Brevet FR2123316A1 — publié le 19720908

L'invention est relative à une construction de certaines parties de véhicules routiers par laquelle il est possible de réaliser la suspension élastique de ces parties avec une qualité meilleure que celle obtenue avec les suspensions actuel-5 lement en usage. Elle s'applique en particulier au poste de conduite ou à la.cabine dans laquelle est logé le conducteur, par exemple sur des camions et sur le tracteur d'une combinaison tracteur-remorque, mais elle peut tout aussi bien trouver des applications dans les domaines des tracteurs agricoles ou indus-10 triels, des bull-dozers, etc ... Dans le mode de construction courant des camions et tracteurs, la cabine de conduite est montée sur le châssis par l'intermédiaire de blocs de caoutchouc plus ou moins flexibles pandas que le châssis repose en général sur les essieux, par l'intermédiaire de ressorts à lames. Les roues 15 de ces essieux sont en général garnies de pneumatiques gonflés à une pression d'au moins 5 "bars (pression relative). Ces ressorts à lames ne peuvent généralement pas être souples parce que la très importante différence de charge entre un camion vide et chargé à plein ferait apparaître une différence de hauteur inad-20 missible entre le véhicule vide et le véhicule plein. A cela vient s'ajouter le fait que, sur des camions, il peut y avoir, suivant la forme du chargement, d'impçr^ar^|s variations de la hauteur du centre de gravité par rapport aux ressorts j'en conséquence de quoi, avec des ressorts souples, l'inclinaison ou rou-25 lis du véhicule diminuerait considérablement la vitesse admissible en courbe. La caisse pour le chargement et la cabine sont de ce fait, par comparaison avec les voitures de tourisme, mal isolées contre les conséquences des inégalités de la chaussée, ainsi qu'il ressort également d'une comparaison entre les fréquences 50 propres qui sont, pour la voiture de tourisme de 1 à 1,5 Hz, tandis que, sur des camions chargés, une fréquence de 2 Hz représente un ordre de grandeur normal et ce chiffre peut atteindre plus de 3 Hz pour des véhicules vides. Le défaut de confort le plus grand se présente, du fait du type de construction décrit ci-des-35 sus, avec la c.mbinaison remorque-tracteur. Avec ce type, il se produit pour le tracteur une oscillation par rotation autour de l'axe transversal (appelée également tangage ou galop), c'est-à-dire que les parties avant et arrière ont, sur leurs ressorts respectifs, des mouvements oscillatoires verticaux en opposition 40 dont la fréquence va de 3 à 4 Hz. Les causes en sont le faible 72 00528 2123316 empattement et le faible moment d'inertie par rapport aux ressorts arrière, qui sont raides, sur lesquels, repose par l'intermédiaire de l'attelage articulé de la remorque, une partie notable du poids de cette dernière, qui, cependant, ne contribue 5 pas à augmenter le moment d'inertie. L'utilisation de ressorts moins raides est soumise - aux limitations déjà décrites précédemment, mais elle est, de plus, liée à une perte de charge utile du fait du poids supplémentaire des ressorts plus souples qui sont plus gros et de celui des barres de torsion stabilisatri-10 ces éventuellement adoptées pour s'opposer à un roulis excessif. Parmi les moyens connus pour combattre ces inconvénients, il y a lieu de citer encore les ressorts pneumatiques avec lesquels la pression de l'air dans les vessies de la suspension est adaptée à la charge de façon àdainœ Heu , même avec 15 une suspension souple, à un libre débattement des essieux qui soit cependant toujours suffisant et à éviter des différences de hauteur dues au chargement. De tels systèmes exigent un compresseur, des appareils de régulation, des conduites et des réservoirs, tandis qu'en plus, les barres pour le positionnement des essieux 20 et les stabilisateurs à barres de torsion exigent encore un assez grand nombre de points d'articulation. L'ensemble exige, de ce fait, notablement plus de soins et d'entretien que le ressort à lames classique. Une autre proposition part du principe de 25 monter le châssis de façon habituelle sur des ressorts à lames relativement souples, tandis que la cabine, à son tour, est montée élastiquement sur le châssis par l'intermédiaire de blocs de caoutchouc ou de ressorts en acier relativement souples, quelquefois associés encore à un amortisseur. Même cette solution ne 30 peut guère contribuer à améliorer le confort à une fréquence voisine de 3 Hz; cependant elle isole bien contre les vibrations de fréquence plus élevées, au dessus de 7 Hz par exemple. L'invention vise à supprimer ces