FR3132868A1

FR3132868A1 - Bras de suspension

Info

Publication number: FR3132868A1
Application number: FR2201460A
Authority: FR
Inventors: Philippe DUMAND; Laurent Mateos; Martial Rotrou
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-08-25
Anticipated expiration: 2042-02-18
Also published as: FR3132868B1

Abstract

L’invention concerne un bras de suspension (10) pour véhicule automobile, comportant : - un corps (100) en aluminium présentant une extrémité libre (110), - un élément de liaison (200) comportant une rotule (220) à assembler à un porte-moyeu du véhicule automobile et une palette (210) en acier qui forme un logement pour la rotule, et - un système de fixation de l’extrémité libre du corps sur la palette de l’élément de liaison. Selon l’invention, le système de fixation comporte des moyens de rivetage de ladite extrémité libre sur ladite palette. Figure pour l’abrégé : Fig.3

Description

Bras de suspension

Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne de manière générale le domaine de l’automobile.

Elle concerne plus particulièrement un bras de suspension (également appelé « triangle de suspension ») pour véhicule automobile, comportant :
- un corps en aluminium présentant une extrémité libre,
- un élément de liaison comportant une tête de rotule à assembler à un porte-moyeu du véhicule automobile, et
- un système de fixation de l’extrémité libre du corps sur l’élément de liaison.

Elle concerne également un véhicule automobile équipé d’un tel bras.

Etat de la technique

Dans un train roulant de véhicule automobile, il est prévu deux roues chacune équipées d’un moyeu (au centre de la roue), d’un porte-moyeu (également appelé porte-fusée) dans lequel tourne le moyeu, et d’un système d’amortissement.

Le porte-moyeu est solidarisé au châssis du véhicule de façon à permettre à la roue, d’une part, de tourner vers la gauche ou vers la droite, et, d’autre part, de monter ou descendre par rapport au châssis lorsque la suspension du véhicule se comprime ou se détend.

La solution la plus commune pour réaliser cette solidarisation consiste à solidariser une partie inférieure du porte-moyeu au châssis via un bras de suspension, et une partie supérieure du porte-moyeu au châssis via un vérin de suspension. Dans cette architecture, le bras de suspension est solidarisé au porte-moyeu par une première liaison-rotule et le vérin de suspension est solidarisé au châssis par une seconde liaison-rotule.

L’axe passant par les centres de ces deux liaisons-rotule forme alors l’axe de « pivotement » de la roue, qui permet au véhicule de tourner vers la gauche ou la droite.

Cet axe de pivotement, qui est généralement incliné par rapport à la verticale, coupe l’axe de « rotation » de la roue (qui est horizontal). La distance entre ce point d’intersection des axes et le plan moyen de la roue est appelée « distance de déport à la fusée ».

Le bras de suspension, qui supporte donc à son extrémité libre le porte-moyeu, est monté sur le côté du châssis, de manière à pouvoir pivoter autour d’un axe longitudinal du véhicule lorsque la suspension du véhicule se comprime ou se détend. Cette pièce est donc très sollicitée et a un rôle fondamental dans la tenue de route du véhicule.

Elle est généralement réalisée lors d’une opération de fonderie, en matière métallique, par exemple en acier ou en alliage d’aluminium. Pour des raisons de légèreté, l’alliage d’aluminium pourra être préféré.

Ce bras, pour sa liaison au porte-moyeu, comporte généralement à son extrémité libre un logement dans lequel est sertie une tête de rotule.

Lorsque le bras est en alliage d’aluminium, il est nécessaire de prévoir une épaisseur importante de matière tout autour du logement de la tête de rotule, de manière à ce que ce bras puisse résister aux sollicitations précitées.

La difficulté est que cette tête de rotule est généralement placée à proximité immédiate du disque de frein équipant la roue du véhicule. Du fait de cette quantité de matière importante, il est nécessaire de ménager une distance importante entre le centre de la liaison-rotule et le plan moyen de la roue afin que le bras de suspension ne vienne pas au contact du disque de frein.

