FR3051400A1 - DEFORMABLE CROSS TRAIN WITH BALANCED SUSPENSION ARMS - Google Patents
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Abstract
Train arrière à traverse déformable pour véhicule automobile, comportant de chaque côté un bras de suspension longitudinal (2) comprenant à l'arrière un moyeu de roue (6) et à l'avant une articulation (12) prévue pour se fixer à la caisse du véhicule, ce train comportant une traverse déformable (4) dont chaque extrémité est fixée de manière rigide à un bras de suspension (2), chaque bras de suspension (2) comportant un contrepoids (14) fixé dessus de manière rigide qui est disposé à l'avant de l'axe de son articulation (12).Rear axle with deformable cross member for a motor vehicle, comprising on each side a longitudinal suspension arm (2) comprising at the rear a wheel hub (6) and at the front a hinge (12) intended to be fixed to the body of the vehicle, this train comprising a deformable cross member (4) each end of which is rigidly attached to a suspension arm (2), each suspension arm (2) having a counterweight (14) rigidly fixed thereto which is arranged in front of the axis of its articulation (12).
Description
TRAIN ARRIERE A TRAVERSE DEFORMABLE COMPORTANT DES BRAS DE SUSPENSION ÉQUILIBRÉSDEFORMABLE CROSS TRAIN COMPRISING BALANCED SUSPENSION ARMS
La présente invention concerne un train arrière à traverse déformable pour véhicule automobile, ainsi qu’un véhicule automobile équipé d’un tel train arrière, et un procédé de calcul de ce train arrière.The present invention relates to a rear axle with deformable cross member for a motor vehicle, as well as a motor vehicle equipped with such a rear axle, and a method of calculating this rear axle.
Les véhicules automobiles comportent généralement un train arrière fixé sous la caisse, qui supporte et guide les roues arrière en permettant un débattement des suspensions.Motor vehicles generally include a rear axle fixed under the body, which supports and guides the rear wheels by allowing a movement of the suspensions.
Un type de train arrière connu appelé train à traverse déformable, présenté notamment par le document FR-A1-2888559, comporte une structure présentant une forme générale en « H », comprenant de chaque côté du véhicule un bras de suspension disposé longitudinalement. L’avant des bras de suspension est relié à la caisse du véhicule par une articulation élastique pouvant pivoter suivant un axe sensiblement transversal, l’arrière de ces bras supportant le moyeu de la roue.A known type of rear train called deformable cross train, presented in particular by the document FR-A1-2888559, comprises a structure having a general shape in "H", comprising on each side of the vehicle a suspension arm arranged longitudinally. The front of the suspension arms is connected to the vehicle body by an elastic hinge pivotable about a substantially transverse axis, the rear of these arms supporting the hub of the wheel.
La barre centrale du « H » constitue une traverse déformable disposée transversalement, dont chaque extrémité est fixée de manière rigide sur le côté intérieur d’un bras de suspension. Cette traverse déformable maintient la géométrie des bras de suspension, tout en assurant par une déformation en torsion suivant son axe la fonction de barre anti-dévers qui limite l’angle de roulis de la caisse.The central bar of the "H" is a deformable cross member arranged transversely, each end of which is rigidly attached to the inner side of a suspension arm. This deformable crosspiece maintains the geometry of the suspension arms, while providing torsional deformation along its axis anti-roll bar function which limits the roll angle of the body.
La caisse du véhicule est supportée par des ressorts de suspension qui prennent appui sur un plateau disposé vers l’arrière de chaque bras. Des amortisseurs hydrauliques télescopiques sont installés en parallèle des ressorts de suspension, à l’intérieur ou sur le côté de ces ressorts.The vehicle body is supported by suspension springs which rest on a plate disposed towards the rear of each arm. Telescopic hydraulic dampers are installed in parallel with the suspension springs, inside or on the side of these springs.
Le train arrière à traverse déformable constitue un bon compromis entre le confort, la tenue de route, la compacité et les coûts.The rear axle with deformable cross member is a good compromise between comfort, handling, compactness and costs.
Un problème qui se pose avec ce type de train arrière à traverse déformable est que lors d’une excitation périodique verticale venant de la roue, causée notamment par un roulage sur un revêtement de route rugueux comme une chaussée gravillonnée, la disposition des masses et la géométrie de chaque bras de suspension fait qu’on obtient une réaction verticale sur les articulations avant de ces bras.A problem that arises with this type of rear axle with deformable cross member is that during a periodic vertical excitation coming from the wheel, caused in particular by rolling over a rough road surface such as a gravelled road, the arrangement of the masses and the geometry of each suspension arm makes one get a vertical reaction on the front joints of these arms.
