à profils encaissés pour lesquelles le rattrapage de gauchissement serait pourtant le plus bénéfique.

Une autre solution consiste à optimiser la liaison traverse/bras elle même (généralement soudée) afin de la rendre plus endurante aux sollicitations dont elle est le siège.

Ainsi, on aura tendance à affiner la trajectoire des cordons de soudure de telle sorte qu'ils travaillent le plus possible en cisaillement dans leur propre plan, configuration connue pour maximiser leur endurance. A l'inverse, on aura soin d'éviter des trajectoires de cordons qui les font travailler en "pelage", puisque ce type de sollicitation correspond à une faiblesse connue des cordons, qui tient notamment à l'orientation de leur structure métallographique en cours de refroidissement.

Là encore, ces règles de conception ont leurs limites: faire travailler les cordons de soudure en cisaillement pur supposerait en effet d'orienter ceux-ci dans le prolongement de la traverse et non dans l'axe longitudinal des bras.

Malheureusement la faible largeur disponible à l'accostage interdit le plus souvent de disposer les cordons de la sorte. On doit donc généralement se contenter de les incurver afin de leur imposer des portions plus ou moins alignées avec la traverse, et d'autres qui leur restent perpendiculaires. Ceci conduit souvent à des trajectoires de cordons en "marches d'escalier".

Cette solution permet donc de répartir différemment les effets sur les cordons de soudure d'un gauchissement de la traverse. Toutefois, un essieu ainsi constitué ne présente encore qu'une résistance relativement limitée aux contraintes dues en particulier à un dévers important du véhicule.

L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur.

Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un essieu souple 15 qui présente une meilleure résistance aux effets du gauchissement dû au dévers d'un véhicule par rapport aux essieux de l'art antérieur.

L'invention a également pour objectif de fournir une technique pour un tel essieu qui puisse être appliquée sur de nombreux véhicules présentant des caractéristiques et/ou des architectures de châssis différentes.

Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel essieu qui soit simple de conception et qui puisse être assemblé plus aisément et/ou plus rapidement qu'avec les solutions classiques de l'art antérieur.

L'invention a aussi pour objectif de fournir un tel essieu qui soit peu coûteux et facile à mettre en oeuvre.

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un essieu souple de véhicule automobile, comprenant une traverse reliant deux bras longitudinaux, ladite traverse présente, au moins trois zones possédant des rigidités en torsion différentes, dont au moins une zone intermédiaire présentant une première rigidité en torsion et au moins deux zones d'extrémité, situées au voisinage de chacune des extrémités de ladite traverse et présentant chacune une deuxième rigidité en torsion, inférieure à ladite première rigidité en torsion agissant au moins lorsque les extrémités de ladite traverse sont soumises à des contraintes de torsion antagonistes.

Ainsi, on constate avec des essieux selon l'invention que les contraintes agissant au niveau des cordons de soudure sont notablement réduites lors des chargements en dévers.

En effet, lors d'un chargement en dévers, les surfaces de la traverse liées au bras longitudinal s'opposent aux mouvements que celui-ci leur prescrit, créant ainsi une zone de fortes contraintes à l'interface traverse/bras.

Aussi, grâce à l'invention, ces contraintes à l'interface sont réduites en introduisant une souplesse relative à proximité de l'accostage. Il en résulte donc une dissipation partielle des contraintes de torsion antagonistes entraînant le gauchissement, ce qui se traduit par une plus grande résistance des cordons de soudure.

Des simulations numériques ainsi que des essais physiques ont montré que les liaisons traverse/bras d'un essieu selon l'invention peuvent avoir une durée de vie doublée par rapport aux solutions classiques.

En outre, un tel résultat est obtenu tout en conservant l'essentiel des prestations élasto-cinématiques de l'essieu.

En effet, l'homme du métier est tenté, pour augmenter la résistance mécanique d'un essieu, de renforcer notamment les liaisons entre les différents composants de l'essieu, ou à renforcer ces composants euxmêmes. Ce type de solution a naturellement tendance à augmenter le poids et le coût de l'essieu.

L'invention s'inscrit donc dans une approche différente de la démarche classique de résolution de problème qui vient d'être mentionnée.

Ainsi, selon la technique proposée, la durée de vie de la liaison traverse/bras est augmentée en introduisant une souplesse relative au niveau de la traverse, cette souplesse intervenant dans des circonstances particulières.

Selon une solution préférée, ladite ou lesdites zones d'extrémité présentent chacune une zone déformable.

