Brevet FR2211360A1 — publié le 19740719

L'invention concerne une suspension à compensation auto mati que des variations et décentrages de charge. Cette suspension peut, en particulier, être montée sur l'essieu d'un véhicule pour réaliser un appui plastique de l'ensemble des organes de véhicule sur les roues ; bien entendu, il est avantageux d'équiper chacun des deux essieux du véhicule d'une suspension conforme à l'inven, tion. Les suspensions de véhicules actuellement connues, qu'elles soient à ressorts, à barres de torsion, télescopiques, à la Cardan, etc... jouent un simple rôle de soutien élastique avec, éventuellement, amortissement des oscillations, mais sont inaptes à réaliser, en cas de variations ou de décentrages de la charge, une compensation automatique qui permettrait de ramener le véhicule dans sa position statique normale. Par exemple, dans un virage, les suspensions classiques engendrent une réaction égale des deux côtés de l'essieu et, comme sous 1 'eff et de la force centrifuge la charge s 'excentre vers la roue située du côté extérieur au virage, le véhicule a tendance à s'affaisser de ce côté qui se trouve surchargé, cependant qu'au contraire, il se soulève de l'autre côté qui est allégé. La présente invention se propose de pallier les inconvénients sus-évoqués des suspensions classiques en fournissant une suspension à compensation automatique des variations et décentrages de charge ; à cet effet, selon 1 'invention, une suspension comprend - deux vérins hydrauliques à double effet, appelés à btre positionnés de part et d'autre du centre de gravité de la charge et comprenant un corps et une tige à piston, de sections adaptées pour supporter ladite charge, le corps de chaque vérin séparé en deux chambres par le piston étant doté dans chaque chambre d'une ouverts, re, ouverture dite supérieure, pour la chambre que traverse la tige de vérin et ouverture dite inférieure, pour l'autre chambre - deux accumulateurs contenant, chacun, une quantité d'un gaz sous une pression déterminée - des conduits mettant en communication, d'une part, l'un des accumulateurs avec l'ensemble hydraulique constitué par un des systèmes de canalisations et par les chambres qu'il relie, et, d'autre part, l'autre accumulateur avec l'ensemble hydraulique cons- titué par l'autre système de canalisations et les chambres qu'il relié ; - un liquide constitué, en particulier, par de l'huile, remplissant les chambres des vérins, les conduits précités et sys tèmes de canalisations et, partiellement, les accumulateurs. Pour mieux comprendre le fonctionnement ae cette suspension, on se reportera à la figure 1 qui présente un schéma de principe de celle-ci, cependant que les figures 2, 3a, 3b schématisent cette suspension montée sur un essieu de véhicule et que la figure 4 est une vue simplifiée d'un organe qui, de préférence, mais facultativement, équipe ladite suspension. On aperçoit au schéma de principe 1 deux vérins 1 et 2, composés, chacun, d'un corps 3 et 4, d'un piston 5 et 6 et dune tige de vérin 7 et 8. les pistons 5 et 6 des vérins séparent les corps de ces derniers en deux chambres : une chambre dénommée par la suite, chambre supérieure (référencée 9 pour le vérin 1 et 10 pour le vérin 2) et une chambre dénommée par la suite, chambre inférieure (référencée 11 pour le vérin 1 et 12 pour le vérin 2) les vérins 1 et 2 qui, pour un véhicule seront articulés sur un essieu, l'un à proximité d'une roue, l'autre à proximité de l'autre, sont adaptés à la charge à supporter. La chambre supérieure 9 du vérin 1 comprend une ouverture supérieure raccordée au moyen d'une canalisation 13 à une ouverture inférieure que comporte la chambre inférieure 12 du vérin 2 ; de façon analogue, la chambre supérieure 10 du vérin 2 est reliée par une canalisation 14 à la chambre inférieure 11 du vérin 1. On a symbolisé à la figure 1 quatre dispositifs d'amor tassement 15, 16, 17 et 18 qui peuvent avantageusement équiper les canalisations 13 et 4 en amont des ouvertures précitées. On fera abstraction de ces dispositifs non nécessaires, pour expliquer le fonctionnement de principe