Il s’ensuit que la distance de déport à la fusée est importante. Or, plus cette distance est élevée, plus les couples induits par cette distance (auxquels seront soumis les composants du train de roues) seront élevés, ce qui nécessitera de dimensionner les composants du train de roues en conséquence et accroîtra les masses suspendues du véhicule.

Présentation de l'invention

Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose de conserver un bras en aluminium, mais d’y fixer la rotule autrement.

Plus particulièrement, on propose selon l’invention un bras de suspension tel que défini dans l’introduction, dans lequel l’élément de liaison comporte une palette en acier qui forme un logement pour une partie de la tête de rotule, et dans lequel le système de fixation comporte des moyens de rivetage de ladite extrémité libre sur ladite palette.

Ainsi, grâce à l’invention, l’élément de liaison est une « rotule à palette », dont la palette est en acier, de sorte qu’il n’est pas nécessaire de prévoir une épaisseur importante de matière tout autour du logement de la tête de rotule.

Par conséquent, le centre de la liaison-rotule peut être agencé à une distance réduite du disque de frein. La distance de déport à la fusée s’en trouve alors réduite en conséquence, ce qui permet de réduire les sollicitations du train de roues.

Les moyens de rivetage employés sont alors préférés à tout autre moyen de fixation puisqu’ils permettent d’assurer un maintien très robuste de la tête de rotule par rapport au reste du bras de suspension, sans générer pour autant de surpoids.

D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du bras de suspension conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- les moyens de rivetage comportent au moins un rivet engagé au travers d’une première ouverture prévue dans la palette et d’une seconde ouverture prévue dans ladite extrémité libre ;
- la palette présente une épaisseur, autour de ladite première ouverture, qui est strictement inférieure à l’épaisseur de ladite extrémité libre autour de ladite seconde ouverture ;
- la première ouverture présente un diamètre inférieur ou égal au diamètre minimum de la seconde ouverture ;
- le rivet présente, avant rivetage, une longueur utile, mesurée entre une tête et une extrémité opposée du rivet, qui est supérieure à deux fois et demie l’épaisseur de ladite extrémité libre autour de la seconde ouverture ;
- la première ouverture est cylindrique de révolution ;
- la seconde ouverture est cylindrique de révolution ;
- la seconde ouverture est tronconique de révolution et s’ouvre dans une direction opposée à la palette ;
- la palette s’appuie par une face d’appui plane sur une face d’appui plane de ladite extrémité libre.

L’invention porte aussi sur un véhicule automobile comportant un châssis et au moins deux roues qui comprennent chacune un moyeu porté par un porte-moyeu, chaque porte-moyeu étant connecté au châssis par un bras de suspension tel que précité, dont la tête de rotule est solidarisée au porte-moyeu.

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Description détaillée de l'invention

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

Sur les dessins annexés :

est une vue schématique en perspective d’une partie d’un train roulant avant de véhicule automobile conforme à un premier mode de réalisation de l’invention ;

est une vue schématique en coupe d’une partie d’un train roulant avant de véhicule automobile conforme à un second mode de réalisation de l’invention ;

est une vue schématique en perspective d’un bras de suspension des trains roulant des figures 1 et 2 ;

est une vue schématique en coupe du bras de suspension de la ;

est une vue de détail de la zone V de la ;

est un schéma représentant, en coupe, un assemblage par rivet de deux parties du bras de suspension de la ; et

est un schéma représentant, en coupe, une variante de réalisation de l’assemblage par rivet représenté sur la .

Dans la suite de la description, on considérera que le véhicule automobile est situé sur une route horizontale. Les termes « supérieur » et « inférieur » seront alors utilisés par rapport à cette configuration. Les termes « avant » et « arrière » seront également utilisés par rapport au véhicule, l’avant désigné le côté tourné vers le devant du véhicule et l’arrière désignant le côté opposé.