De telles zones déformables ont pour effet de constituer une sorte de réserve élastique intégrée dans la traverse et ayant la liberté de se déformer lorsque la tension et la pression du bras se fait trop forte au moment d'un gauchissement.

Ceci permet de réduire les contraintes s'exerçant sur la liaison traverse/bras lors d'un dévers du véhicule. En revanche, les contraintes dues au dévers se concentrent au niveau des zones déformables.

On note que ces zones déformables sont prévues pour agir ou réagir à des efforts de torsion antagonistes sur les extrémités de la traverse, et ne travaillent 10 que très peu en dehors de ces sollicitations.

Les caractéristiques mécano-élastiques de l'essieu sont ainsi conservées, contrairement à ce qu'engendraient des solutions de rigidification qui aggravent les contraintes aux liaisons en perturbant les gradients de raideur.

Dans ce cas, selon un premier mode de réalisation, ladite ou lesdites 15 zones déformables forment une excroissance ou une cavité.

Les zones d'extrémité ainsi constituées s'aplanissent ou se recroquevillent légèrement lors d'un dévers du véhicule.

Préférentiellement, au moins une desdites excroissances et/ou desdites cavités présente une surface plane sensiblement médiane s'inscrivant dans un plan sensiblement parallèle à une paroi de la traverse entourant ladite ou lesdites excroissances ou cavités.

De cette façon, une zone déformable ainsi constituée présente de meilleures caractéristiques et entraîne des résultats améliorés par rapport à une zone sans surface plane médiane.

En outre, il est possible selon cette caractéristique de réduire quelque peu la hauteur (ou la profondeur) de la zone déformable. Ceci est d'autant plus avantageux que la hauteur (ou la profondeur) de la zone déformable est un facteur quelque peu limitant, la tenue de la zone pouvant être affectée au-delà de certaines dimensions.

Selon un deuxième mode de réalisation, ladite ou lesdites zones déformables sont obtenues à l'aide d'au moins une réduction de matière dans la paroi de ladite traverse.

On comprend que l'un ou l'autre de ces modes de réalisation sera adopté en fonction de: la technique de fabrication de la traverse; le type et/ou le modèle de traverse; - les caractéristiques recherchées.

Selon une première variante de ce deuxième mode de réalisation, ladite ou lesdites zones d'extrémité présentent une paroi amincie par rapport à la paroi 10 de la traverse qui les entoure.

Selon une deuxième variante de ce deuxième mode de réalisation, ladite ou lesdites zones d'extrémité présentent au moins un évidement.

Avantageusement, ladite traverse présente un profil à section ouverte.

Selon une autre caractéristique avantageuse, ladite ou lesdites zones 15 d'extrémité s'étendent à partir d'au moins un des bords libres de la section ouverte de ladite traverse.

Préférentiellement, ladite ou lesdites zones d'extrémité s'étendent à partir de chacun des bords libres de la section ouverte de ladite traverse, de façon sensiblement symétrique par rapport à l'axe longitudinal de ladite traverse.

De cette façon, on obtient un essieu souple dont l'interface présente une tenue homogène au gauchissement, quels que soient les dévers du véhicule.

Dans ce cas, lesdites zones d'extrémité symétriques deux à deux par rapport à l'axe longitudinal de ladite traverse sont préférentiellement écartées l'une de l'autre.

De cette façon, la traverse peut se déformer légèrement en cas de dévers du véhicule, mais conserver globalement son comportement en torsion en dehors de ces cas de dévers.

Avantageusement, ladite traverse présente une section variable croissant du milieu de ladite traverse vers les extrémités de celle-ci.

L'invention concerne également une traverse pour essieu souple de véhicule automobile, présentant au moins trois zones possédant des rigidités en torsion différentes, dont au moins une zone intermédiaire présentant une première rigidité en torsion et au moins deux zones d'extrémité, situées au voisinage de chacune des extrémités de ladite traverse et présentant chacune une deuxième rigidité en torsion inférieure à ladite première rigidité en torsion, agissant au moins lorsque les extrémités de ladite traverse sont soumises à des contraintes de torsion antagonistes.

L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une traverse pour essieu souple, comprenant une étape de réalisation, sur ladite traverse, d'au moins trois zones possédant des rigidités en torsion différentes, dont au moins une zone intermédiaire présentant une première rigidité en torsion et au moins deux zones d'extrémité, situées au voisinage de chacune des extrémités de ladite traverse et présentant chacune une deuxième rigidité en torsion inférieure à ladite première rigidité en torsion agissant au moins lorsque les extrémités de ladite traverse sont soumises à des contraintes de torsion antagonistes.

