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Amortisseur de suspension de vehicule automobile avec freinage inertiel Download PDF

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Abstract

Amortisseur hydraulique de suspension de véhicule automobile, comportant un piston d’amortissement (4) fixé à une tige (2), coulissant suivant un axe principal (A) en délimitant une chambre de compression (6) se vidant lors d’une compression de la suspension, et une chambre de détente (8), et comportant une colonne de fluide à inertie (10) reliant les deux chambres (6, 8) entre elles, le piston d’amortissement (4) comportant un circuit de dérivation reliant les chambres de compression (6) et de détente (8), passant par un volume de dérivation (20) comprenant un piston de contrôle (28) présentant des perçages calibrés (32), séparant une chambre d’ouverture (34) recevant la pression de la chambre de détente (P1), d’une chambre de fermeture (36) contenant un ressort d’équilibrage (30) qui pousse ce piston de contrôle (28) à l’encontre de la pression de la chambre de détente (P1), vers une position qui tend à fermer le circuit de dérivation. Figure 1

Description

AMORTISSEUR DE SUSPENSION DE VEHICULE AUTOMOBILE AVEC FREINAGE INERTIEL
La présente invention concerne un amortisseur de suspension de véhicule automobile comportant un dispositif de freinage inertiel, ainsi qu’un véhicule automobile équipé de tels amortisseurs.
Les véhicules automobiles comportent sur chaque roue un amortisseur disposé en parallèle d’un ressort de suspension, qui freine le mouvement de la suspension afin d’assurer le confort et la tenue de route. On utilise généralement des amortisseurs hydrauliques comprenant un piston fixé à l’extrémité d’une tige, se déplaçant dans un cylindre, qui sépare deux chambres avec une limitation du débit de fluide passant d’une chambre à l’autre pour freiner les mouvements de la tige.
L’intensité du freinage du mouvement de la suspension, dépendant de la direction de ce mouvement, représente un compromis répondant à différentes contraintes. En particulier il est intéressant pour améliorer le confort de freiner le mode propre d’oscillation de la caisse du véhicule sur ses suspensions, présentant une basse fréquence généralement comprise entre 1 et 3Hz.
Dans ce but, un type d’amortisseur connu, présenté notamment par le document US-A1-20130037362, comporte un système à inertie complémentaire, comprenant une colonne de fluide reliant les deux chambres séparées par le piston, qui est enroulée autour du corps de l’amortisseur.
Un autre type d’amortisseur connu, présenté notamment par le document FR-A1-3079275, comporte une colonne de fluide à inertie qui est intégrée dans la tige de l’amortisseur.
Dans ces différents cas les colonnes de fluide additionnelles présentent une section réduite et une longueur suffisamment importante pour contenir une masse de fluide mise en mouvement avec une grande vitesse lors des débattements de la suspension, qui ajoute artificiellement une inertie à la caisse en diminuant sa fréquence propre d’oscillation avec la même flexibilité de suspension, et en améliorant la tenue de caisse et le confort. En particulier on peut ajouter une masse artificielle d’environ 100kg à la caisse du véhicule, qui représente environ 7% de la masse de la caisse.
Cependant on obtient aussi une diminution importante de la fréquence du mode de rebond de chaque roue sur son pneumatique présentant une dynamique rapide, située généralement entre 11 et 15Hz, qui pose des problèmes de tressautements et de trépidations de la caisse dégradant le confort. En particulier on peut obtenir une fréquence de tressautement à 8Hz au lieu de 15Hz, qui est inconfortable.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur.
Elle propose à cet effet un amortisseur hydraulique de suspension de véhicule automobile, comportant un piston d’amortissement fixé à une tige, coulissant suivant un axe principal en délimitant une chambre de compression se vidant lors d’une compression de la suspension, et une chambre de détente, et comportant une colonne de fluide à inertie reliant les deux chambres entre elles, cet amortisseur étant remarquable en ce que le piston d’amortissement comporte un circuit de dérivation reliant les chambres de compression et de détente, passant par un volume de dérivation comprenant un piston de contrôle présentant des perçages calibrés, séparant une chambre d’ouverture recevant la pression de la chambre de détente, d’une chambre de fermeture contenant un ressort d’équilibrage qui pousse ce piston de contrôle à l’encontre de la pression de la chambre de détente, vers une position qui tend à fermer le circuit de dérivation.