En particulier le mode propre de résonance verticale du pneumatique dû à son élasticité peut provoquer une excitation périodique de la caisse du véhicule au niveau des articulations des bras de suspension, générant sur cette caisse des vibrations et des bruits de roulement qui dégradent la performance acoustique du véhicule.In particular the natural mode of vertical resonance of the tire due to its elasticity can cause a periodic excitation of the vehicle body at the joints of the suspension arms, generating vibration and rolling noise on this case which degrade the acoustic performance of the vehicle. vehicle.
Il faut alors ajouter des matériaux de traitement acoustique de la caisse du véhicule, réalisant notamment un amortissement des vibrations des panneaux de structure de cette caisse, ce qui augmente la masse du véhicule ainsi que les coûts.It is then necessary to add sound treatment materials to the vehicle body, including performing a vibration damping of the structural panels of the body, which increases the weight of the vehicle and the costs.
Pour réduire les vibrations générées par un train arrière à traverse déformable, un procédé connu, présenté notamment par le document JP2002225527, consiste à ajouter en dessous de chaque articulation des bras de suspension un batteur comportant une masse supportée par une matière élastique.To reduce the vibrations generated by a rear axle with deformable cross, a known method, presented in particular by the document JP2002225527, consists in adding below each articulation of the suspension arms a drummer comprising a mass supported by an elastic material.
Toutefois ce système est relativement fragile et délicat à mettre en oeuvre, car il comporte des masses mobiles rattachées par une liaison élastique au train arrière. La matière élastique peut en particulier vieillir dans le temps.However, this system is relatively fragile and difficult to implement because it comprises moving masses attached by an elastic connection to the rear axle. The elastic material can in particular age in time.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure.The present invention is intended to avoid these disadvantages of the prior art.
Elle propose à cet effet un train arrière à traverse déformable pour véhicule automobile, comportant de chaque côté un bras de suspension longitudinal comprenant à l’arrière un moyeu de roue et à l’avant une articulation prévue pour se fixer à la caisse du véhicule, ce train comportant une traverse déformable dont chaque extrémité est fixée de manière rigide à un bras de suspension, ce train arrière étant remarquable en ce que chaque bras de suspension comporte un contrepoids fixé dessus de manière rigide qui est disposé à l’avant de l’axe de son articulation.It proposes for this purpose a rear axle with deformable cross member for a motor vehicle, comprising on each side a longitudinal suspension arm comprising at the rear a wheel hub and at the front a hinge intended to be fixed to the vehicle body, this train comprising a deformable cross member, each end of which is fixed rigidly to a suspension arm, this rear axle being remarkable in that each suspension arm comprises a fixed counterweight rigidly mounted on it which is arranged in front of the axis of its articulation.
Un avantage de ce train arrière est que le contrepoids fixé sur le bras de suspension à l’avant de son axe d’articulation, déplace vers l’avant le centre de gravité du bras, et augmente son moment d’inertie par rapport à un axe transversal du véhicule. En calculant de manière appropriée la masse et la position de ce contrepoids, on obtient en réponse à une oscillation verticale de la roue, une réaction verticale du bras de suspension sur son articulation qui peut être fortement diminuée, ou même éliminée.An advantage of this rear axle is that the counterweight attached to the suspension arm in front of its hinge axis, moves forward the center of gravity of the arm, and increases its moment of inertia with respect to a transverse axis of the vehicle. By appropriately calculating the mass and the position of this counterweight, in response to a vertical oscillation of the wheel, a vertical reaction of the suspension arm on its articulation is obtained, which can be greatly reduced, or even eliminated.
On réalise ainsi de manière simple, efficace et économique, avec une masse rigide ne nécessitant pas d'articulation complexe qui peut vieillir, une réduction des excitations de la caisse du véhicule au niveau des articulations des bras de suspension. On améliore ainsi le confort acoustique du véhicule, sans ajouter d’élément de traitement acoustique sur la caisse qui pourrait l’alourdir.Thus, in a simple, effective and economical manner, with a rigid mass that does not require a complex joint that can age, a reduction of the excitations of the vehicle body at the joints of the suspension arms. This improves the acoustic comfort of the vehicle without adding an acoustic treatment element on the body that could weigh it down.