Dans le cadre de ce procédé, ladite étape de réalisation de ladite ou desdites zones d'extrémité est obtenue par l'une au moins des techniques suivantes: moulage; emboutissage.

L'une ou l'autre de ces techniques sera choisie notamment en fonction du matériau de la traverse, de la forme des zones d'extrémité, de l'outillage pré-existant.

L'invention concerne encore un véhicule équipé d'au moins un essieu souple comprenant une traverse reliant deux bras longitudinaux, ladite traverse présentant au moins trois zones possédant des rigidités en torsion différentes, dont au moins une zone intermédiaire présentant une première rigidité en torsion et au moins deux zones d'extrémité, situées au voisinage de chacune des extrémités de ladite traverse et présentant chacune une deuxième rigidité en torsion inférieure à ladite première rigidité en torsion, agissant au moins lorsque les extrémités de ladite traverse sont soumises à des contraintes de torsion antagonistes.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation préférentiels de l'invention, donnés à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une traverse d'un essieu souple selon l'invention; la figure 2 est une vue en perspective d'un mode de 10 réalisation particulier d'une traverse d'essieu souple selon l'invention; la figure 3 est une vue de détail d'une extrémité de la traverse illustrée par la figure 2; les figures 4 et 5 sont chacune une vue de détail d'une 15 zone d'extrémité au voisinage d'une extrémité d'une traverse d'essieu souple selon l'invention.

Tel que déjà mentionné précédemment, le principe de l'invention réside dans le fait d'intégrer dans la structure de la traverse, au voisinage de ses extrémités, des zones de souplesse relative en torsion, prévues pour agir (ou réagir) lorsque les extrémités de la traverse sont soumises à des contraintes de torsion antagonistes.

Un mode de réalisation du principe de l'invention est illustré schématiquement par la figure 1.

Tel qu'illustré, l'essieu souple comprend deux bras longitudinaux 1 reliés par une traverse 2 présentant au voisinage de chacune de ses extrémités, une zone 21 dont la rigidité en torsion est inférieure à celle de la zone 22 s'étendant entre les zones 21 et constituant l'essentiel de la longueur de la traverse.

Comme cela apparaît clairement sur les figures 1 et 3, les zones 21 sont, selon le présent mode de réalisation, constituées par des excroissances sous forme de bombage.

Ces bombages forment des zones ayant la capacité de se déformer lors d'un gauchissement de la traverse dû à un dévers du véhicule. Ceci permet de limiter les contraintes s'exerçant au niveau des cordons de soudure réalisés entre la traverse et les bras longitudinaux.

On note que, selon d'autres modes de réalisation envisageables, les zones 21 peuvent également introduire une souplesse relative en torsion au voisinage des extrémités de la traverse en étant constituées chacune par: une cavité ; un amincissement local de la paroi de la traverse; un évidement, en particulier du type ménageant une fente ou une échancrure s'étendant transversalement et sur une partie de la hauteur de la traverse.

La figure 2 illustre un mode de réalisation particulier de l'invention selon lequel la traverse 2 présente un profil en U à section ouverte, réalisée en tôle 15 acier par emboutissage.

On note que la matrice d'emboutissage de la traverse est conçue de façon à ménager les zones 21 au voisinage de chacune des extrémités de la traverse 2, c'est-à-dire à proximité des zones d'accostage de la traverse aux bras longitudinaux.

Il est également envisageable que la traverse soit réalisée par emboutissage sans que la traverse présente, à l'issue de cette étape de réalisation, les zones 21 (l'outillage permettant de réaliser les traverses traditionnelles pouvant alors être conservé). Celles-ci peuvent alors être obtenues par un procédé de refrappe, en particulier dans le cas où les zones 21 se présentent sous forme d'une cavité (vue de l'extérieur de la section ouverte).

Une telle traverse peut également, selon un autre mode de réalisation envisageable, être obtenue par un procédé de moulage, éventuellement avec d'autres matériaux que la tôle acier utilisée classiquement en emboutissage.

Tel qu'illustré, la traverse 2 présente une section variable qui croît du milieu de la traverse vers les extrémités de celle-ci.

Par ailleurs, les zones 21 s'étendent à partir de chacun des bords libres de la traverse 2, de façon sensiblement symétrique par rapport à l'axe longitudinal de la traverse, en étant écartées l'une de l'autre.

En référence à la figure 4, les bombages des zones 21 de la figure 3 peuvent être du type colline : elles présentent alors une forme comprenant une courbure croissante suivie immédiatement d'une courbure décroissante.