de la suspension conforme à l'invention, le rôle et la structure desdits dispositifs étant précisés plus loin. La suspension selon l'invention comprend, par ailleurs, deux accumulateurs 19 et 20 contenant, chacun, une quantité d'un gaz sous une pression déterminée ; ce gaz est, de préférence, constitué par de l'air ou de l'azote. Notons que chacun de ces accumulateurs est favorablement pourvu de conduits de remplissage équipés de robinets de fermeture tels que 21 ; de plus, un conduit 22 équipé d'un robinet de fermeture 23 permet d'équilibrer les pressions initiales dans les deux accumulateurs. Chaque accumulateur est, en outre, pourvu d'un conduit (conduit 24 pour l'accumulateur 19 et conduit 25 pour l'accumula, teur 20) qui le met en communication avec l'une des canalisations 13 ou 14 : ainsi sur le schéma 1, l'accumulateur 19 est en communication avec la canalisation 13 par le conduit 24 et l'accumulateur 20 avec la canalisation 14 par le conduit 25. Les divers éléments de la suspension ayant été décrits, on va ci-dessous expliquer le fonctionnement de celle-ci. Un liquide constitué, ea particulier par de l'huile, remplit les chambres des vérins 1 et 2, les canalisations 13 et 14, les conduits 24 et 25 et, jusqu'à un niveau déterminé, les accumulateurs 19 et 20 ; la capacité de ces derniers est calculée en fonction du débattement désiré pour les tiges de vérins, cependant que la pression initiale du gaz transmise par le liquide est adaptée à la charge que devront supporter ces vérins. En position statique, les divers paramètres de la suspension sont, de préférence, ajustés de façon que les pistons 5 et 6 des vérine soient sensiblement situés au milieu de leur course. L'équilibre statique de la suspension décrite s'écrit : C1 + s1 P1 = P2 S1 et C2 + s2 P2 = P1 S2 oll C1 et C2 sont les charges appliquées sur les tiges des vérins i et 2 (dans la plupart des applications, ces valeurs seront sensiblement égales). P1 et P2 sont les pressions initiales du gaz contenu, respectivement, dans l'accumulateur 19 et dans l'accumulateur 20 (en pratiqug pour des charges C1 et C2 sensiblement identiques, ces valeurs seront égales). S1 et S2 sont les sections totales, respectivement, des pistons 5 et 6 des vérins 1 et 2. s1 et s2 sont les sections de ces pistons diminuées de la section des tiges correspondantes 7 et 8 (dans la plupart des application les vérins seront identiques et Si = S1 et s1 = Supposons qu'à un instant donné, le véhicule aborde un virage qui détermine, par l'effet de la force centrifuge, un ao- croissement de la charge C1 d'une valeur h C1 et une diminution de la charge C2 d'une valeur absolue h a2 ; la surcharge A Ci s' exerçant sur le premier vérin au coure du virage est peu diffé- rente en valeur absolue de l'allégement LL C2 dont bénéficie le second vérin. Les équations du nouvel équilibre sécrivent : C1 + # C1 + s1 (P1 + # P1) = S1 (P1 + # P2) C2 - # C2 + s2 (P2 + #P2) = S2 (P1 + # P1) où # P1 Pi et 8 P2 sont les valeurs algébriques des variations de P@ et P2 entrafnées par la surcharge ss C1 et par l'allégement # U2. Si l'on tient compte des équations de l'équilibre statique, on obtient # C1 + s1 # P1 = S1 # P2 - # C2 + s2 #P2 = S2 #P1 d'où l'on peut déduire les valeurs de # P1 et # P2 : S1 # C2 - s2 # C1 # P1 = - # S1S2 - s1s2 S2 # C1 - s1 # C2 # P2 = # S1S2 - s1s2 bien entendu : s1 En conséquence, si l'on tient compte du fait que #C1 # #C2, on remarque que # P1 0. La pression P1 subit donc une réduction tandis que la pression P2 subit un accroissement ; dans ces conditions sur la tige du vérin 1 se développe un effort de compensation s'opposant à la surcharge #C1 en raison, d'une part, de l'augmentation de la pression régnant dans la chambre inférieure 11 et, d'autre part, de la diminution de la pression régnant dans la chambre supérieure 9. De façon analogue, sur la tige du vérin 2 se développe un effort de compensation s'opposant à l'allégement C2 en raison de l'augmenta- tion de la pression régnant dans la chambre supérieure 10 et de la diminution de la pression régnant dans la chambre inférieure 12. Ainsi la suspension