Le terme « solidarisé » sera quant à lui employé pour désigner un type de liaison entre deux éléments dans lequel ces deux éléments ne sont pas fixes l’un par rapport à l’autre mais sont liés si bien qu’un mouvement particulier de l’un des éléments entraîne l’autre élément. A titre d’exemple, deux éléments peuvent être « solidarisés » par une liaison de type rotule, pivot, glissière…

En préliminaire on notera que les éléments identiques ou similaires des différentes variantes de réalisation de l’invention représentées sur les différentes figures seront, dans la mesure du possible, référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois.

Sur les figures 1 et 2, on a représenté, en perspective et en coupe, deux modes de réalisation d’une partie gauche d’un train avant 1 de véhicule automobile, ici de voiture.

Dans les deux modes de réalisation, cette partie gauche du train avant 1 est prévue pour être montée sur le châssis du véhicule et elle comporte à cet effet des éléments communs, à savoir :
- une roue 2 comprenant un moyeu 90 (visible uniquement sur la ),
- un porte-moyeu 50 (également appelé porte-fusée) dans lequel le moyeu 90 est monté via un système de roulements à billes,
- un cardan 60 permettant de transmettre à la roue 2 la puissance mécanique nécessaire à sa rotation dans le porte-moyeu 50,
- un système de freinage comportant un disque de frein 30 fixé à la roue 2 et un étrier de frein 40 fixé au porte-moyeu 50, et
- un système d’amortissement 70.

Certains de ces composants ne sont représentés que sur l’une ou l’autre des figures 1 et 2, pour la clarté de ces figures.

Dans ces deux modes de réalisation, le porte-moyeu 50 est articulé par rapport au châssis de manière que le système d’amortissement puisse faire son office et de manière que la roue 2 puisse tourner de gauche à droite.

Dans la suite de cet exposé, on parlera de « pivotement » pour désigner ce mouvement de droite-à-gauche ou de gauche-à-droite. On parlera en revanche de « rotation » pour désigner la rotation de la rue autour de son axe.

Dans le premier mode de réalisation illustré sur la , la configuration utilisée est celle des « triangles superposés ». Dans ce mode, le porte-moyeu 50 est articulé sur le châssis, en partie basse, via un premier bras de suspension 10, et, en partie haute, via un autre bras 20. Le système d’amortissement est alors généralement articulé sur l’un de ces bras.

Dans le second mode de réalisation illustré sur la , la configuration utilisée est plus classique. En effet, le porte-moyeu 50 est articulé sur le châssis, en partie basse, via un premier bras de suspension 10, et, en partie haute, via le système d’amortissement 70 lui-même. Ce dernier comporte à cet effet un vérin de suspension dont le fourreau est fixé au porte-moyeu 50 et dont la tige est solidarisée à une coupelle 80 du châssis via une liaison-rotule (non représentée).

La présente invention est particulièrement avantageuse lorsqu’elle s’applique à ce second mode, mais elle peut également s’appliquer au premier mode de réalisation.

Le premier bras de suspension 10, qui est commun aux deux modes de réalisation, fait ainsi plus précisément l’objet de la présente invention. Il est ici installé sur le train avant du véhicule, mais il pourrait également être installé sur le train arrière.

Ce bras de suspension 10, qui est également appelé « triangle de suspension », est prévu pour être installé sensiblement horizontalement dans le véhicule afin d’assurer la fonction de liaison du porte-moyeu 50 au châssis du véhicule.

Comme le montre la , il comporte tout d’abord un corps 100 qui présente une forme courbée dite en « boomerang ». En variante, il pourrait présenter une forme en V, du même type que celle du bras supérieur 20 illustré sur la .

Dans le mode de réalisation illustré sur la , ce corps 100 comporte plus précisément deux extrémités libres, dont une extrémité extérieure 110 orientée du côté du porte-moyeu 50, et une extrémité intérieure tournée du côté du châssis.

Ce corps 100 est réalisé d’une seule pièce, en alliage d’aluminium.

Il présente ici une ouverture allongée 101 qui permet de l’alléger sans pour autant nuire à ses caractéristiques structurelles.