Un avantage de cet amortisseur est que pour une dynamique lente des oscillations de la suspension venant du mode propre de la caisse, la pression dans la chambre d’ouverture venant de chaque détente de l’amortisseur a le temps de se transmettre à la chambre de fermeture en passant par les perçages calibrés. Le ressort d’équilibrage pousse alors le piston de contrôle vers la position de fermeture du circuit de dérivation. On obtient un fonctionnement de l’amortisseur avec la colonne à inertie en parallèle pleinement opérationnelle, qui diminue les basses fréquences de la suspension en assurant le confort dans ces conditions.
Pour une dynamique plus rapide de la suspension, notamment les fréquences de rebond des roues, la pression intermittente dans la chambre d’ouverture, venant de chaque détente trop rapide de l’amortisseur, n’a pas le temps de se transmettre à la chambre de fermeture par les perçages calibrés formant une temporisation. On obtient alors une ouverture du circuit de dérivation permettant un passage direct de la chambre de détente vers la chambre de compression, limitant la vitesse du fluide dans la colonne d’inertie ce qui évite une baisse de fréquence du rebond de roue qui serait désagréable. On améliore le confort dans ces conditions.
L’amortisseur selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, le volume de dérivation est disposé dans la chambre de compression.
Avantageusement, le volume de dérivation forme une chambre cylindrique parallèle à l’axe principal.
Dans ce cas, le volume de dérivation peut comporter un perçage perpendiculaire à l’axe principal obturé par le piston de contrôle pour fermer le circuit de dérivation.
En particulier, le circuit de dérivation peut comporter un passage entre la chambre de détente et le volume de dérivation passant par la tige.
Avantageusement, l’amortisseur comporte un accumulateur de pression relié à la colonne à inertie, disposant d’un volume fermé rempli d’un gaz séparé du fluide par une membrane élastique.
Avantageusement, l’amortisseur comporte un ressort d’équilibrage délivrant une force sur le piston de contrôle qui commence à fermer le circuit de dérivation pour une fréquence d’oscillation supérieure à 3Hz.
Avantageusement, l’amortisseur comporte un ressort d’équilibrage délivrant une force sur le piston de contrôle qui finit d’ouvrir le circuit de dérivation pour une fréquence d’oscillation inférieure à 5Hz.
L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile comportant des suspensions de roues équipées d’amortisseurs comprenant l’une quelconque caractéristiques précédentes.
Avantageusement, les roues des suspensions équipées d’amortisseurs présentent une fréquence de rebond supérieure à 10Hz.
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 :
est un schéma d’un amortisseur selon l’invention présenté en coupe axiale, en début de détente pour une dynamique lente ;
présente cet amortisseur en milieu de course de détente pour la dynamique lente ;
présente cet amortisseur en fin de course de détente pour la dynamique lente ; et
présente cet amortisseur en compression.
Dans l’ensemble du document l’amortisseur est présenté dans une position verticale, les expressions supérieure, inférieure, au-dessus ou en dessous étant relatives à cette représentation verticale. Dans le véhicule l’amortisseur peut comporter toutes les orientations possibles.
La présente un amortisseur comportant une tige 2 disposée suivant un axe principal A, recevant à son extrémité inférieure un piston 4 coulissant dans un corps cylindrique, qui sépare une chambre inférieure de compression 6 d’une chambre supérieure de détente 8. La compression du ressort de suspension réalise une descente de la tige 2.
Une colonne à inertie 10 reliée d’un côté par une canalisation inférieure 12 à la chambre de compression 6, et de l’autre côté par une canalisation supérieure 14 à la chambre de détente 8, présente une section et une longueur donnant une masse de fluide prenant une certaine vitesse suivant la fréquence d’oscillation de la suspension.
Un circuit de dérivation traverse un volume de dérivation 20 formant une chambre fermée cylindrique centrée sur l’axe principal A, qui est fixée en-dessous du piston 4.