développe des réactions proportionnel- les et opposées aux variations de la charge, réactions qui limitent l'inclinaison du véhicule et ont tendance à ramener celui-ci vers son équilibre initial. Il s'ensuit que le véhicule bénéficie d'une stabilité et d'une tenue de route très améliorées par rapport aux véhicules équipés de suspensions classiques. La figure 2 présente, à titre d'exemple, le vérin 1 monté à l'extrémité d'un essieu 26 d'automobile ; le corps de vérin est articulé à sa base, par une patte, sur un berceau 27 fixé, en particulier, au moyen d'un étrier sur l'essieu 26. Par ailleurs, la tige de vérin comporte à son extrémité supérieure un élément plat 28 as- sujette à la caisse 29 du véhicule au moyen d'un goujon ; une ron- delle de caoutchouc 30 est interposée entre l'élément plat 28 et la caisse pour assurer une fixation élastique. Les figures 3a et 3b illustrent les explications ci-dessus données. La figure 3a présente en position statique un véhicule mu, ni d'une suspension conforme à l'invention : la charge s'exerçant sur chaque vérin est sensiblement égale. La figure 3b schématise le comportement de ce véhicule en virage : la caisse 29 du véhicule a subi une inclinaison qui est demeurée faible malgré le transfert de charge qui s 'opère dans le virage ; on a dessiné en pointillés en 29' l'inclinaison que subirait la caisse si elle était soutenue par une suspension de type classique. Il est à noter que la suspension conforme à l'invention est totalement autonome, c'est-à-dire que son fonctionnement ne nécessite aucun apport d'huile ou d'air étranger : elle est, ainsi, dégagée des inconvénients que présentent certaines suspensions pneu- matiques qui nécessitent un équipement complexe, onéreux et fragile (pompe hydraulique, etc...). De plus, il est possible de modifier la pression du gaz contenu dans les accumulateurs 19 et 20 en réalisant une admission ou un échappement de gaz par les robinets 21, soit pour modifier à volonté la hauteur initiale du véhicule, soit pour adapter la sus- pension à une charge de valeur nominale différente. Cet ajustement da pression peut store effectué par l'usager lui-mtme dans une station de gonflage de pneumatiques. Par ailleurs, comme on l'a mentionné plus haut, les canas lisations 13 et 14 sont, de préférence, équipées en amont des ouvertures de chambres, de dispositifs d'amortissement 15, 16, 17 et 18. Chacun de ces dispositifs d'amortissement est constitué par une botte à clapets comprenant, montés en parallèles, un clapet antiretour (schématisé en 31 à la figure 1), un clapet taré (schématisé en 32) et un passage à orifice calibré (schématisé en 33). Le clapet anti-retour 31 est adapté pour s'ouvrir sous effet d'une dépression prenant naissance dans la chambre correspondante : il élimine, ainsi, les risques de vaporisation du liquide contenu dans cette chambre.Le clapet taré 32 est apte à s'ouvrir sous l'effet d'une surpression supérieure à un seuil déterminé prenant naissance dans ladite chambre : dans le cas où la tige de vérin est violemment sollicitée, il met en by-pass l'orifice calibré 33 et évite la naissance d'un choc hydraulique en permettant un échappement ra pide du liquide ; il est à noter que, dans cette hypothèse où un des vérins est soumis à une sollicitation rapide et violente provenant, par exemple, du passage d'une roue sur une inégalité de la route, la réaction de ce vérin est provoquée par l'élasticité du gaz comprimé dans l'accumulateur correspondant, la réaction affectant 1 'autre vérin étant pratiquement inexistante en raison de 1 'i- nertie du système : la stabilité du véhicule est, ainsi, conservée, le vérin sollicité ayant alors joué le simple rôle d'amortisseur. Enfin, l'orifice calibré 33 introduit une perte de charge dans l'écoulement du liquide et joue, ainsi, un rôle d'amortissement en freinant les mouvements de la tige de vérin et réduisant le nombre des oscillations qui prennent naissance. La figure 4 présente, à titre d'exemple, un schéma de principe d'une botte à clapets telle que sus-évoquée ; cette dernière comporte - un conduit 34 raccordé à 1 'ouverture de la