Le corps 100 présente une face supérieure et, à l’opposé, une face inférieure destinée à être tournée du côté de la route.

Ce corps 100 est conçu pour accueillir des moyens de liaison permettant son assujettissement, d’un côté, au châssis, et, de l’autre, au porte-moyeu 50.

En pratique, ici, le corps 100 comporte, du côté de son extrémité intérieure, deux ouvertures 102 accueillant deux moyens de liaison 103 pour sa fixation au châssis. Ces moyens de liaison 103 pourraient se présenter sous des formes variées. Il pourrait par exemple s’agir de rotules métalliques vissées dans le corps 100, ou de bagues en caoutchouc (plus communément désignés par l’appellation anglaise « bushings »). Il s’agit ici de rotules serties dans les deux ouvertures 102 précitées.

Le corps 100 porte par ailleurs, à son extrémité extérieure, un élément de liaison 200 adapté à former une liaison-rotule entre le corps 100 et le porte-moyeu 50.

Cet élément de liaison 200 permet alors non seulement à la roue 2 de pivoter pour que le véhicule puisse tourner vers la droite et la gauche, mais il permet également à la roue de rester sensiblement verticale lorsque le bras de suspension pivote par rapport au châssis (quand la suspension se comprime ou se détend).

Ici, l’élément de liaison 200 utilisé est communément appelé « rotule à palette ».

Un tel élément de liaison comporte une tête de rotule 220 qui est conçue pour être assemblée au porte-moyeu 50, et une palette 210 qui est conçue pour être fixée au corps 100 du bras de suspension 10.

Ici, comme le montrent la et plus en détail la , la tête de rotule 220 présente une forme de doigt, avec une extrémité sphérique 221 et une extrémité opposée 222 effilée qui présente une forme de révolution autour de l’axe de pivotement de la roue. Elle est prévue pour être assemblée au porte-moyeu 50 via cette extrémité opposée 222, d’une façon bien connue de l’Homme du métier.

La palette 210 comporte quant à elle une partie annulaire 215 qui délimite un logement sensiblement sphérique pour l’extrémité sphérique 221 de la tête de la rotule 220, et une plaque 216 qui s’étend d’un côté uniquement de la partie annulaire 215 et qui présente une forme sensiblement plane.

L’extrémité sphérique 221 de la tête de rotule 220 et la partie annulaire 215 de la palette 210 présentent des formes et dimensions ajustées de manière que la liaison entre la tête de rotule et la palette soit du type liaison-rotule.

La palette 210 est formée d’une seule pièce en acier. Elle présente donc une masse volumique supérieure à celle du corps 100 du bras de suspension 10 mais une résistance à la déformation plus élevée (ce qui permet de réduire l’encombrement de la partie annulaire 215).

Ici, l’élément de liaison 200 est prévu pour être riveté sur le corps 100 du bras de suspension 10.

L’extrémité extérieure 110 du corps 100 présente alors, en creux dans sa face inférieure, un renfoncement dans lequel se loge la palette 210 de l’élément de liaison 200.

Ce renfoncement présente préférentiellement une face inférieure plane, contre laquelle s’appuie une face supérieure plane de la palette 210.

Au moins un rivet 300 est employé pour fixer rigidement la palette 210 au corps 100 du bras de suspension 10.

En l’espèce, plusieurs rivets 300 sont ici employés. Le nombre de rivets employés est préférentiellement égal à trois.

Ces rivets sont ici tous identiques. Ils sont chacun engagés au travers d’une ouverture 211 prévue dans la palette 210 et d’une ouverture 111 coaxiale prévue dans l’extrémité extérieure 110 du corps 100. Les ouvertures 111 (et 211) sont réparties de façon que leurs centres sont décalés (c’est-à-dire ne sont pas situées dans un même plan).

Les trois ouvertures 211 prévues dans la palette 210 sont ici aussi identiques, et il en va de même pour les trois ouvertures 111 prévues dans l’extrémité extérieure 110 du corps 100.

