Brevet FR2467719A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne un ensemble de suspension par fluide, en particulier un ensemble de suspension pneumatique ou hydropneumatique, spécialement pour véhicules lourds à moteur, tels que camions, machines mobiles sur terre et similaires. En plus des systèmes de suspension de véhicules classiques, constitués de ressorts à lames ou hélicoïdaux possédant une raideur constante dans toutes les conditions de charge, on connait aussi les suspensions pneumatiques et hydropneumatiques dans lesquelles la raideur varie sui- vant une loi exponentielle déterminée par la transformation adiabatique du raz comprimé constituant l'élément de suspen- sion élastique. De telles suspensions pneumatiques et hydro- pneumatiques sont plus compactes et fiables que celles possédant un élément élastique mécanique, et comme la cour- be de compression et d'expansion du gaz n'est pas linéaire, leur performance n'est pas bonne sur l'étendue complète des charges appliquées à partir de zéro jusqu'à la charge maximum. Comme le gradient de cette courbe augmente avec le fléchissement accru de la suspension, il est évident qu'une linéarité approximative de la réponse de la suspension peut seulement être maintenue lorsque la différence entre la charge maximum et minimum est relativement petite telle que dans le cas de l'essieu avant d'un camion. Cependant, lorsque la différence entre la charge maximum et minimum est très importante, telle que dans le cas de l'essieu supportant la caisse d'un camion, il est impossible d'obtenir une performance satisfaisante à la fois à la charge maximum et à la charge minimum parce que si la suspension est dimen- sionnée pour un comportement adéquat à la charge maximum, elle fléchira trop sans charge et, d'un autre coté, si la suspension est dimensionnée pour se comporter proprement sans charge, elle sera trop rigide à pleine charge. Les solutions de compromis jusqu'ici adoptées ne sont pas satisfaisantes, non seulement parce que le mauvais comportement de la suspension réduit le confort du passager et du conducteur, mais par dessus tout parce qu'elle est préjudiciable à la stabilité et la sécurité du véhicule lorsqu'il se déplace sur la route. Pour obtenir une raideur normale de la sus- pension pendant toutes les conditions de charge, le présent demandeur a déjà proposé d'utiliser une chambre extérieure située en dehors de la suspension et communiquant avec le gaz comprimé à l'intérieur de la suspension, cette chambre extérieure contenant du gaz à pression plus élevée qui agit pour changer le comportement de la suspension à une charge élevée. Cette solution a permis d'étendre le domaine d'utilisation de la suspension mais au prix de dimensions extérieures accrues et de coût de fabrication plus élevé. C'est un objet de la présente invention de prévoir un ensemble de suspension pneumatique ou hydro- pneumatique qui permettra de faire varier la raideur de la suspension avec une charge variable du véhicule sans utiliser une chambre de stockage extérieure et sans aug- menter substantiellement le coût de fabrication de la sus- pension. Ce but est atteint en accord avec la présente invention en prévoyant un ensemble de suspension pneumatique ou hydropneumatique comprenant un cylindre extérieur et un cylindre intérieur monté de façon étanche pour être soumis à un mouvement de glissement à l'intérieur du cylin- dre extérieur et définissant une chambre de volume variable contenant un fluide hydraulique et un gaz dans des propor- tions prédéterminées, caractérisé par le fait que le gaz contenu dans une partie de la chambre est divisé par un diaphragme prévu avec une ouverture normalement fermée par des moyens commandés par la position relative des deux cylindres pour s'ouvrir lorsque l'ensemble de suspension atteint un degré prédéterminé de compression. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante. Une réalisation préférée de l'invention va maintenant etre décrite à titre d'exemple et en référence aux dessins joints dans lesquels la figure 1 est un graphe illustrant la loi gouvernant la relation entre la charge appliquée et l'affais- sement d'une suspension classique du type possédant un élément de suspension élastique mécanique, la figure 2 est un graphe similaire pour une suspension hydropneumatique classique, la figure 3 est un graphe similaire pour une suspension hydropneumatique suivant l'invention, la figure 4 est une coupe axiale à travers un ensemble de suspension hydropneumatique en accord avec la présente invention dans une première position de fonc- tionnement, la figure 5 est une coupe comme celle de la figure 4 et représentant l'ensemble de suspension hydropneu- matique dans une deuxième position de fonctionnement. Le graphe de la figure 1 représente la rela- tion entre la charge (P) appliquée à la suspension et son affaissement (f) dans une suspension classique du type possédant un élément de suspension élastique tel qu'un ressort à lame ou hélicoïdal. Le fléchissement de la sus- pension sous la charge appliquée est linéaire sur toute l'étendue de l'affaissement admissible, c'est-à-dire que la raideur de la suspension est constante avec les char- ges variables. La figure 2 illustre la loi gouvernant la rela- tion entre la charge appliquée et l'affaissement d'une suspension hydropneumatique classique dans laquelle l'élé- ment élastique est constitué par un gaz comprimé. Comme il apparaîtra de façon évidente de l'examen de ce graphe, pour obtenir une réponse approximativement linéaire sur toute l'étendue de la charge variable, il est nécessaire d'utiliser seulement une partie de la courbe, par exemple la partie placée en dessous du coude de la courbe, parce qu'à des charges plus élevées, l'affaissement tendra à cesser. Un ensemble de suspension hydropneumatique en accord avec la réalisation préférée de l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 4 et 5. Cet ensemble de suspension se compose d'un cylindre extérieur possédant une extrémité supérieure ouverte et une extrémité inférieure fermée, pourvu d'une attache à oeil 12 pour être connecté de façon à pouvoir pivoter à un essieu de roue (non représenté) et un cylindre intérieur 14 monté pour exécuter un mouvement de glissement à l'intérieur 2467719 du cylindre extérieur 10 et possédant une extrémité inférieure ouverte et une extrémité supérieure fermée et pourvu d'une attache à oeil 16 pour réaliser une connection par pivot au chassis. Un manchon à collerette 20 est fixé par les boulons vissés 18 à l'extrémité ouverte du cylindre exté- rieur 10 pour guider le cylindre intérieur 14 pendant son mouvement de glissement et est pourvu d'un Joint d'étanchéité à l'huile 22 ainsi que d'un palier de coulisse 24 pour recevoir de manière coulissante le cylindre intérieur 14. Le manchon à collerette 20 est, d'une certaine manière, connu en sol, pourvu de passages d'écoulement d'huile 26 pour permettre à l'huile de retourner à l'intérieur de l'ensemble de suspension. Un manchon à collerette 50 est fixé par des boulons vissés 28 à l'extrémité ouverte du cylindre intérieur 14 et est pourvu d'une portée à coulisse 52 pour guider de manière coulissante la paroi intérieure du cylindre extérieur 10 et comprend aussi, d'une manière connue en soi, des passages d'écoulement d'huile réduits 2o 34 aussi bien que des soupapes de retenue 36 pour permettre l'écolemdent de retour libre de l'huile ou du fluide hydrau- lique pendant la contraction de l'ensemble de suspension et l'écoulement d'huile réduit pendant son extension, comme il va etre expliqué plus complètement ci-après. Les mêmes boulons vissés 28 servent aussi à fixer à l'Intérieur du cylindre 14 une pièce guide tubulaire 38 qui se termine vers le haut sous la forme d'un baffle ou diaphragme 40 qui entre en contact de façon étanche avec la paroi interne du cylindre intérieur 14 et qui possède un trou central 42 situé coaxialement par rapport à la 6 2 467719 pièce guide tubulaire 38. Une tige de soupape 44 d'une soupape en forme de champignon 46, pour fermer de façon étanche le trou 42 dans le diaphragme 40, coulisse à l'inté- rieur de la pièce guide tubulaire 38. La tige de soupape 44 est pourvue de colliers guides 48, 50, qui sont en contact de manière à pouvoir coulisser avec la paroi interne de la pièce guide tubulaire 38. La tige de soupape 44 se Prolonge au-delà de l'extrémité ouverte du cylindre intérieur 14 suivant une longueur prédéterminée, suivant les critères qui vont apparaître évidents de la description suivante et se termine suivant une tringle poussoir 52.' La cavité définie entre les cylindres intérieur et extérieur 14 et , respectivement, contient une quantité prédéterminée d'huile ou d'autre fluide hydraulique, non représentée dans les dessins, la quantité de ce fluide étant sélectionnée de telle manière que lorsque l'ensemble de suspension est partiellement ou complètement en extension, il restera une certaine quantité d'air comprimé en dedans du cylindre intérieur à la fois au-dessus et en- dessous du diaphragme 40. Comme