FR3024399A1 - Suspension de vehicule automobile a barre de torsion composite renforcee - Google Patents

Suspension de vehicule automobile a barre de torsion composite renforcee Download PDF

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Abstract

L'invention propose une suspension comportant une barre de torsion (10) d'orientation axiale (A) en matériau composite à matrice en matériau synthétique renforcée dont un tronçon d'extrémité axiale (12) tubulaire comporte au moins une fente (20) d'orientation axiale, au moins un organe de suspension associé (22) comportant un alésage (26) à l'intérieur duquel est reçu le tronçon d'extrémité axiale tubulaire (12) de la barre de torsion, caractérisée en ce qu'elle comporte un tube intérieur (34) de renfort qui s'étend axialement le long d'une paroi interne concave (16) du tronçon d'extrémité axiale (12) tubulaire de la barre de torsion (10), et en regard d'au moins une partie de la fente d'orientation axiale (20).

Description

"Suspension de véhicule automobile à barre de torsion composite renforcée" DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne une suspension de véhicule automobile à barre de torsion composite renforcée. ARRIERE PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne plus particulièrement une suspension de véhicule automobile, et notamment un essieu arrière, du type comportant une barre de torsion d'orientation axiale, constituant la traverse d'orientation transversale par rapport à l'orientation longitudinale générale du véhicule, de conception générale tubulaire et dont au moins chacun des deux tronçons d'extrémité axiale est de forme tubulaire. Cette barre de torsion formant traverse est associée, à chacune de ses deux extrémités axiales, à un organe de suspension qui est un bras longitudinal associé complémentaire dont chacun supporte une roue arrière, respectivement gauche et droite, du véhicule. De manière connue, chaque bras de suspension comporte un alésage d'orientation axiale transversale à l'intérieur duquel une portion d'un tronçon d'extrémité axiale tubulaire de la barre de torsion s'étend axialement. Pour la fixation du tronçon d'extrémité axiale tubulaire dans l'alésage associé, il est connu d'interposer une couche de colle, ou d'adhésif, de fixation entre une paroi externe périphérique convexe du tronçon d'extrémité axiale de la barre de torsion ou traverse, et une paroi interne concave en vis-à-vis de l'alésage du bras de suspension.
Une telle technique de liaison et de fixation par collage est notamment utilisée lorsqu'il s'agit de relier une barre de torsion formant traverse en matériau dit "composite" à matrice en matériau plastique et/ou synthétique, à un bras de liaison métallique, par exemple à structure mécano-soudée, ou moulée en aluminium. Tant la structure et la composition de la barre de torsion, notamment appliquée à une traverse pour essieu de véhicule automobile, que la conception générale d'un tel train arrière à traverse deformable ont fait l'objet de nombreux développements dont certains sont par exemple illustrés dans les documents FR-A-2.954.921 et FR-A-2.985.221. Selon une conception connue, toute la barre de torsion, ou au moins une partie tubulaire axiale de celle-ci, est en matériau composite à matrice en matériau synthétique renforcé et cette partie tubulaire axiale comporte au moins une fente, ou ouverture, d'orientation axiale qui est délimitée angulairement, par exemple par deux bords latéraux rectilignes parallèles à l'axe général de la partie tubulaire.
Lorsque la fente, ou ouverture, ne s'étend pas axialement sur toute la longueur de la barre de torsion, au moins une de ses deux extrémités axiales est borgne, non débouchante, et est délimitée par un bord d'extrémité d'orientation générale transversale qui relie entre elles les deux extrémités en vis-à-vis des deux bords latéraux rectilignes parallèles. De manière connue, la fente axiale, ou ouverture, peut être réalisée par découpe dans une barre de torsion en matériau composite préalablement réalisée sous la forme d'un élément de profil tubulaire continu.
On désigne dans le cadre de la présente invention comme matériau composite un matériau comprenant une matrice et un ou plusieurs renforts réalisés par exemple sous la forme d'inserts noyés dans la matrice et qui s'étendent axialement à l'intérieur de la matrice sur tout ou partie de la portion tubulaire en matériau com posite. Les caractéristiques mécaniques et de fiabilité d'une barre de torsion en matériau composite dépendent notamment du choix du matériau de la matrice, éventuellement renforcée, ainsi que de la conformation et du choix des matériaux pour les inserts de renfort. Les inserts peuvent par exemple être réalisés en carbone, ou plus précisément en fibre de carbone, ou en fibre de verre.
