FR3047286A1 - Verin de suspension hydropneumatique de vehicule automobile et suspension de roue equipee d'un tel verin - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un vérin de suspension hydropneumatique de véhicule automobile et une suspension de roue équipée d'un tel vérin. Selon l'invention, le vérin de suspension hydropneumatique (3) est caractérisé en ce qu'il comprend un accumulateur hydropneumatique à piston (22) logé au-dessus de la chambre supérieure (13) en partie supérieure du cylindre de vérin (7) et un corps cylindrique externe (15) solidaire du pivot de roue et dans lequel est monté télescopiquement le cylindre (7), l'extrémité opposée de la tige (11) de piston (10) étant solidaire de la paroi de fond du corps cylindrique externe (15). L'invention trouve application dans le domaine de l'automobile.
Description
"VERIN DE SUSPENSION HYDROPNEUMATIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE ET SUSPENSION DE ROUE EQUIPEE D'UN TEL VERIN" [0001] La présente invention concerne un vérin de suspension hydropneumatique de véhicule, notamment automobile, ainsi qu'une suspension de roue du type Mac Pherson ou pseudo Mac Pherson de véhicule automobile équipée d'un tel vérin.
[0002] Le brevet FR 2 636 390 divulgue une architecture de suspension hydropneumatique de véhicule automobile comprenant une jambe de force constituant un vérin porteur, dont le cylindre est articulé à un support de roue et dans lequel coulisse un piston dont la tige, articulée par l’une de ses extrémités à la caisse du véhicule, est munie d'un alésage axial relié hydrauliquement à un accumulateur hydropneumatique externe en forme de sphère.
[0003] La jambe de force assure par sa tige à la fois le maintien géométrique du plan de roue et la suspension du véhicule par application de la pression du ressort à gaz de l'accumulateur hydropneumatique sur la section de cette tige.
[0004] Cette architecture présente deux inconvénients.
[0005] Tout d'abord, elle est encombrante du fait que la sphère de l'accumulateur hydropneumatique est située à l'extérieur de la jambe de force.
[0006] En outre, le diamètre de la tige résulte d'un compromis entre d'une part le maintien mécanique du plan de roue et d'autre part la section d'application de la pression du ressort à gaz de l'accumulateur hydropneumatique. Ainsi, pour garantir le maintien mécanique du plan de roue, on utilise une section de tige plus importante que celle nécessaire pour la seule suspension : il en résulte alors des débits de fluide hydraulique très supérieurs au strict nécessaire et un surdimensionnement de la jambe de force.
[0007] Le brevet DE 102008032950 divulgue une architecture de vérin hydropneumatique dite "bitube" c'est-à-dire constituée de deux chambres concentriques comprenant une chambre centrale assurant la fonction d'amortissement et la haute pression et une chambre annulaire recevant le ressort pneumatique qui est ainsi intégré dans le vérin hydropneumatique. Si cette architecture améliore l'encombrement d'ensemble, elle ne permet pas d'optimiser la section de suspension de la tige de vérin indépendamment du maintien du plan de roue du véhicule.
[0008] La présente invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus de l'art antérieur.
[0009] A cet effet, l'invention propose un vérin de suspension hydropneumatique de véhicule, notamment automobile, comprenant un cylindre relié à la caisse du véhicule, un piston solidaire de l’extrémité d’une tige, monté à coulissement dans le cylindre en définissant dans celui-ci deux chambres supérieure et inférieure remplies d’un fluide hydraulique sous pression, l’extrémité opposée de la tige étant reliée à un support de roue du véhicule, et qui est caractérisé en ce qu’il comprend un accumulateur hydropneumatique à piston logé au-dessus de la chambre supérieure en partie supérieure du cylindre et un corps cylindrique externe solidaire du support de roue et dans lequel est monté télescopiquement le cylindre, l’extrémité opposée de la tige de piston étant solidaire de la paroi de fond du corps cylindrique externe.
[0010] Avantageusement, la pression moyenne du gaz dans l'accumulateur hydropneumatique est d'environ 15 x 106 Pascals (150 bars).