inconvénients. Le principe d'où part cette invention est que les mar-35 chandises à transporter n'exigent que très rarement une très bonne suspension, tandis qu'un bon isolement contre les chocs est certes nécessaire pour le personnel de conduite et pour les divers organes de commande dont il se sert. Pour atteindre ce but, on a formé deux unités de construction dont l'une est destinée à 40 des personnes et contient tout ce qui est nécessaire à la condui- 72 00528 3 2123316 te du véhicule et dont l'autre est destinée au chargement.Chacune de ces unités repose par son propre système de ressorts sur les essieux ou suspensions de roues. Il est quelquefois utile,en vue de simplifier la construction, de faire supporter la suspen-5 sion élastique d'une desdites unités partiellement par l'autre. La suspension conforme à l'invention est notamment caractérisée par le fait que la charge totale d'au moins un essieu ou de suspensions de roues indépendantes situées approximativement dans un plan transversal^résulte de l'action sur 10 ledit essieu de deux systèmes de masses à ressorts séparés dont chacune consiste en un constituant essentiel pour l'utilisation du véhicule et est au moins égale au quart emircc. de la masse de l'essieu, mais de préférence supérieure à cette valeur, lesdites masses reposant sur des ressorts munis ou non d'un mécanisme conve-15 nant à l'amortissement, lesdites masses pouvant se déplacer sur ce système de ressorts l'une par rapport à l'autre et par rapport à l'essieu. On comprendra mieux 1'invention à partir de la description détaillée ci-après de quelques modes d'exécution 20 de son objet, en se référant aux dessins annexés, donnés ici-même à titre d'exemples illustratifs, dans lesquels : La figure 1 représente schématiquement, en vue latérale, un premier mode de réalisation; La figure 2 représente schématiquement, en 25 vue latérale, un autre mode de réalisation ; La figure 3 représente^ d'une manière schématique, une suspension élastique avec un amortisseur dynamique pour les parties avant et arrière du véhicule; La figure 4- représente schématiquement une 30 vue latérale d'encore un autre mode de réalisation; La figure 4a donne schématiquement une vue én plan d'un mode de réalisation qui constitue une variante de celui de la figure 4; et la figure 5 représente schématiquement, en pas-pective, encore un autre mode de réalisation. 35 Sur la figure 1, on a indiqué schématiquement la façon dont, sur un tracteur, la cabine 1 est portée par un châssis spécial 2 qui porte aussi l'ensemble 3 cLu moteur et de la boîte de vitesses ainsi que la commande de direction 4, tandis que ce châssis est supporté élastiquement par les essieux arriè-4-0 re 6 et avant 8 par l'intermédiaire de ressorts 5 et 7 respecti 72 00528 2123316 vement. Sur les essieux avaxrc 8 et arrière 6 repose, par l'intermédiaire de ressorts 9 et 10 respectivement, un second châssis 11, qui est le châssis de charge portant la sellette 12 pour une semi-remorque 13. 5 La figure 2 représente schématiquement une construction analogue pour un camion avec caisse de chargement, la cabine 1 avec son châssis 2 reposant cette fois,par l'intermédiaire de ressorts 3,sur l'essieu avant 8 tandis qu'à la partie arrière du châssis 2, des ressorts 5 sont interposés entre 10 celui-ci et le châssis 11 qui porte la caisse de chargement. Ce châssis 11 repose par l'intermédiaire de ressorts 7 et 10 respectivement sur les essieux avant 8 et arrière 6. Grâce à ces constructions, on obtient ce résultat que les ressorts de la caisse de chargement, dont le poids 15 peut varier considérablement suivant que ladite caisse est vide ou chargée au maximum, peuvent être dimensionnés d'après les exigences posées pour l'isolement du chargement contre les chocs (cette suspension est en général plus raide et comporte ainsi un poids de ressorts plus faible que dans la construction normale 20 actuelle) sans que ceci ait d'influence notable sur la suspension de la cabine, tandis que le châssis de celle-ci, dont la charge variable est constituée uniquement par les occupants de la cabine et éventuellement le carburant, n'a qu'une faible variation de poids, en conséquence de quoi sa suspension peut, sans grands 25 inconvénients, présenter les mêmes fréquences propres, ou même des fréquences propres beaucoup plus basses^ que celles qui sont courantes pour les voitures de tourisme, et offrir ainsi un confort analogue à celui de ces voitures. Une propriété particulière du système, au 30 point de vue de la technique des vibrations, est que l'on peut facilement réduire les amplitudes de