La matrice a pour fonction principale de transmettre les efforts mécaniques dans la barre de torsion et aux renforts ou inserts, et elle assure aussi la protection des renforts ou inserts vis-à-vis des conditions et paramètres environnementaux, tout en permettant en outre de conférer la forme voulue à la barre de torsion. Les principales matrices utilisées sont des matrices thermodurcissables ou des matrices thermoplastiques. La conformation connue mentionnée ci-dessus de la fente axiale aboutit à des faiblesses mécaniques dans cette zone de découpe de la fente, notamment dans la cas de sollicitations de torsion, ou autres, qui provoquent des déformations qui produisent du cisaillement dans cette zone particulière, la contrainte dans le sens transversal s'avérant rédhibitoire pour la résistance de la barre de torsion.
BREF RESUME DE L'INVENTION Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention propose une suspension de véhicule automobile comportant : - une barre de torsion d'orientation axiale en matériau composite à matrice en matériau synthétique renforcée dont un tronçon d'extrémité axiale tubulaire comporte au moins une fente d'orientation axiale ; - au moins un organe de suspension associé comportant un alésage d'orientation axiale à l'intérieur duquel le tronçon d'extrémité axiale tubulaire s'étend axialement ; caractérisée en ce qu'elle comporte un tube intérieur de renfort qui s'étend axialement : - le long d'une paroi interne concave du tronçon d'extrémité axiale tubulaire de la barre de torsion ; - et en regard d'au moins une partie de la fente d'orientation axiale.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la fente est délimitée axialement par une extrémité borgne non débouchante, et le tube intérieur de renfort s'étend axialement en regard de cette extrémité borgne non débouchante de la fente ; - la fente ne s'étend pas sur toute la longueur du tronçon tubulaire de la barre de torsion composite ; - la fente s'arrête à distance axiale d'un premier bord d'extrémité libre de la barre de torsion qui est situé axialement dans l'alésage de l'organe de suspension ; - l'extrémité borgne non débouchante de la fente est située axialement hors de l'alésage de l'organe de suspension ; - un premier bord d'extrémité axiale du tube de renfort est situé axialement dans l'alésage de l'organe de suspension ; - le premier bord d'extrémité axiale du tube de renfort est 25 situé axialement sensiblement à mi-longueur de la portion du tronçon d'extrémité axiale tubulaire de la barre composite qui est reçue à l'intérieur de l'alésage de l'organe de suspension ; - un deuxième bord d'extrémité axiale du tube de renfort est situé axialement hors de l'alésage de l'organe de suspension ; 30 - le premier bord d'extrémité axiale du tube de renfort s'étend dans un plan radial du tube de renfort ; - le deuxième bord d'extrémité axiale du tube de renfort s'étend dans un plan qui forme un angle aigu par rapport à l'axe du tube de renfort ; - le tube de renfort est un tube métallique, notamment en acier ; - le tube de renfort est collé le long de la paroi interne concave du tronçon d'extrémité axiale tubulaire de la barre de torsion ; - le tube de renfort est monté vissé à l'intérieur du tronçon d'extrémité axiale tubulaire de la barre de torsion ; - chacun des deux tronçons d'extrémité axiale opposés de la barre de torsion est conformé de manière identique et est fixé à un organe de suspension complémentaire associé ; - la barre de torsion est une traverse deformable, et l'organe de suspension est un bras longitudinal qui supporte une roue du véhicule, notamment une roue arrière. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue générale en perspective éclatée illustrant un exemple de réalisation de l'invention et sur laquelle sont représentés, avant leur assemblage et fixation, un bras longitudinal de suspension et le tronçon d'extrémité axiale tubulaire associé de la barre de torsion ; - la figure 2 est une vue en perspective et en section selon un plan axial horizontal du tronçon axial d'extrémité de la barre de torsion qui est représentée sans son tube de renfort ; - la figure 3, selon un autre angle de vue, des composants de la figure 1 qui sont représentés dans la position géométrique respective qu'ils occupent après assemblage et sur laquelle la barre de torsion est représentée avec le tube de renfort selon l'invention ; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 sur laquelle on a représenté une variante de réalisation du tube de renfort selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mêmes références. Dans la suite de la description, on adoptera de manière non limitative des orientations longitudinale, verticale et transversale indiquées par le trièdre "L,V,T" des figures. On définit aussi un plan horizontal qui s'étend longitudinalement et transversalement. On a représenté aux figures 1 à 3, un