[0011] Un ressort de suspension est interposé entre la caisse du véhicule et une coupelle solidaire du corps cylindrique externe en entourant le cylindre de vérin et, avantageusement, la pression du gaz dans l'accumulateur hydropneumatique est comprise entre 8 x 106 Pascals et 9x106 Pascals (80 et 90 bars).
[0012] Le corps cylindrique externe délimite entre une paroi de fond du cylindre de vérin et la paroi de fond du corps cylindrique une chambre traversée par la tige de vérin et remplie par un fluide hydraulique de basse pression et la chambre du corps cylindrique externe est raccordée à une pompe hydraulique à deux sens de rotation elle-même en communication de fluide avec un perçage axial traversant la tige de piston en débouchant dans la chambre supérieure du cylindre de vérin pour permettre un réglage de l'assiette du véhicule.
[0013] Le cylindre de vérin et le corps cylindrique externe sont guidés l'un par rapport à l'autre par deux paliers supérieur et inférieur logés dans un espace annulaire étanche défini entre le cylindre de vérin et le corps cylindrique externe, lequel espace annulaire est rempli d’huile de lubrification provenant de la chambre du corps cylindrique externe.
[0014] De préférence, le corps cylindrique externe comprend une chape de fixation de ce corps au support de roue.
[0015] L'invention vise également une suspension de roue du type Mac Pherson ou pseudo Mac Pherson de véhicule automobile et qui est caractérisée en ce qu'elle comprend un vérin de suspension hydropneumatique tel que défini précédemment.
[0016] L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d’exemple illustrant un mode de réalisation de l’invention et dans lesquels : - La figure 1 est une vue partielle en perspective d'un demi-train avant d'un véhicule automobile pourvu d'un vérin de suspension hydropneumatique conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale du vérin de suspension hydropneumatique de l'invention ; - la figure 3 est une vue en section suivant la ligne lll-lll de la figure 2 ; et - la figure 4 est une vue agrandie de la partie cerclée en IV de la figure 2.
[0017] En se reportant à la figure 1, la référence 1 désigne une partie d'un demi-train avant d'un véhicule automobile faisant partie d'un train du type Mac Pherson ou pseudo Mac Pherson et comprenant une suspension hydropneumatique 2 pourvue d'un vérin hydropneumatique de suspension 3 reliant le support de roue 4 à la caisse du véhicule, non représentée.
[0018] Un ressort métallique hélicoïdal de suspension 5 est monté précontraint concentriquement au vérin hydropneumatique de suspension 3 entre une coupelle 6 solidaire de ce vérin comme on le verra ultérieurement et la caisse du véhicule.
[0019] Selon l'invention représentée aux figures 2 à 4, le vérin de suspension hydropneumatique 3 dénommé également jambe de force, comprend un cylindre inversé de vérin 7 de manière que sa paroi supérieure de fermeture 8 soit reliée articulée, par l'intermédiaire d'un axe coaxial 9 et un appui élastique, non représenté, à la caisse du véhicule. Le vérin de suspension hydropneumatique 3 comprend en outre un piston 10 solidaire de l'extrémité d'une tige de suspension 11 et monté à coulissement dans le cylindre de vérin 7.
[0020] La tige 11 du piston 10 traverse à coulissement guidé un corps interne cylindrique 12 constituant une paroi inférieure de fermeture du cylindre de vérin 7.
[0021] Ainsi, le piston 10 définit dans le cylindre de vérin 7 deux chambres respectivement supérieure 13 et inférieure 14 qui sont remplies d'un fluide hydraulique de haute pression, la chambre inférieure 14 étant située au-dessus du corps cylindrique interne 12.
[0022] Le vérin de suspension hydropneumatique 3 comprend également un corps cylindrique tubulaire externe 15 solidaire du support de roue 4 et dans lequel est monté télescopiquement de manière guidée le cylindre de vérin 7.
[0023] Le cylindre de vérin 7 et le corps cylindrique externe 15 sont montés à coulissement guidé l'un par rapport à l'autre par l'intermédiaire de deux paliers supérieur 16 et inférieur 17 et le corps cylindrique externe 15 comprend une paroi inférieure de fermeture 18 traversée par l'extrémité inférieure de la tige 11 du piston 10 et solidarisée à la paroi 18. Les deux paliers supérieur 16 et inférieur 17 sont logés dans un espace annulaire E entre le cylindre de vérin 7 et le corps cylindrique externe 15.