vibrations et les sauts des essieux relativement lourds, avec les roues, dans le cas où les fréquences d'excitation en provenance des éléments du revêtement de la chaussée sont comprises dans l'intervalle de 7 à 12 Hz 35 (c'est-à-dire au voisinage de la fréquence propre de l'essieu supporté élastiquement par les pneumatiques), d'une façon avantageuse pour l'isolement de la cabine contre les vibrations. Du fait que les essieux supportent deux masses ayant chacune son système de ressorts, on a un système de suspension élastique 40 avec un amortisseur dynamique qui, aux extrémités avant et arriè- 72 00528 5 2123316 re du véhicule, peut être représenté schématiquement comme on l'a fait sur la figure 3- Sur la masse de l'essieu mag , supportée élastiquement par les pneumatiques de constante élastique c , as agit le châssis de la caisse de chargement M par l'intermédiaire 5 de son système de ressorts de constante élastique c^ et de son amortisseur, avec la constante d'amortissement kv. Sur le même essieu repose la cabine de masse M , avec son système de ressorts c • de constante élastique cc^ et la constante d'amortissement k de la cabine en série avec le ressort à relaxation facultatif c^. •10 Ce schéma est identique à celui d'un essieu sur lequel on a monté un amortisseur dynamique. L'application de ces amortisseurs sur les véhicules automobiles n'a, en dépit de leurs avantages démontrés tant par la théorie que par la pratique, jamais pris beaucoup d'importance parce que l'efficacité de l'a-15 mortisseur dépend du rapport entre les masses de l'amortisseur et de l'essieu, ce qui oblige à accepter une majoration d'au moins 30% du poids de l'essieu pour obtenir un résultat nettement sensible. Avec la construction suivant l'invention, il est à peine question d'un supplément de poids parce que, même avec le véhicu-20 le à vide, la masse du châssis porte-chargement et des divers é-léments qui lui sont liés représente une masse d'amortisseur suffisamment grande. On peut dimensionner le ressort et l'amortisseur du châssis porteur du chargement de telle sorte que les amplitudes de l'essieu soient faibles. Dans la suspension de la cabine, on 25 peut alors chercher à obtenir le confort optimum en mettant pour cela l'amortisseur en série avec un ressort à relaxation, si bien que les vibrations de fréquence considérablement supérieure à la fréquence propre de la suspension de la cabine, à savoir les vibrations d'essieu, peuvent être beaucoup mieux isolées qu'il n'est 30 possible avec le mode de construction en usage. Le rapport dans lequel on répartira la masse en question entre les châssis de la caisse de chargement et de la cabine dépendra de ce que l'on entend par unités utilisables. On peut par exemple mettre le moteur et la boîte de vitesses soit 35 sur le châssis porte-chargement, soit sur le châssis de la cabine. Il en est de même, bien entendu, pour la direction et le freinage. Dans tous les cas, il faudra relier les organes de commande, volant de direction, pédales et autres commandes, par l'intermédiaire d'éléments flexibles, aux organes qu'ils doivent commander. 4° Les modes de réalisation de 72 00528 2123316 l'objet de l'invention suivant les schémas des figures 1 et 2 partent du principe que c'est l'élasticité verticale ou de translation qui a le plus d'importance. Pour des véhicules a court empattement, cependant, celle-ci n'est pas toujours déterminante, 5 mais l'oscillation en rotation (dite également tangage ou galop) peut être extrêmement gênante. Pour la combattre, il faut également donner à la fréquence de tangage une valeur basse. Dans un certain nombre de cas, la position du centre de gravité du châssis porte-cabine sera très près au-dessus de l'essieu avant. En 10 ce cas, le mode de réalisation de la suspension suivant la figure 4 est une forme de construction avec laquelle la fréquence de tangage est déterminée uniquement par le choix d'une constante élastique de ressort. La cabine en construction auto-porteuse 1 repose sur le ressort hélicoïdal 7 qui prend appui sur l'essieu 15 avant 8. En même temps, l'essieu avant 8 est soumis par une articulation 23, à l'action d'un levier coudé 14 qui, dans sa partie coudée, est monté pivotant sur un axe 16 fixé à la cabine 1. La cabine porte,à sa partie arrière,un prolongement en forme de poutre 15 qui porte,à son extrémité,un pivot 17 sur lequel peut 20 tourner un levier coudé 18. Ce levier coudé 18 est relié au centre de l'essieu arrière 6 par une articulation 35. Entre les bras courts des deux leviers coudés 14 et 18, une liaison est établie au moyen d'une barre de traction 