tronçon d'extrémité axiale 12 d'une barre de torsion 10 formant traverse transversale qui est de conception générale tubulaire. La barre de torsion 10 et le tronçon d'extrémité axiale 12 sont délimités par une surface périphérique externe convexe 14 et par une surface périphérique interne concave 16, la barre de torsion 10 étant ici de profil cylindrique de révolution à génératrice circulaire. Le tronçon 12 est délimité axialement par un bord d'extrémité axiale 18. On a aussi représenté, aux figures 1 à 3, un bras de suspension 22 de conception générale connue qui est ici une pièce métallique mécano-soudée, ou moulée en aluminium, qui comporte notamment une partie centrale tubulaire 24 dans laquelle est formé un alésage axial débouchant 26 qui s'étend axialement, selon la direction transversale T, entre une première extrémité axiale 28 et une deuxième extrémité axiale 30. L'alésage 26 présente ici un profil de révolution cylindrique circulaire et il est délimité par une surface périphérique interne 5 concave 32. De manière connue, les dimensions du tronçon d'extrémité axial 12 et de l'alésage 26 sont telles qu'elles permettent un assemblage et une liaison ou fixation par collage au moyen d'une couche de colle, ou d'adhésif, de fixation, qui est interposée 10 radialement entre les surfaces cylindriques circulaires convexe 14 et concave 32 en vis-à-vis de la barre de torsion 10 et de l'alésage 26 respectivement. Pour faciliter un tel assemblage et collage, l'alésage 26 peut comporter, comme on le voit à la figure 3, des rainures 15 axiales 37. La barre de torsion de suspension est ici une barre à parois 14 et 16 parallèles cylindriques à génératrices circulaires. De manière connue, la barre de torsion 10 comporte une ouverture réalisée sous la forme d'une fente 20 d'orientation 20 axiale parallèle à l'axe général A de la barre de torsion 10. La fente axiale 20 traverse ici la barre de torsion 10 dans toute son épaisseur et elle est délimitée angulairement par deux bords latéraux rectilignes parallèles et opposés B1 et B2. La fente 20 ne s'étend pas sur toute la longueur de la 25 partie tubulaire de la barre de torsion composite 10 et elle s'arrête à distance axiale du bord d'extrémité libre 18 de la barre de torsion 10. La fente 20 comporte ainsi une extrémité axiale borgne non débouchante qui est délimitée par un bord d'extrémité BE. 30 Comme on peut le voir notamment à la figure 3, le bord d'extrémité borgne non débouchante BE de la fente 20 est situé, ainsi que la longueur de la fente 20, à l'extérieur de l'alésage 26 du bras de suspension 22.
Conformément aux enseignements de l'invention, la barre de torsion 10 comporte un tube intérieur 34 de renfort qui est ici un tube cylindrique circulaire d'épaisseur constante qui, à titre d'exemple non limitatif, est un tube de renfort en acier.
Le tube de renfort 34 est délimité par une surface externe convexe périphérique 36 et par une surface interne concave 38. Le tube intérieur de renfort 34 s'étend axialement sur une longueur déterminée et il est délimité par un premier bord d'extrémité axiale avant 40 qui est situé axialement dans l'alésage 26 du bras de suspension 22, et par un deuxième bord d'extrémité axiale arrière 42 qui est situé axialement hors de l'alésage 26. Dans le premier exemple de réalisation illustré à la figure 3, le tube intérieur de renfort 34 est un tube dont les deux bords 15 d'extrémité 40 et 42 s'étendent chacun dans un plan radial orthogonal à l'axe A. Comme on peut le voir à la figure 3, à titre non limitatif, le premier bord d'extrémité axiale 40 est situé sensiblement à mi-longueur de l'alésage 26 du bras de suspension 22, et donc à mi- 20 longueur de la portion du tronçon 12 logée à l'intérieur de l'alésage 26. Pour son montage et sa fixation dans la barre composite 10, le tube intérieur de renfort 34 peut être collé au moyen d'une couche de colle, ou d'adhésif, de fixation interposée entre sa 25 surface externe 36 et la paroi interne concave 16 du tronçon d'extrémité axiale tubulaire 12 de la barre de torsion 10 à l'intérieur duquel le tube de renfort 34 est monté dans la position illustré à la figure 3. Le tube intérieur de renfort 34 épouse intérieurement au 30 plus près la forme interne concave de la barre de torsion composite 10 avec un jeu radial réduit, par exemple de l'ordre de 0,5 mm pour permettre le collage au moins d'une couche ou film de colle.
A titre de variante non représentée, pour son montage et sa fixation dans la barre composite 10, le tube intérieur de renfort 34 peut y être vissé, sa surface externe convexe périphérique 36 étant filetée à cet effet. Un tel « vissage » d'un tube de renfort métallique, notamment en acier, est possible dans un composant en matériau composite, sans taraudage préalable. Le tube intérieur de renfort 34 peut aussi être emmanché légèrement à force à l'intérieur de la barre de torsion composite 10.