Selon un autre mode de réalisation envisageable illustré par la figure 5, les bombages des zones 21 de la figure 3 sont du type plateau : elles incluent alors une surface plane 211 sensiblement médiane et s'inscrivant dans un plan sensiblement parallèle à la paroi 212 de la traverse qui entoure la zone 21 correspondante.

Claims (1)

12 REVENDICATIONS

1. Essieu souple de véhicule automobile, comprenant une traverse (2) reliant deux bras longitudinaux (1), caractérisé en ce que ladite traverse présente au moins trois zones (21), (22) possédant des rigidités en torsion différentes, dont au moins une zone intermédiaire (22) présentant une première rigidité en torsion et au moins deux zones d'extrémité (21), situées au voisinage de chacune des extrémités de ladite traverse (2) et présentant chacune une deuxième rigidité en torsion inférieure à ladite première rigidité en torsion, lesdites zones d'extrémité agissant au moins lorsque les extrémités de ladite traverse (2) sont soumises à des contraintes de torsion antagonistes.

2. Essieu souple selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ou lesdites zones d'extrémité (21) présentent chacune une zone déformable.

3. Essieu souple selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite ou lesdites zones déformables forment une excroissance ou une cavité.

4. Essieu souple selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une desdites excroissances et/ou desdites cavités présente une surface plane (211) sensiblement médiane s'inscrivant dans un plan sensiblement parallèle à une paroi de la traverse entourant ladite ou lesdites excroissances ou cavités.

5. Essieu souple selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite ou lesdites zones déformables correspondent à au moins une réduction de matière dans la paroi de ladite traverse.

6. Essieu souple selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite ou lesdites zones d'extrémité présentent une paroi amincie par rapport à la paroi de la traverse qui les entoure.

7. Essieu souple selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite ou lesdites zones d'extrémité présentent au moins un évidement.

8. Essieu souple selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite traverse (2) présente un profil à section ouverte.

9. Essieu souple selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite ou lesdites zones d'extrémité (21) s'étendent à partir d'au moins un des bords libres de la section ouverte de ladite traverse (2).

10. Essieu souple selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite ou lesdites zones d'extrémité (21) s'étendent à partir de chacun des bords libres de la section ouverte de ladite traverse, de façon sensiblement symétrique par rapport à l'axe longitudinal de ladite traverse (2).

11. Essieu souple selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites zones d'extrémité (21) symétriques deux à deux par rapport à l'axe longitudinal de ladite traverse sont écartées l'une de l'autre.

12. Essieu souple selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite traverse (2) présente une section variable croissant du milieu de ladite traverse vers les extrémités de celle-ci.

13. Traverse pour essieu souple de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle présente au moins trois zones (21), (22) possédant des rigidités en torsion différentes, dont au moins une zone intermédiaire (22) présentant une première rigidité en torsion et au moins deux zones d'extrémité (21), situées au voisinage de chacune des extrémités de ladite traverse (2) et présentant chacune une deuxième rigidité en torsion inférieure à ladite première rigidité en torsion, lesdites zones d'extrémité agissant au moins lorsque les extrémités de ladite traverse sont soumises à des contraintes de torsion antagonistes.

14. Procédé de fabrication d'une traverse pour essieu souple, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réalisation sur ladite traverse d'au moins trois zones possédant des rigidités en torsion différentes, dont au moins une zone intermédiaire présentant une première rigidité en torsion et au moins deux zones d'extrémité, situées au voisinage de chacune des extrémités de ladite traverse et présentant chacune une deuxième rigidité en torsion inférieure à ladite première rigidité en torsion, lesdites zones d'extrémité agissant au moins lorsque les extrémités de ladite traverse sont soumises à des contraintes de torsion antagonistes.

15. Procédé de fabrication d'une traverse selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite étape de réalisation de ladite ou desdites zones d'extrémité est obtenue par l'une au moins des techniques suivantes: moulage; emboutissage.

16. Véhicule équipé d'au moins un essieu souple comprenant une traverse reliant deux bras longitudinaux, caractérisé en ce que ladite traverse présente au moins trois zones (21), (22) possédant des rigidités en torsion différentes, dont au moins une zone intermédiaire (22) présentant une première rigidité en torsion et au moins deux zones d'extrémité (21), situées au voisinage de chacune des extrémités de ladite traverse (2) et présentant chacune une deuxième rigidité en torsion inférieure à ladite première rigidité en torsion, lesdites zones d'extrémité (21) agissant au moins lorsque les extrémités de ladite traverse sont soumises à des contraintes de torsion antagonistes.