Par conséquent, seul l’un de ces rivets 300 et les deux ouvertures 111, 211 qui l’accueillent seront décrits dans la suite.

Sur la , on a représenté une moitié de ce rivet 300 et de ces ouvertures 111, 211. Ce rivet est représenté avant déformation.

Ici, les deux ouvertures 111, 211 présentent des formes cylindriques de révolution autour d’un axe A1.

De son côté, le rivet 300 présente un corps 320 cylindrique de révolution autour de cet axe A1, de diamètre inférieur à celui des deux ouvertures 111, 211. Une extrémité du corps 320 du rivet 300 porte une tête 310 de diamètre supérieur à celui des ouvertures 111, 211 et une autre extrémité 321 est libre et présente un chanfrein.

Ce rivet 300 est réalisé d’une seule pièce en acier.

Les dimensions des ouvertures 111, 211 et du rivet 300 sont particulières. Elles sont prévues pour permettre à la fixation de l’élément de liaison 200 sur le corps 100 de résister aux fortes contraintes qui s’exerceront sur elle.

En pratique, la palette 210 présente une épaisseur L3 sensiblement constante sur toute sa surface. Il en va de même de l’épaisseur L2 de l’extrémité extérieure 110 du corps 100.

Ici, puisque la palette 210 est réalisée en acier, elle présente une épaisseur L3 qui est strictement inférieure à l’épaisseur L2 de l’extrémité extérieure 110 du corps 100. Ces épaisseurs sont par exemple respectivement égales à 7,5 et 12 mm.

L’ouverture 211 prévue dans la palette 210 présente un diamètre D3 inférieur ou égal au diamètre minimum D2 de l’ouverture 111 prévue dans le corps 100. Ainsi, lorsque le rivet 300 va être écrasé plastiquement sous presse, il va tout d’abord remplir l’ouverture 211 avant l’ouverture 111, ce qui permettra à la matière du rivet 300 de remplir l’ensemble de ces ouvertures 111, 211 ce qui empêchera ensuite tout glissement des surfaces de contact de la palette 210 et du corps 100.

De préférence, l’écart entre les diamètres précités sera compris entre 1 et 3 mm.

En l’occurrence, ces ouvertures 111, 211 peuvent respectivement présenter des diamètres de 12,6 et 12,4 mm.

Le diamètre du rivet 300 est de préférence inférieur de plus de 2 mm au diamètre de l’ouverture 211. Il est ici choisi égal à 11,9 mm.

La longueur L1 du corps 320 du rivet 300, mesurée entre la tête 310 et l’extrémité 321 libre du rivet 300, est appelée « longueur utile ». Cette longueur utile est précisément ajustée de manière que lorsque le rivet 300 s’écrase, cette extrémité libre puisse bien prendre appui tout autour du bord supérieur de l’ouverture 111.

En l’espèce, cette longueur L1 est supérieure à deux fois et demie l’épaisseur L2 de l’extrémité extérieure 110 du corps 100. Ici, cette longueur est par exemple égale à 32 mm.

Dans la variante illustrée sur la , l’ouverture 111’ prévue dans l’extrémité extérieure 110’ du corps 100 est non pas cylindrique de révolution, mais tronconique de révolution autour de l’axe A1. Elle est orientée de façon à s’ouvrir dans une direction opposée à la palette 210. Cette forme favorise le remplissage de l’ouverture par la matière du rivet lorsque ce dernier est écrasé sous presse. Dans cette variante, le diamètre maximum D2_bis de l’ouverture 111’ est supérieure de moins de 10% au diamètre minimum D2 de cette ouverture, et ce diamètre minimum D2 est supérieur ou égal au diamètre D3 de l’ouverture 211. L’inconvénient de cette variante est qu’elle réduite la surface d’appui pour l’extrémité supérieure du rivet 300 après déformation.

A ce stade, on notera que l’acier composant la palette et les rivets pourra être quelconque.