représenté dans la figure 4, la longueur de la tige de soupape 44 est choisie de telle façon que la tringle poussoir 52 ne rentre pas en contact de l'extrémité du fond fermé du cylindre extérieur 10 lorsque l'ensemble de suspension est presque complètement en extension avec une charge minimum, c'est-à-dire lorsque le véhicule est vide. La pression de l'air comprimé contenu en-dessous du diaphragme 40 sera prédéterminée pour prévoir les meil- leures conditions de fonctionnement de l'ensemble de suspen- sion sous les conditions de charge minimum alors que la chambre 54, qui est placée au-dessus du diaphragme 40 et 2 2467719 complètement isolée du reste de l'ensemble de suspension lorsque la soupape en forme de champignon est fermée, sera remplie de gaz comprimé à une pression considérable, comme il sera évident de la description suivante. Lorsque l'ensemble de suspension fonctionne ainsi sous des conditions de charge minimum de façon que la tringle poussoir 52 n'entre pas en contact avec l'extré- mité du fond du cylindre extérieur 10, le comportement de l'ensemble de suspension sera similaire à celui d'un ensemble de suspension hydropneumatique classique possédant les mêmes dimensions que celui qui est illustré. Cependant, par exemple, lorsque le véhicule est complètement chargé, les cylindres extérieur et intérieur se déplaceront relati- vement l'un par rapport à l'autre et la tringle poussoir 52 entrera en contact avec l'extrémité du fond du cylindre extérieur 10 et ouvrira la soupape en forme de champignon 46 à l'encontre de la pression régnant dans la chambre 54, constituant ainsi une chambre unique comprenant les parties de cylindre situées au-dessus et en-dessous du diaphragme 40 et contenant toutes deux du gaz comprimé. La pression de gaz comprimé dans la chambre 54 est choisie de telle façon que la soupape en forme de champignon 46 s'ouvre lorsque la pression de l'air ou du gaz comprimé en dessous du diaphragme 40 correspond à la pression pré- déterminée dans la chambre 54. Comme la quantité de gaz comprimé agissant maintenant à l'intérieur de l'ensemble de suspension a alors varié, la loi gouvernant la charge et le fléchisse- ment de l'ensemble de suspension est également changée et, par l'étude et le dimensionnement approprié de l'ensemble -8. 2467719 de suspension, on obtient une étendue supplémentaire du réglage et de la raideur de la suspension. Le comportement global de l'ensemble de sus- pension décrit ci-dessus est illustré par Te graphe de la figure 3 dans lequel la courbe (a) représente le compor- tement de l'ensemble de suspension lorsque la soupape en forme de champignon 46 est fermée, la position (Q) indique le moment d'ouverture de la soupape et la courbe (b) indique le comportement de l'ensemble de suspension après que la soupape se soit ouverte. La ligne pointillée (c) indique la manière avec laquelle l'ensemble de suspension se compor- terait s'il avait été construit suivant les enseignements de l'art antérieur, c'est-à-dire sans la chambre supérieure 54 et la soupape en forme de champignon 46. Lorsque la charge appliquée à l'ensemble de suspension diminue, celui-ci revient dans une position permettant la fermeture de la soupape en forme de cham- pignon 46 et la chambre 54 sera isolée à nouveau et la pression qui y règne. reviendra à sa valeur prédéterminée lorsque la fermeture de la soupape surviendra de façon évidente à la position (Q) du graphe de la figure 3. A ce sujet, on doit remarquer que l'un des avantages du présent ensemble de suspension consiste en le fait qu'à chaque - ouverture et qu'à chaque fermeture subséquente de la soupape en forme de champignon 46, l'ensemble de suspension se replacera automatiquement, lorsque le point de fermeture de la soupape est déterminé seulement par la longueur de la tige de soupape 44. Ainsi, il n'est pas nécessaire de rétablir périodiquement la pression dans la chambre 54 et par conséquent, le présent ensemble de suspension peut 9 2467719 être utilisé et manipulé comme un ensemble de suspension hydropneumatique classique. En particulier, il n'est même pas nécessaire de prévoir un rétablissement séparé de la pression dans la chambre 54 puisque, une fois qu'une quan- tité globale prédéterminée de gaz comprimé a été admise dans l'ensemble de suspension, un tel gaz sera automatique- ment distribué et prendra différentes pressions dans les chambres audessus et en-dessous du diaphragme 40 lorsque la soupape en forme de champignon 46 s'ouvre et se ferme subséquemment à nouveau pour la première