chambre correspondante du vérin, - une chambre 35 contenant une bille 36 et prolongée par un évidement 37, - un conduit 38 auquel est~raccordée 1 'extrémité d'une canalisation 13 ou 14, - une chambre 39 contenant une bille 40 sollicitée par un ressort 41 dont la position peut être ajustée au moyen d'une tige filetée 42 vissée dans un bouchon 43 qui obture la chambre 39, - un évidement 44 prolongeant la chambre 39, - des passages 45 et 46 mettant en communication, d'une part, l'évidement 37 et la chambre 39, d'autre part, la chambre 35 et l'évidement 44, - enfin, un passage à orifice calibré de faible section 47, mettant en communication les passages 45 et 46. Bien entendu, la figure 4 n'est qu'un schéma fonctionnel de cette bofte à clapets, l'usinage imposant de pratiquer certains perçages supplémentaires qui sont obturés par la suite au moyen de pièces rapportées. il est facile de comprendre que cette botte à clapets répond au schéma de principe des dispositifs d'amortissement présentés à la figure 1. l'invention ayant maintenant été exposée et son intérat justifié, le demandeur sten réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet sans limitation autre que celle des termes des re vendications ci-après ; il est bien entendu que cette invention peut être appliquée de façon particulièrement intéressante dans le domaine des véhicules automobiles mais peut également Stre appli quée dans tout autre domaine ou' il est avantageux de réaliser une compensation des variations et décentrages de la charge supportée. REVEKDICADIONS 1 - Suspension à compensation automatique des variations et dé cen- trages de charge, ladite suspension étant caractérisée en ce qu2el- le comprend - deux vérins hydrauliques à double effet, appelés à autre positionnés de part et d'autre du centre de gravité de la charge et comprenant un corps et une tige à piston, de sections adaptées pour supporter ladite charge, le corps de chaque vérin séparé en deux chambres par le piston étant doté dans chaque chambre d'une ouverture, ouverture dite supérieure, pour la chambre que traverse la tige de vérin et, ouverture dite inférieure, pour l'autre chambre - deux accumulateurs contenant, chacun, une quantité d'un gaz sous une pression déterminée - deux systèmes de canalisations, reliant l'ouverture sur périeure de chaque vérin à l'ouverture inférieure de l'autre vérin - des conduits mettant en communication, d'une part, l'un des accumulateurs avec l'ensemble hydraulique constitué par un des systèmes de canalisations et par les chambres qutil relie, et, dlau- tre part, l'autre accumulateur avec l'ensemble hydraulique constitué par l'autre système de canalisations et les chambres qu'il relie - un liquide constitué, en particulier, par de l'huile, remplissant les chambres des vérins, les conduits précités et sye- tèmes de canalisations et, partiellement les accumulateurs. 2 - Suspension selon la revendication i caractérisée en ce que chaque système de canalisations précité est pourvu, en amont de chaque ouverture supérieure ou inférieure, d'un dispositif d'amortissement, comprenant, montés en parallèles, un clapet anti-retour propre à s 'ouvrir sous 1 'effet d'une dépression prenant naissance dans la chambre considérée, un clapet taré apte à s'ouvrir sous l'effet d'une surpression supérieure à un seuil déterminé prenant naissance dans ladite chambre, enfin un passage à orifice calibré de faible section. 3 - Suspension selon l'une des revendications i ou 2, caractérisée en ce que chaque accumulateur est doté d'un conduit de remplissage équipé d'un robinet de fermeture. 4 - Suspension selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractéri sée en ce que les accumulateurs sont réunis, au niveau du gaz qu'ils contiennent, par un conduit d'équilibrage des pressions, doté d'un robinet de fermeture. 5 - Suspension selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, carao- térisée en ce qu'elle est montée sur un essieu de véhicule, les corps de vérins étant articulés sur l'essieu, chacun, à proximité d'une roue, cependant que les tiges sont fixées sur la caisse du véhicule.