Le train arrière selon l’invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.The rear axle according to the invention may further comprise one or more of the following features, which may be combined with one another.
En particulier, le contrepoids peut être disposé à l'avant de l'axe de l'articulation, sensiblement dans l'alignement de l’axe longitudinal du bras de suspension.In particular, the counterweight may be disposed in front of the axis of the hinge, substantially in alignment with the longitudinal axis of the suspension arm.
Avantageusement, chaque bras de suspension comporte un étrier de frein arrière prévu pour freiner la roue arrière, qui est disposé à l’arrière de l’axe du moyeu de cette roue arrière.Advantageously, each suspension arm comprises a rear brake caliper provided to brake the rear wheel, which is disposed at the rear of the hub axle of the rear wheel.
Avantageusement, le moment d’inertie d’un bras de suspension équipé avec toutes les masses rigides fixées dessus, autour d’un axe transversal passant par son centre de gravité, présente un écart inférieur à 25% avec le produit de la masse totale du bras de suspension équipé avec les masses rigides fixées dessus, par la première distance longitudinale entre le centre de la roue et le centre de gravité, et par la deuxième distance longitudinale entre l’axe de l’articulation et ce centre de gravité.Advantageously, the moment of inertia of a suspension arm equipped with all rigid masses fixed on it, about a transverse axis passing through its center of gravity, has a difference of less than 25% with the product of the total mass of the suspension arm equipped with the rigid masses fixed on it, by the first longitudinal distance between the center of the wheel and the center of gravity, and by the second longitudinal distance between the axis of the articulation and this center of gravity.
En particulier, le moment d’inertie du bras de suspension équipé présente avantageusement un écart inférieur à 5% avec le produit de la masse totale du bras de suspension équipé, par la première et par la deuxième distance longitudinale. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile équipé d’un train arrière comportant sur les côtés des bras de suspension longitudinaux reliés entre eux par une traverse déformable, ce véhicule étant remarquable en ce que le train arrière comporte l’une quelconque des caractéristiques précédentes. L’invention a de plus pour objet un procédé de calcul d’un train arrière comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu'il comporte une étape avec un premier calcul du moment d’inertie de chaque bras de suspension équipé avec les masses rigides fixées dessus, autour d’un axe transversal passant par son centre de gravité, et avec un deuxième calcul du produit de la masse totale du bras de suspension équipé par la première distance longitudinale entre le centre de la roue et le centre de gravité, et par la deuxième distance longitudinale entre l’axe de l’articulation et ce centre de gravité, puis une étape de définition du contrepoids afin d’obtenir un écart entre le premier calcul et le deuxième calcul inférieur à un pourcentage prédéfini. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d’un schéma de train arrière selon l’invention ; et - la figure 2 est une vue de côté de ce train arrière, présentant différents efforts s’appliquant dessus lors d’une déformation du pneumatique.In particular, the moment of inertia of the suspension arm equipped advantageously has a difference of less than 5% with the product of the total mass of the suspension arm equipped with the first and the second longitudinal distance. The invention also relates to a motor vehicle equipped with a rear axle having on the sides of the longitudinal suspension arms interconnected by a deformable cross member, this vehicle being remarkable in that the rear axle comprises any of the features preceding. The invention furthermore relates to a method of calculating a rear axle comprising any one of the preceding features, remarkable in that it comprises a step with a first calculation of the moment of inertia of each suspension arm equipped with with the rigid masses fixed on it, about a transverse axis passing through its center of gravity, and with a second calculation of the product of the total mass of the suspension arm equipped with the first longitudinal distance between the center of the wheel and the center gravity, and the second longitudinal distance between the axis of the joint and the center of gravity, and a step of defining the counterweight to obtain a difference between the first calculation and the second calculation less than a predefined percentage. The invention will be better understood and other features and advantages will emerge more clearly on reading the following description given by way of example, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a perspective view of a rear axle diagram according to the invention; and - Figure 2 is a side view of the rear axle, having different forces applying on it during a deformation of the tire.
La figure 1 présente un train arrière comportant une traverse déformable 4 disposée transversalement, dont chaque extrémité est fixée de manière rigide à l’intérieur d’un bras de suspension 2 disposé sensiblement longitudinalement. La direction avant du véhicule est indiquée par la flèche notée « AV >>.Figure 1 shows a rear axle having a deformable cross member 4 disposed transversely, each end is fixed rigidly within a suspension arm 2 arranged substantially longitudinally. The forward direction of the vehicle is indicated by the arrow marked "AV".