[0024] Le corps cylindrique externe 15 délimite entre la paroi 12 de fermeture du cylindre de vérin 7 et la paroi 18 de fermeture du corps cylindrique externe 15 une chambre ou réservoir 19 contenant du fluide hydraulique de basse pression.
[0025] La partie inférieure du corps cylindrique externe 15 du vérin hydropneumatique 3 comprend, solidaire de celle-ci, une chape 20, dont les deux parois latérales parallèles 21 sont fixées au support de roue 4 par l'intermédiaire de vis de fixation, non représentées.
[0026] La coupelle 6 du ressort de suspension 5 est solidaire du corps cylindrique externe 15 en partie supérieure de ce dernier.
[0027] Le vérin de suspension hydropneumatique 3 est également pourvu d'un accumulateur hydropneumatique à piston 22 logé dans le cylindre de vérin 7 en partie supérieure de celui-ci et au-dessus de la chambre supérieure 13 de ce cylindre.
[0028] Comme cela est connu en soi, le piston 23 de l'accumulateur hydropneumatique 22, dit piston flottant, constitue l'élément séparateur entre la chambre de fluide hydraulique 13 et le gaz compressible, généralement de l'azote, contenu entre la paroi supérieure 8 du cylindre de vérin 7 et le piston 23. Lors de la montée en pression du fluide hydraulique dans la chambre 13, le gaz de l'accumulateur hydropneumatique 22 est comprimé par le piston flottant 23 et lors de la diminution de cette pression, le gaz comprimé se détend et repousse le fluide hydraulique dans la chambre 13 par le piston flottant 23. Ainsi, le gaz communique son élasticité au fluide hydraulique pour se comporter en quelque sorte comme un ressort pneumatique.
[0029] A titre d'exemple, la moyenne pression du gaz dans l'accumulateur hydropneumatique 22 est d'environ 150 bars (15 x 106 Pascals) pour une suspension dépourvue de ressort de suspension 5 et la pression moyenne de ce gaz est comprise entre 80 et 90 bars (8 x 106 et 9 x 106 Pascals) pour une suspension comportant le ressort de suspension 5. Par pression moyenne, on entend une pression à assiette de référence du véhicule ou pression à charge de référence. C'est la pression dans le système hydraulique lorsque le véhicule comporte deux personnes et quatorze kilogrammes de bagages et lorsqu'il roule à vitesse constante sur une route lisse, telle que par exemple une autoroute.
[0030] La pression élevée du gaz de l'accumulateur hydropneumatique 22 permet de porter toute ou partie de la masse du véhicule en s'appliquant sur la section d'extrémité de la tige de poussée 11, cette pression de gaz s'appliquant pratiquement de la section d'extrémité de la tige 11 du fait que le piston 10 n'est pas étanche. Du fait que le maintien du plan de roue est assuré indépendamment de la tige de poussée 11 par le corps cylindrique externe 15 enveloppant le cylindre de vérin 7, la tige de poussée 11 peut être dimensionnée uniquement en fonction des besoins de flexibilité de la suspension et ainsi d'en optimiser son dimensionnement. Un autre avantage majeur est que la tige de poussée 11 ne subissant pas de chargement radial significatif et restant de dimension réduite, il est possible de l'envisager totalement étanche sans trop d'impacts sur le frottement de l'ensemble du vérin hydropneumatique 3. Enfin, en intégrant l'accumulateur hydropneumatique à piston 22 dans le cylindre de vérin 7 en partie supérieure de celui-ci, le vérin de suspension hydropneumatique 3 présente un très faible encombrement.
[0031] Le vérin de suspension hydropneumatique peut être aménagé pour assurer la correction d'assiette du véhicule.