On décrira maintenant le deuxième exemple de réalisation illustré à la figure 4 qui ne diffère du précédent que par la conformation particulière du tube intérieur de renfort 34 dont le deuxième bord d'extrémité axiale arrière 42 est coupé "en biseau", c'est-à-dire qu'il s'étend globalement dans un plan incliné formant un angle aigu non nul par rapport à l'axe A de l'ensemble, et donc du tube intérieur de renfort 34. L'agencement selon l'invention d'un tube de renfort 34 à l'intérieur du tronçon tubulaire d'extrémité 12 de la barre de torsion 10 et qui s'étend sensiblement pour moitié à l'intérieur de l'alésage 26 du bras de suspension 22 permet de renforcer de manière efficace, notamment pour sa tenue en endurance, la conception de l'ensemble de suspension illustré aux figures. La présence du tube de renfort 34 a notamment pour effet de limiter la déformation de la traverse constituée par la barre de torsion 10 qui s'étend entre les deux organes de suspension opposés, et donc de supprimer le déplacement relatif des sections de la barre de torsion composite 10 soumises aux charges et contraintes en fonctionnement. Le tube intérieur de renfort 34 reprend une partie des efforts et permet ainsi de réduire les contraintes dans la barre de torsion composite 10. L'épaisseur radiale du tube intérieur de renfort 34, sa longueur, et les caractéristiques du matériau dans lequel il est réalisé, peuvent varier en fonction des niveaux souhaités de réduction des contraintes. La conception "en biseau" de la figure 4 permet de répartir les contraintes tout au long de la pièce afin d'éviter une 5 concentration de contraintes d'extrémité axiale arrière en direction de la fente 20.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Suspension de véhicule automobile comportant : - une barre de torsion (10) d'orientation axiale (A) en matériau composite à matrice en matériau synthétique renforcée dont un tronçon d'extrémité axiale (12) tubulaire comporte au moins une fente (20) d'orientation axiale ; - au moins un organe de suspension associé (22) comportant un alésage (26) d'orientation axiale à l'intérieur duquel le tronçon d'extrémité axiale tubulaire (12) s'étend axialement ; caractérisée en ce qu'elle comporte un tube intérieur (34) de renfort qui s'étend axialement : - le long d'une paroi interne concave (16) du tronçon d'extrémité axiale (12) tubulaire de la barre de torsion (10) ; - et en regard d'au moins une partie de la fente d'orientation axiale (20).
  2. 2. Suspension selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fente (20) est délimitée axialement par une extrémité borgne (BE) non débouchante, et en ce que le tube intérieur de renfort (34) s'étend axialement en regard de cette extrémité borgne (BE) non débouchante de la fente (20).
  3. 3. Suspension selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que : - la fente (20) ne s'étend pas sur toute la longueur du tronçon tubulaire de la barre de torsion composite ; - la fente (20) s'arrête à distance axiale d'un premier bord d'extrémité libre (18) de la barre de torsion (10) qui est situé axialement dans l'alésage (26) de l'organe de suspension (22).
  4. 4. Suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'extrémité borgne (BE) non débouchante de la fente (20) est située axialement hors de l'alésage (26) de l'organe de suspension (22).
  5. 5. Suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un premier bord (40) d'extrémité axiale du tube de renfort (34) est situé axialement dans l'alésage (26) de l'organe de suspension (22).
  6. 6. Suspension selon la revendication 5, caractérisée en ce que le premier bord (40) d'extrémité axiale du tube de renfort (34) est situé axialement sensiblement à mi-longueur de la portion du tronçon d'extrémité axiale (12) tubulaire de la barre composite (10) qui est reçue à l'intérieur de l'alésage (26) de l'organe de suspension (22).
  7. 7. Suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un deuxième bord (42) d'extrémité axiale du tube de renfort (34) est situé axialement hors de l'alésage (26) de l'organe de suspension (22).
  8. 8. Suspension selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que le premier bord (40) d'extrémité axiale du tube de renfort (34) s'étend dans un plan radial du tube de renfort (34).
  9. 9. Suspension selon la revendication 7, caractérisée en ce que le deuxième bord (42) d'extrémité axiale du tube de renfort (34) s'étend dans un plan qui forme un angle aigu par rapport à l'axe (A) du tube de renfort (34).
  10. 10. Suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en en ce que le tube de renfort (34) est un tube métallique, notamment en acier.
  11. 11. Suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le tube de renfort (34) est collé le long de la paroi interne concave (14) du tronçon d'extrémité axiale (12) tubulaire de la barre de torsion (10).
  12. 12. Suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le tube de renfort (34) est monté vissé à l'intérieur du tronçon d'extrémité axiale (12) tubulaire de la barre de torsion (10).
  13. 13. Suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chacun des deux tronçons d'extrémité axiale opposés (12) de la barre de torsion (10) est conformé de manière identique et est fixé à un organe de suspension complémentaire associé (22).
  14. 14. Suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la barre de torsion (10) est une traverse deformable, et en ce que l'organe de suspension est un bras longitudinal qui supporte une roue du véhicule, notamment une roue arrière.
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