Chaque bras de suspension 2 reçoit à l’arrière un moyeu 6 supportant une roue arrière 8, et vers l’avant une articulation élastique 12 définissant avec l’articulation de l’autre bras de suspension, un axe transversal permettant le pivotement du train arrière complet.Each suspension arm 2 receives at the rear a hub 6 supporting a rear wheel 8, and forwards an elastic articulation 12 defining with the articulation of the other suspension arm, a transverse axis allowing pivoting of the rear axle. full.
De plus on peut avoir des débattements indépendants de chaque bras de suspension 2, générant des efforts de torsion appliqués dans la traverse déformable 4, qui limitent ces différences de débattement en réalisant la fonction anti-dévers.In addition one can have independent movements of each suspension arm 2, generating torsion forces applied in the deformable cross member 4, which limit these differences in deflection by performing the anti-roll function.
Chaque bras de suspension 2 reçoit en avant de son articulation 12, un contrepoids 14 fixé de manière rigide à ce bras. L’élasticité des articulations 12 permet de filtrer certaines vibrations à fréquences plus élevées venant du roulage, mais transmet quand même des vibrations à fréquences plus basses, liées en particulier aux oscillations de la suspension ou du pneumatique de la roue 8 qui présentent des fréquences généralement un peu supérieures à 1 Hz.Each suspension arm 2 receives in front of its hinge 12, a counterweight 14 fixed rigidly to this arm. The elasticity of the joints 12 makes it possible to filter certain vibrations at higher frequencies coming from rolling, but nevertheless transmits vibrations at lower frequencies, linked in particular to the oscillations of the suspension or the tire of the wheel 8 which have frequencies generally slightly above 1 Hz.
La figure 2 présente un centre de gravité G du bras de suspension équipé, qui est dans le plan vertical passant par l’axe longitudinal du véhicule, le centre de gravité du bras de suspension 2 et de toutes les masses rigides liées à ce bras de suspension, comprenant le moyeu de roue 6, la roue 8, l’étrier de frein 10 et son disque 22 prévu pour freiner cette roue, le contrepoids avant 14, et d’autres accessoires rigides que ce bras peut supporter. L’étrier de frein 10 représentant une certaine masse pouvant se trouver de manière habituelle au-dessus ou en dessous de l’axe du moyeu de roue 6, a été disposé en particulier à l’arrière de cet axe de moyeu de manière à augmenter le moment d’inertie du bras de suspension équipé, autour de l’axe transversal passant par le centre de gravité G.FIG. 2 shows a center of gravity G of the equipped suspension arm, which is in the vertical plane passing through the longitudinal axis of the vehicle, the center of gravity of the suspension arm 2 and of all the rigid masses connected to this arm of FIG. suspension, comprising the wheel hub 6, the wheel 8, the brake caliper 10 and its disc 22 provided to brake this wheel, the front counterweight 14, and other rigid accessories that this arm can support. The brake caliper 10 representing a certain mass which may be in the usual way above or below the axis of the wheel hub 6, has been arranged in particular at the rear of this hub axle so as to increase the moment of inertia of the suspension arm equipped, around the transverse axis passing through the center of gravity G.
On obtient un bras de suspension équipé comportant par rapport à son centre de gravité G, avec les masses éloignées vers l’arrière de l’étrier de frein 10, et vers l’avant du contrepoids avant 14, un moment d’inertie l_yy important.An equipped suspension arm is obtained having with respect to its center of gravity G, with the masses remote towards the rear of the brake caliper 10, and towards the front of the front counterweight 14, a moment of inertia l_yy important .
Lors du roulage du véhicule, le pneumatique de la roue 8 se déforme au contact d’irrégularités de la route avec une certaine ovalisation présentée par l’ellipse 20. Avec des déformations répétées causées par un revêtement de la route rugueux, par exemple une route gravillonnée, l’élasticité du pneumatique conjuguée avec les masses non suspendues de la roue et du bras de suspension équipé, forment un système masse ressort qui oscille avec une fréquence propre.During the rolling of the vehicle, the tire of the wheel 8 deforms in contact with irregularities of the road with a certain ovalization presented by the ellipse 20. With repeated deformations caused by a coating of the rough road, for example a road The elasticity of the tire combined with the unsprung masses of the wheel and the equipped suspension arm form a spring mass system oscillating with a natural frequency.