[0032] A cet effet, la tige de suspension 11 est traversée tout le long de celle-ci par un perçage axial 11a débouchant en partie supérieure dans la chambre supérieure 13 du cylindre de vérin 7 et dont l'extrémité inférieure est raccordée à un circuit hydraulique 24 comprenant une pompe hydraulique 25 à deux sens de rotation et une électrovanne 26 commandée de manière à occuper deux positions, l'une permettant l'injection de fluide hydraulique sous pression dans la chambre 13 du cylindre de vérin 7 avec interposition d'un clapet anti-retour de l'électrovanne 26 entre l'extrémité inférieure de la tige de poussée 11 et la pompe 25, et l'autre permettant le prélèvement de fluide hydraulique sous pression de la chambre 13 au travers de la tige de poussée 11.
[0033] Ainsi, en injectant du fluide hydraulique sous pression dans la chambre supérieure 13 du cylindre de vérin 7 au travers de la tige de poussée 11, le cylindre de vérin 7 se déplace vers le haut pour augmenter l'assiette du véhicule.
[0034] Il est à noter que le piston 10 peut être pourvu de clapets ou autres moyens équivalents, non représentés, permettant des échanges de fluide hydraulique sous pression entre les chambres supérieure 13 et inférieure 14 non seulement pendant la correction d'assiette, mais également lors du fonctionnement en attaque et en détente du vérin de suspension hydropneumatique 3.
[0035] Avantageusement, le circuit hydraulique de correction d'assiette 24 utilise la chambre 19 ménagée entre le cylindre de vérin 7 et le corps cylindrique externe 15 en tant que réservoir contenant du fluide hydraulique basse pression. Dans ces conditions, la pompe hydraulique 25 est raccordée à la chambre 19 par l'intermédiaire d'une conduite 25a raccordée à un perçage 27 traversant la paroi de fond 18 du corps cylindrique externe 15 en débouchant dans la chambre 19.
[0036] Une telle configuration présente les avantages suivants : - du fait de la présence de fluide hydraulique basse pression (huile) dans l'espace annulaire étanche E entre le cylindre de vérin 7 et le corps cylindrique externe 15, les deux paliers 16 et 17 sont lubrifiés, minimisant le frottement entre le cylindre de vérin 7 et le corps cylindrique externe 15 et améliorant la dissipation thermique. En effet, le corps cylindrique 12 comprend, solidaire de celui-ci, une partie rapportée inférieure généralement cylindrique 12a, dont le bord inférieur circulaire définit avec le corps cylindrique externe 15 un espace annulaire E1 en communication de fluide avec l'espace annulaire E. L’étanchéité de l'espace annulaire E est réalisée par un joint torique 28 situé entre le cylindre de vérin 7 et le du corps cylindrique externe 15 en partie supérieure de ce dernier. - la présence et la position de la chambre ou réservoir 19 baignant le corps cylindrique d'extrémité 12 du cylindre de vérin 7 permet d'en recueillir naturellement les fuites de fluide hydraulique sans dispositif ou canalisation particulière, - la présence d'un volume de fluide hydraulique (huile) sous le cylindre de vérin 7 haute pression permet d'y ménager une fonction de butée hydraulique, dont la pression de fonctionnement ne se rajoutera pas à la pression de suspension du vérin de suspension hydropneumatique 3 au risque d'atteindre des valeurs de pression trop élevées.
[0037] Le cas échéant, il est possible de prévoir un amortisseur externe 29 schématisé en pointillés en figure 2 relié au circuit haute pression à l'extrémité inférieure du perçage axial 27 de la tige de suspension 11 de manière à augmenter la flexibilité du vérin de suspension hydropneumatique lorsque la liaison entre l'amortisseur externe 29 et le circuit haute pression est permanente. Dans la situation où cette liaison serait pilotable au moyen d'une électrovanne bi état, on pourra réaliser deux états distincts de flexibilité de la suspension, formant un dispositif déjà connu sous le nom de suspension hydractive.
[0038] On notera enfin que la pression de gaz maximum de service de l'accumulateur hydropneumatique à piston 22 est d'environ 200 bars (20 x 106 Pascals), valeur permettant de conserver un dimensionnement standard du vérin de suspension hydropneumatique avec des joints d'étanchéité habituels sans augmentation de la complexité du vérin et de son coût. Cette pression est valable pour le vérin de suspension de l'invention équipé ou non du ressort de suspension 5. Ensuite, on va chercher à réduire au maximum les débits hydrauliques à la fois dans les débattements de la suspension et dans les corrections d'assiette du véhicule : à pression hydraulique déterminée, ces débits hydrauliques fixent notamment la taille de l'accumulateur hydropneumatique 22. Pour ce faire, on va réduire au maximum la section de la tige 11 (ou section de poussée) où s'applique la pression. La masse du véhicule et la pression maximum étant fixées, on réalise le vérin de suspension de l'invention avec, le cas échéant, le ressort de suspension en parallèle 5, qui réduit la masse à porter par le vérin de suspension.