En partant de la chambre de détente 8, le circuit de dérivation comporte un passage supérieur 24 comprenant un perçage radial dans la tige 2, puis un perçage axial débouchant en haut du volume de dérivation 20. Le circuit de dérivation comporte après la traversée du volume 20, un passage inférieur 26 comprenant un perçage radial sur le côté de ce volume, qui débouche dans la chambre de compression 6.
Un piston de contrôle 28 comportant des perçages calibrés 32, coulisse axialement dans le volume de dérivation 20 en pouvant venir à la hauteur du passage inférieur 26 pour l’obturer. Le piston de contrôle 28 sépare une chambre supérieure d’ouverture 34 recevant la pression d’ouverture P1 de la chambre de détente 8 passant par le passage supérieur 24, d’une chambre inférieure de fermeture 36 recevant une pression de fermeture P2 venant par les perçages calibrés 32, et contenant un ressort d’équilibrage 30 disposé entre le piston de contrôle et le bas de cette chambre.
Suivant l’équilibre des forces entre, en dessous, la pression de la chambre de fermeture P2 plus celle du ressort d’équilibrage 30, et au-dessus la pression d’ouverture de chambre d’ouverture P1, on obtient une hauteur variable du piston de contrôle 28 comprise entre une position basse sous le passage inférieur 26 qui s’ouvre complètement en laissant libre le circuit de dérivation, et une position haute venant en haut de ce passage en fermant complètement ce circuit.
La canalisation supérieure 14 est reliée à un accumulateur de pression 16 disposant d’une chambre fermée remplie d’un gaz, séparée par une membrane souple, qui permet de compenser les variations de volume dans l’ensemble de l’amortisseur dues à la descente de la tige 2 dans le cylindre.
Le piston d’amortisseur 4 comporte des passages équipés de clapets 18, permettant un passage du fluide lors d’une compression, et un freinage lors d’une détente. L’amortisseur comporte des butées de fin de course non représentées, en particulier des butées hydrauliques.
La présente un début de détente des ressorts de suspension pour des oscillations avec une dynamique lente de la suspension du véhicule, correspondant aux mouvements de caisse avec une fréquence inférieure à 3Hz. La pression d’ouverture P1 venant de la chambre de détente 8 est supérieure à la pression de fermeture P2 qui est faible, on obtient une compression du ressort d’équilibrage 30, et une descente du piston de contrôle 28 qui dégage le passage inférieur 26 en ouvrant le circuit de dérivation.
La présente le mouvement de détente qui se poursuit avec l’amortisseur au milieu de sa course de détente. La détente est assez lente pour permettre au fluide de passer de la chambre d’ouverture 34 vers la chambre de fermeture 36 en passant par les perçages calibrés 32.
La pression de fermeture P2 s’approche de celle d’ouverture P1, le ressort d’équilibrage 30 monte le piston de contrôle 28 en fermant progressivement le passage inférieur de dérivation 26. L’amortisseur fonctionne avec un passage du fluide dans la colonne à inertie 10 qui baisse la fréquence de caisse.
La présente la fin du mouvement de détente. Le fluide ayant rempli la chambre de fermeture 36 en passant par les perçages calibrés 32, la pression de fermeture P2 est égale à la pression d’ouverture P1. Le ressort d’équilibrage 30 a monté le piston de contrôle 28 en fermant complètement le passage inférieur de dérivation 26. L’amortisseur fonctionne avec un passage complet du fluide dans la colonne à inertie 10 qui baisse la fréquence de caisse en améliorant le confort.
On a donc avec une fréquence lente pendant une partie importante de la course de détente de l’amortisseur, un circuit de dérivation sensiblement fermé donnant un débit dans la colonne à inertie 10. La fréquence d’oscillation de la suspension pour les faibles dynamiques est diminuée par cette colonne 10, ce qui assure le confort.