La roue 8 transmet au bras de suspension 2 lors de ses oscillations une force d’excitation verticale Fl qui s’applique au centre du moyeu 6 de cette roue, disposé à une distance longitudinale A du centre de gravité G.The wheel 8 transmits to the suspension arm 2 during its oscillations a vertical excitation force F1 which applies to the center of the hub 6 of this wheel, disposed at a longitudinal distance A from the center of gravity G.
En réaction à cette force d’excitation verticale Fl venant de la roue 8, compte tenu des masses formant des inerties et de la géométrie du bras de suspension 2 équipé, ce bras applique sur l’articulation élastique 12 disposée à une distance longitudinale B du centre de gravité G, une force de réaction oscillante verticale F2 qui est transmise à la caisse du véhicule. On peut obtenir des vibrations et des bruits de cette caisse.In response to this vertical excitation force Fl coming from the wheel 8, taking into account the masses forming inertia and the geometry of the suspension arm 2 equipped, this arm applies to the elastic articulation 12 arranged at a longitudinal distance B of the center of gravity G, a vertical oscillating reaction force F2 which is transmitted to the vehicle body. Vibrations and noises can be obtained from this box.
Un calcul montre qu’en adaptant les différents paramètres de dimensionnement du train arrière pour obtenir un moment d’inertie l_yy du bras de suspension 2 équipé de toutes les masses rigides fixées dessus, autour d’un axe transversal passant par son centre de gravité G, qui est égal au produit de la masse totale M du bras de suspension équipé par la première distance longitudinale A entre le centre de la roue 8 et le centre de gravité G, et par la deuxième distance longitudinale B entre l’axe de l’articulation 12 et le centre de gravité G, on obtient alors une force de réaction verticale F2 qui est nulle.A calculation shows that by adapting the various sizing parameters of the rear axle to obtain a moment of inertia l_yy of the suspension arm 2 equipped with all the rigid masses fixed on it, around a transverse axis passing through its center of gravity G , which is equal to the product of the total mass M of the suspension arm equipped with the first longitudinal distance A between the center of the wheel 8 and the center of gravity G, and the second longitudinal distance B between the axis of the articulation 12 and the center of gravity G, we then obtain a vertical reaction force F2 which is zero.
On a alors la formule d’équilibre l_yy = M x A x B.We then have the equilibrium formula l_yy = M x A x B.
En s’approchant de cette formule, en particulier avec un écart entre les deux termes de l’égalité inférieur à 25%, on obtient une force de réaction verticale F2 qui est fortement atténuée. Avantageusement en réalisant un écart entre les deux termes de l’égalité inférieur à 5%, on obtient une force de réaction verticale F2 qui est très faible.Approaching this formula, in particular with a difference between the two terms of equality less than 25%, a vertical reaction force F2 is obtained which is greatly attenuated. Advantageously by realizing a difference between the two terms of equality less than 5%, a vertical reaction force F 2 is obtained which is very small.
On notera que par rapport à un bras de suspension équipé classique utilisé habituellement, le bras équipé présenté ici, comportant la masse de l’étrier de frein 10 reculé vers l’arrière et le contrepoids 14 ajouté en avant de l’articulation 12, comporte un moment d’inertie l_yy du bras qui est nettement augmenté.Note that compared to a conventional equipped suspension arm usually used, the equipped arm shown here, having the mass of the brake caliper 10 backward and the counterweight 14 added forward of the hinge 12, comprises a moment of inertia l_yy of the arm which is clearly increased.
La masse totale du bras de suspension équipé M ainsi que les distances longitudinales A et B changeant peu, on peut ainsi plus facilement réaliser l’égalité de la formule d’équilibre, ou s’en approcher.The total mass of the suspension arm equipped M and the longitudinal distances A and B changing little, it is thus easier to achieve the equality of the equilibrium formula, or approaching it.
En particulier on disposera le contrepoids avant 14 présentant un certain volume dans des espaces laissés libres sous la caisse du véhicule, de manière à éviter des interférences lors des débattements de la suspension.In particular we will have the counterweight before 14 having a certain volume in spaces left free under the vehicle body, so as to avoid interference during the movements of the suspension.
On réalise de manière simple, avec l’ajout d’une masse fixée rigidement au bras de suspension 2, ne comportant pas de mouvement comme pour un batteur ce qui peut être fait de manière économique et sans problème de durabilité, une amélioration du confort acoustique du véhicule.It is achieved in a simple way, with the addition of a mass rigidly attached to the suspension arm 2, having no movement as for a drummer which can be done economically and without problems of durability, an improvement in acoustic comfort of the vehicle.
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