19 et d'un ressort hélicoïdal 20. De même que dans le cas de la figure 1, le châssis porte-25 chargement 11 repose sur l'essieu arrière 6 par l'intermédiaire d'un ressort à lames 21 et sur l'essieu avant 8 par l'intermédiaire d'un ressort à lames 22. En cas de déplacements en transla tion verticale de la cabine 1, la longueur du ressort 7, et par suite sa force élastique, varient, mais à cause du parallélisme 30 du mouvement et du fait que les leviers coudés ont des mouvements de rotation concordants, la longueur du ressort 20 ne varie pas et il n'y a aucune force qui fasse cabrer ou piquer l'avant de la cabine. Dans le cas d'une rotation de la cabine sur l'essieu avant 8 autour de l'articulation 23 comme centre, la 35 longueur du ressort 20 se trouve modifiée et celui-ci développe alors des efforts qui s'opposent au mouvement. On peut également obtenir un effet analogue en disposant une ou deux barres de torsion 24, 25 suivant la direction longitudinale du châssis 15 de la cabine de façon qu'elles puissent pivoter dans des paliers26^27^ 4q 29 et en les reliant aux essieux de la façon indiquée sur la vue 72 00528 7 2123316 en plan de la figure 4a. Le long de la poutre (ou des poutres) 15,les "barres de torsion 24 et 25 sont montées pivotantes, chacune d'elle étant reliée, par ses extrémités coudées, aux essieux avant et 5 arrière respectivement. Il n'est pas nécessaire que cette barre, ou ces barres, de torsion (pas plus que les ressorts couplés) soient liées par leurs extrémités aux essieux. De même qu'il est possible de disposer, comme sur la figure 2, le ressort 5 entre les châssis 2 de la cabine et 1 de la caisse ou plate-forme de 10 chargement, de même, si ceci présente des avantages, on peut relier les deux points d'articulation; situés aux extrémités des barres de torsion ou des leviers coudés couplés, ou l'un d'eux seulement, au châssis porte-chargement au lieu de les relier aux essieux. 15 La figure 5 montre également le schéma d'un mode de réalisation de l'objet de l'invention, dans lequel la masse de la'cabine agit sur l'essieu par l'intermédiaire de son propre système de rëssorts, bien que la suspension de la cabine ne soit pas tout à fait indépendante du châssis porteur de charge-20 ment. Le châssis 2 de la cabine repose, par l'intermédiaire de ressorts 7» sur l'essieu avant 8. A son extrémité arrière, le châssis 2 de la cabine repose, par l'intermédiaire de ressorts 30, sur des bras-31• Ces bras 31 sont rigidement liés à 25 des barres de torsion 24 et 25 qui pivotent dans des paliers portés par le châssis porte-chargement 11. Sur ces barres de torsion 24 et 25 sont calés, au voisinage de l'essieu arrière, des bras 32 qui, par l'intermédiaire d'articulations 33? exercent un effort sur l'essieu arrière 6. Le châssis 11 porteur du charge-30 ment repose sur l'essieu arrière 6 par l'intermédiaire d'une traverse 34 et de ressorts 10. D'après le schéma de la figure 5j une' translation du châssis porte-chargement n'entraîne pas de déplacement des ressorts 30. Dans le cas d'une translation du châssis porte-chargement, tout se passe comme si le châssis 2 de la cabi-35 ne était porté par les essieux. Si le châssis porte-chargement tourne autour de l'axe transversal, par exemple si l'arrière s'élève et que l'avant s'abaisse autour du centre C, le ressort 30 se déplacera, et plus précisément vers le bas. L'amplitude angulaire imposée au châssis de la cabine est la même que si le véhi-40 cule avait un empattement égal à la distance de l'essieu avant 8 72 00528 2123316 aux bras 31 qui sont calés sur les barres de torsion 24 et 25. On peut supprimer les ressorts 30 en réalisant les barres 24 et 25 sous forme de ressorts de torsion suffisamment souples. 5 II est, bien entendu, possible d'effectuer un tel déplacement du point d'appui du châssis de la cabine,tant pour l'essieu avant que pour l'essieu arrière, et de choisir ces points d'appui tout près du centre de gravité de ce châssis.Pour obtenir une fréquence de tangage convenable, on peut alors utili-10.ser un système de ressorts couplés ou une barre de torsion comme pour le châssis porte-chargement, ainsi qu'on l'a expliqué, entre autres, pour la figure 4. Avec le système décrit suivant l'invention, il n'est pas toujours rationnel de penser à une séparation en une partie de cabine comme endroit où il faut ménager un con-15 fort acceptable pour les hommes et une partie pour le chargement, dont on peut régler la suspension de telle sorte que les mouvements des roues doivent être le plus possible amortis. Pour les voitures de tourisme et surtout pour les autobus, il