Par contre pour une course de détente avec une dynamique rapide, en particulier en réponse au mode propre de la roue compris entre 11 et 15Hz, la chambre de fermeture 36 n’a pas le temps de se remplir à cause du freinage de passage de fluide par les perçages calibrés 32. Le piston de contrôle 28 reste en bas, le circuit de dérivation reste ouvert, la colonne d’inertie 10 ne recevant pas de fluide ne baisse pas la fréquence d’oscillation de la suspension ce qui assure le confort.
La présente pour toutes les dynamiques un mouvement d’attaque après une détente, la pression d’ouverture P1 dans la chambre de détente 8 et dans la chambre d’ouverture 34 chute pour atteindre une basse pression d’ouverture. Pendant toute cette course d’attaque le ressort d’équilibrage 30 a le temps de remonter complètement le piston de contrôle 28, en vidant la chambre d’ouverture 34 et en fermant le circuit de dérivation.
Le passage du fluide de la chambre de compression 6 vers la chambre de détente 8 utilise les passages équipés de clapets 18 du piston d’amortissement 4, sans passer par la colonne à inertie 10.
On obtient de manière simple et économique, avec une modification limitée d’amortisseurs couramment utilisés équipés d’une colonne à inertie 10, comprenant l’ajout du circuit de dérivation sur le piston d’amortissement 4, sans modifier l’extérieur de cet amortisseur, son implantation dans le véhicule et son procédé de montage, un décalage fréquentiel uniquement sur les fortes dynamiques permettant de corriger le fonctionnement de ce type d’amortisseur.
Avantageusement on calcule le circuit de dérivation, notamment la surface du piston de contrôle 28 et la raideur du ressort d’équilibrage 30, pour obtenir un début d’ouverture du passage de dérivation pendant la course de détente à partir d’une fréquence de suspension de 3Hz, et une ouverture complète pour la fréquence de 5Hz. De cette manière on ne modifie pas la fréquence de rebond de roue qui est à supérieure à 10Hz.

Claims (10)

  1. Amortisseur hydraulique de suspension de véhicule automobile, comportant un piston d’amortissement (4) fixé à une tige (2), coulissant suivant un axe principal (A) en délimitant une chambre de compression (6) se vidant lors d’une compression de la suspension, et une chambre de détente (8), et comportant une colonne de fluide à inertie (10) reliant les deux chambres (6, 8) entre elles, caractérisé en ce que le piston d’amortissement (4) comporte un circuit de dérivation reliant les chambres de compression (6) et de détente (8), passant par un volume de dérivation (20) comprenant un piston de contrôle (28) présentant des perçages calibrés (32), séparant une chambre d’ouverture (34) recevant la pression de la chambre de détente (P1), d’une chambre de fermeture (36) contenant un ressort d’équilibrage (30) qui pousse ce piston de contrôle (28) à l’encontre de la pression de la chambre de détente (P1), vers une position qui tend à fermer le circuit de dérivation.
  2. Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de dérivation (20) est disposé dans la chambre de compression (6).
  3. Amortisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le volume de dérivation (20) forme une chambre cylindrique parallèle à l’axe principal (A).
  4. Amortisseur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le volume de dérivation (20) comporte un perçage perpendiculaire à l’axe principal (A) obturé par le piston de contrôle (28) pour fermer le circuit de dérivation.
  5. Amortisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de dérivation comporte un passage entre la chambre de détente (8) et le volume de dérivation (20) passant par la tige (2).
  6. Amortisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un accumulateur de pression (16) relié à la colonne à inertie (10), disposant d’un volume fermé rempli d’un gaz séparé du fluide par une membrane élastique.
  7. Amortisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un ressort d’équilibrage (30) délivrant une force sur le piston de contrôle (28) qui commence à fermer le circuit de dérivation pour une fréquence d’oscillation supérieure à 3Hz.
  8. Amortisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un ressort d’équilibrage (30) délivrant une force sur le piston de contrôle (28) qui finit d’ouvrir le circuit de dérivation pour une fréquence d’oscillation inférieure à 5Hz.
  9. Véhicule automobile comprenant des suspensions de roues, caractérisé en ce qu’il comporte des suspensions équipées d’amortisseurs selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  10. Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce que les roues des suspensions équipées d’amortisseurs présentent une fréquence de rebond supérieure à 10Hz.
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