fois. Quoiqu'une réalisation préférée de l'invention a ainsi été décrite à titre d'exemple, il sera évident à ceux spécialisés dans l'art que le principe illustré de la construction d'un ensemble de suspension hydropneu- matique peut en outre s'étendre, par exemple, en aJoutant une autre chambre de pression encore plus grande au-dessus de la chambre 54 avec une soupape associée qui sera ouverte par une contraction prédéterminée de l'ensemble de suspension. De cette manière, on obtient une courbe caractéristique de la variation de la force d'affaissement comme une fonc- tion de la charge appliquée qui se compose de trois arcs de cercle au lieu des deux représentés à la figure 3o Théori- quement, un nombre quelconque désiré de telles chambres supplémentaires, pour augmenter les pressions de façon constante, peut être prévu. Il sera aussi évident que, quoique dans la réalisation préférée décrite, la soupape en forme de cham- pignon est contrôlée par une tringle poussoir mécanique, ceci étant la forme la plus simple de prévoir une ouver- ture contrôlée de la soupape en forme de champignon, une telle ouverture peut aussi être commandée par d'autres moyens, par exemple, un électroaimant controlé par un microinterrupteur disposé pour détecter le déplacement du cylindre intérieur par rapport au cylindre extérieur, ou par encore d'autres moyens dépendant du type d'appli- cation. Finalement, il sera évident que l'ensemble de suspension décrit ci-dessus peut aussi être utilisé avec une chambre de surpression externe disposée à l'ex- térieur de l'ensemble de suspension comme il est connu dans l'art antérieur, pour prévoir une courbe caractéris- tique de fonctionnement composée de trois arcs de cercle ou plus. En outre, le principe de fonctionnement décrit peut aussi être appliqué à un ensemble de suspension ac- tionné pneumatiquement de façon complète. De la même manière, l'ensemble de suspension décrit peut non seulement être utilisé dans les véhicules lourds à moteur mais aussi pour d'autres usages, tels que dans les machines fixes o un comportement différentiel de la suspension est requis. - Toutes ces modifications et variations sont prévues pour être couvertes par les revendications jointes. il REVENDICATIONS 1. Ensemble de suspension par fluide, en par- ticulier pour véhicules lourds à moteur, comprenant un cylindre extérieur et un cylindre intérieur monté de façon étanche pour pouvoir se mouvoir de façon à coulisser à l'intérieur du cylindre extérieur et définissant une chambre de volume variable contenant un fluide hydraulique et un gaz dans des proportions prédéterminées, c a r a c t é r i s é par le fait que la partie de la chambre contenant le gaz est divisée par un diaphragme (10) pourvu d'une ouver- ture (42)normalement fermée par des moyens commandés par la position relative des deux cylindres (10, 14) pour s'ou- vrir lorsque l'ensemble de suspension atteint un degré prédéterminé de compression. 2. Ensemble de suspension par fluide, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que ledit diaphragme (40) D'étend de façon trans- versale au-dedans dudit cylindre intérieur (14) et est pourvu d'une soupape en forme de champignon (46) disposée pour être actionnée par le déplacement dudit cylindre exté- rieur 10) relativement audit cylindre intérieur (14) pendant la compression de l'ensemble de suspension par fluide. 3. Ensemble de suspension par fluide, tel que défini dans la revendication 2, c a r a c t é r i s d par le fait qu'une pièce guide longitudinale (38) est fermement fixée à l'intérieur dudit cylindre extérieur (10) et que ladite soupape en forme de champignon (46) possède une tige de soupape (44) qui est maintenue de façon coulissante à l'intérieur de ladite pièce guide longitudinale (38) possédant une extrémité libre faisant saillie servant de tringle poussoir (52) disposée pour entrer en contact d'une extrémité de fond fermée dudit cylindre extérieur (10) lorsque l'ensemble de suspension par fluide est soumis à une contraction prédéterminée. 4. Ensemble de suspension par fluide, tel que défini dans la revendication 3, c a r a c t é r i s é par le fait que ladite pièce guide longitudinale (38) est cons- tituée en une seule pièce avec le diaphragme (40) et sert d'organe support pour ledit diaphragme (40). 5. Ensemble de suspension par fluide, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t d r i s é par le fait qu'il comprend au moins un second diaphragme et sa soupape associée pour constituer une deuxième chambre de volume variable.