L’alliage d’aluminium pour fonderie composant le corps du bras de suspension pourra également être quelconque. Puisqu’il s’agit d’un alliage pour fonderie, il comportera donc plus de 90% d’Aluminium (en pourcentage massique).

L’assemblage de l’élément de liaison 200 avec le corps 100 du bras de suspension 10 sera réalisé de la manière suivante.

Ces deux éléments seront mis au contact l’une de l’autre de façon que leurs ouvertures 111, 211 se trouvent dans l’axe les unes des autres.

Trois rivets 300 sont alors engagés au travers de ces ouvertures. L’ensemble est alors mis sous presse de façon que les rivets s’écrasent. La force exercée sur chaque rivet est de préférence comprise entre 60 et 70 tonnes. Elle est ici de 65 tonnes. Cette force évite tout fluage de la matière. Elle permet toutefois de déformer l’extrémité supérieure du rivet 300 afin de lui donner une forme de collerette s’appuyant sur la face supérieure du corps 100.

A l’issue de cette opération, les deux parties du bras de suspension 10 se trouvent fixées ensemble de manière très robuste.

Une opération de contrôle est alors mise en œuvre. Elle consiste à mesurer la hauteur du rivet après écrasement et le diamètre maximum de la collerette formée. Cela permet de vérifier que chaque rivet s’appuie suffisamment sur la face supérieure du corps 100 pour assurer une fixation aussi robuste que souhaitée.

La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.

Claims

Bras de suspension (10) pour véhicule automobile, comportant :
- un corps (100) en aluminium présentant une extrémité libre (110),
- un élément de liaison (200) comportant une tête de rotule (220) à assembler à un porte-moyeu du véhicule automobile, et
- un système de fixation de l’extrémité libre (110) du corps (100) sur l’élément de liaison (200),
caractérisé en ce que ledit élément de liaison (200) comporte une palette (210) en acier qui forme un logement pour une partie de la tête de rotule (220),
en ce que le système de fixation comporte des moyens de rivetage de ladite extrémité libre (110) sur ladite palette (210).
Bras de suspension (10) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de rivetage comportent au moins un rivet (300) engagé au travers d’une première ouverture (211) prévue dans la palette (210) et d’une seconde ouverture (111) prévue dans ladite extrémité libre (110).
Bras de suspension (10) selon la revendication précédente, dans lequel la palette (210) présente une épaisseur (L3), autour de ladite première ouverture (211), qui est strictement inférieure à l’épaisseur (L2) de ladite extrémité libre (110) autour de ladite seconde ouverture (111).
Bras de suspension (10) selon l’une des deux revendications précédentes, dans lequel la première ouverture (211) présente un diamètre (D3) inférieur ou égal au diamètre minimum (D2) de la seconde ouverture (111).
Bras de suspension (10) selon l’une des trois revendications précédentes, dans lequel le rivet (300) présente, avant rivetage, une longueur utile (L1), mesurée entre une tête (310) et une extrémité opposée (321) du rivet (300), qui est supérieure à deux fois et demie l’épaisseur (L2) de ladite extrémité libre (110) autour de la seconde ouverture (111).
Bras de suspension (10) selon l’une des quatre revendications précédentes, dans lequel la première ouverture (211) est cylindrique de révolution.
Bras de suspension (10) selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel la seconde ouverture (111) est cylindrique de révolution.
Bras de suspension (10) selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel la seconde ouverture (111) est tronconique de révolution et s’ouvre dans une direction opposée à la palette (210).
Bras de suspension (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la palette (210) s’appuie par une face d’appui plane (215) sur une face d’appui plane (115) de ladite extrémité libre (110).
Véhicule automobile comportant un châssis et au moins deux roues (2) qui comprennent chacune un moyeu (90) porté par un porte-moyeu (50), caractérisé en ce que chaque porte-moyeu (50) est connecté au châssis par un bras de suspension (10) qui est conforme à l’une des revendications précédentes et dont la tête de rotule (220) est solidarisée au porte-moyeu (50).