[0039] Le vérin de suspension hydropneumatique présente une forme proche de celle d'une architecture d'amortisseur connue dite monotube à tige inversée, qui est adaptée dans le cas présent au besoin d'une suspension à ressort pneumatique ou d'une suspension hybride faisant travailler en parallèle un ressort pneumatique haute pression (ou suspension hydropneumatique) et un ressort métallique. Le vérin de suspension hydropneumatique est conçu pour permettre le dimensionnement de la tige de poussée indépendamment du maintien de plan de roue et peut être aménagé avantageusement pour garantir une correction d'assiette du véhicule. Enfin, le vérin de suspension hydropneumatique de l’invention peut s’appliquer à chaque demi-train arrière d’un véhicule automobile.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Vérin de suspension hydropneumatique (3) de véhicule, notamment automobile, comprenant un cylindre (7) relié à la caisse du véhicule, un piston (10) solidaire de l’extrémité d’une tige (11), monté à coulissement dans le cylindre (7) en définissant dans celui-ci deux chambres supérieure (13) et inférieure (14) remplies d’un fluide hydraulique sous pression, l’extrémité opposée de la tige (11) étant reliée à un support de roue (4) du véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend un accumulateur hydropneumatique à piston (22) logé au-dessus de la chambre supérieure (13) en partie supérieure du cylindre (7) et un corps cylindrique externe (15) solidaire du support de roue (4) et dans lequel est monté télescopiquement le cylindre (7), l’extrémité opposée de la tige de piston (11) étant solidaire de la paroi de fond (18) du corps cylindrique externe (15).
- 2. Vérin de suspension hydropneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression moyenne du gaz dans l’accumulateur hydropneumatique (22) est d’environ 15x106 Pascals (150 bars).
- 3. Vérin de suspension hydropneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’un ressort de suspension (5) est interposé entre la caisse du véhicule et une coupelle (6) solidaire du corps cylindrique externe (15) en entourant le cylindre de vérin (7).
- 4. Vérin de suspension hydropneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pression moyenne du gaz dans l’accumulateur hydropneumatique (22) est comprise entre 8 x 106 Pascals et 9 x 106 Pascals (80 et 90 bars).
- 5. Vérin de suspension hydropneumatique selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps cylindrique externe (15) délimite entre une paroi de fond (12) du cylindre de vérin (7) et la paroi de fond (18) du corps cylindrique externe (15) une chambre (19) traversée par la tige de piston (11) et remplie par un fluide hydraulique de basse pression et en ce que la chambre (19) du corps cylindrique externe (15) est raccordée à une pompe hydraulique à deux sens de rotation (25) elle-même en communication de fluide avec un perçage axial (11a) traversant la tige de piston (11) en débouchant dans la chambre supérieure (13) du cylindre de vérin (7) pour permettre un réglage de l’assiette du véhicule.
- 6. Vérin de suspension hydropneumatique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le cylindre de vérin (7) et le corps cylindrique externe (15) sont guidés l'un par rapport à l'autre par deux paliers supérieur (16) et inférieur (17) logés dans un espace annulaire étanche (E) défini entre le cylindre de vérin (7) et le corps cylindrique externe (15), lequel espace annulaire est rempli d’huile de lubrification provenant de la chambre (19) du corps cylindrique externe (15).
- 7. Vérin de suspension hydropneumatique selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps cylindrique externe (15) comprend une chape (20) de fixation de ce corps au support de roue (4).
- 8. Suspension de roue du type Mac Pherson ou pseudo Mac Pherson de véhicule automobile, caractérisée en ce qu’elle comprend un vérin de suspension hydropneumatique selon l’une des revendications 1 à 7.
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