est tout aussi bien concevable d'utiliser, par exemple, la masse du moteur, 20 une roue de secours ou quelque chose d'analogue comme masse pour amortir les mouvements des roues en couplant ces masses aux roues, par un ressort et un amortisseur,suivant la méthode indiquée sur la figure 5» ces masses jouant alors le rôle d'éléments d'un amortisseur dynamique pour les mouvements des roues. La caisse de la 25 voiture avec les passagers, précédemment désignée comme châssis de chargement, peut alors recevoir une suspension optimum en vue du transport de personnes, l'invention permettant surtout d'utiliser un amortissement par relaxation. Les fonctions des deux parties de masse qui peuvent agir sur l'un des essieux peuvent ainsi être 30 permutées suivant que c'estl'une ou l'autre qui est lapins apte à fonctionner comme masse d'amortissement pour l'essieu. Pratiquement, inefficacité du dispositif suivant la figure 5 est déterminée par la rigidité en flexion et en torsion et par la distribution des masses du châssis de charge 11, si la masse amortis-seuse se trouve à une distance relativement grande des essieux. 72 00528 2123316 -357EHDICAHOHS- 1.— Suspension élastique pour véhicule routiers, caractérisée par le fait que la charge totale d'au moins un essieu ou de suspensions de roues indépendantes situées approximativement dans 5 un plan transversal résulte de l'action sur ledit essieu de deux systèmes de masses à ressorts séparés dont chacune consiste en un constituant essentiel pour l'utilisation du véhicule et est au moins égale au quart environ de la masse de 1 * essieu, mais de préférence supérieure à cette valeur, lesdites masses reposant sur des 10 ressorts munis ou non d'un mécanisme convenant à l'amortissement, lesdites masses pouvant se déplacer sur ce sytème de ressorts l'une par rapport à l'autre et par rapport à l'essieu. 2. - Suspension élastique pour véhicules routiers dans laquelle toutes les roues ou tous les essieux sont soumis à l'action de 15 systèmes de doubles masses suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les masses qui agissent sur un système de ressorts de tous les essieux sont couplées pour former une seule masse en constituant un tout, tandis que les masses qui agissent sur le second système de ressort de ces essieux peuvent se dépla-20 cer librement l'une par rapport à l'autre, ainsi que par rapport à la susdite masse réunie en un tout. 3.- Suspension élastique pour véhicules routiers dans laquelle toutes les roues ou tous les essieux sont soumis à l'action de systèmes de doubles masses suivant la revendication 1, caractéri- 25 sée par le fait que les masses agissant sur les deux systèmes de ressorts de tous les essieux sont couplées pour former deux masses en constituant un tout, lesdites deux masses pouvant se déplacer librement l'une par rapport à l'autre. 4.- Suspension élastique pour véhicules routiers suivant la re-30 vendication 1, caractérisée par le fait qu'ion système de ressorts d'un essieu à deux paires de ressorts soutient un châssis ou élément de caisse qui est en même temps supporté par un essieu nfeyant qu'une seule paire de ressorts, tandis que la paire de ressorts existant sur l'essieu signalé en premier soutient une autre masse 35 du véhicule, ladite masse étant en même temps supportée par le châssis ou élément de caisse par l'intermédiaire de ressorts ou d'une articulation faisant ressort. 5.- Suspension élastique pour véhicules routiers suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les mas- 4-0 ses agissant sur le second système de ressorts qui exerce une 72 00528 10 2123316 influence sur les essieux ont leurs centres de gravité notablement éloignés des axes de ces essieux et, de ce fait, exercent leur action par l'intermédiaire d'un élément de torsion" à bras égaux qui est disposé entre la masse et le second système de res-5 sorts des essieux ou d'un jeu de leviers coudés agissant d'une façon analogue, ces éléments de liaison étant montés pivotants dans une masse formant un tout qui charge le premier système de ressorts. 6.- Suspension élastique suivant l'ensemble des. revendications 10 1 à 5 » caractérisée par le fait que l'élément de masse reposant sur le second système de ressorts est soutenu de telle sorte qu'il puisse tourner autour d'un point dans le plan longitudinal, cette rotation étant empêchée par un ensemble élastique s'opposant seulement à la rotation, par exemple qui agit sur cette masse et qui 15 exerce ses forces de réaction, soit sur les deux essieux soit sur l'ensemble qui est porté par le "premier système de ressorts sur les essieux.