Brevet FR2489774A1 — publié le 19820312

TITRE : Accouplements à axes de tangage virtuels. I- SECTEUR DE LA TECHNIQUE "Caravanes", transports routiers hors chemin et véhicules agricoles, forestiers ou militaires. II - 13TUT DE LA TECHNIQUE Actuellement, les véhicules articulés sont principalement composés d'un véhicule tracteur et d'une remorque, reliés entre eux par une pièce d'accouplement qui peut être une sellette ou un crochet d'attelage. La sellette permet de faire porter une partie du poids de la re morque par le tracteur : cela permet d'améliorer le pouvoir de traction de celui-ci. Le crochet d'attelage ne transmet lui, que lteffort de traction. Actuellement, ces deux modes d'accouplement présentent des défauts majeurs au niveau de la stabilité dynamique de l'ensemble - tracteur caravane -. Nous allons examiner quelques cas typiques, de façon à les explici ter. 1 - A : Démarrage simple du convoi Un tracteur étant relié à sa remorque par un axe réel de tangage relatif -tracteur remorque- (axe R) (voir ligures 1 et 2), situé à une hauteur -h- du sol ; lorsque le trac teur démarre, la force de propulsion F qui tire la remorque s'exerce à une hauteur -h- du sol t il en résulte un moment de tangage cabreur du tracteur qui déleste ainsi son essieu avant dedzl = .-z2 = F~h. E Suivant la hauteur de l'axe R et l'effort F/exigé, le pouvoir directeur de l'essieu avant du tracteur est alors fortement amputé : on est un peu dans la situation des motos très puissantes qui démarrent en n'ayant plus que la roue arrière en contact avec le sol. Avec un poids lourd de 38 tonnes, il n'est pas rare de voir des cabrages de cabine de plus de 30 cm ! On n'est donc pas du tout assuré d'un bon contrôle du cap dans de telles situa tions. Avec un tracteur agricole ou forestier, il y a un regel danger de voir le véhicule se retourner sur son conducteur, car malgré le lest qui est prévu à l'avant du tracteur, il peut arriver que le 4z1 avant soit supérieur au poids du tracteur : ce type de situation meurtrière peut apparattre préférentiellement lors d'un démarrage en côte ou lorsque la remorque se bloque sur un obstacle. 1 - B : Freinage en "ligne" du convoi Lors d'une phase de freinage, le phénomène de transfert de char ge explicité prédédemment par a z1 = - z2 est inversé : c'est- à-dire que l'essieu directeur se trouve cette fois-ci chargé, alors que l'essieu propulseur est délesté ; ceci a pour effet de réduire, de façon substancielle, les capacités de guidage de cet essieu. Examinons les risques que cela comporte - Soit un véhicule semi-remorque lancé à vive allure : norma lement les freins de la remorque sont dimentionnés pour freiner plus fort que le tracteur ; ils devraient donc "remettre en ligne" le convoi. Si l'on freine brutalement à cause d'un obstacle imprévu en demandant toute la puissance de freinage instantanément, ans beaucoup de convoi, les roues du tracteur seront au couple maximum, bien avant que le signal pneumatique ne soit parvenu aux roues arrières. Donc en "transitoire", la remorque va "pousser" le tracteur et soulever l'essieu arrière légèrement ; celui-ci privé d'adhérence, va déraper et le tracteur va se mettre en "por tefeuille" (c'est-à-dire qu'il va pivoter autour de son essieu avant) pour peu que le convoi ne soit pas parfaitement aligné ou que le freinage ne soit pas de la même force à droite et à gauche du véhicule. Un tel phénomène a pour facteur favorisant le fait que la chaussée soit mouillée, verglacée ou en pente descendante. REMARQUE Dans la figure 3, on a représenté les cercles d'adhérence. Le rayond'un cercle d'adhérence a pour valeur la charge verti cale Zi = Zoi + zi, multiplié par le coefficient d'adhérence N/# 0,8. Un pneumatique commence à déraper si les efforts tan gentiels auxquels il est soumis ont un module supérieur au rayon du cercle d'adhérence. 1 - C : Ralentissement sur frein moteur en grande courbe Le seul essieu retardateur est ici l'essieu arrière du tracteur. Il consomme donc une partie du potentiel de son cercle d'adhé rence arrière pour ralentir le véhicule : ceci a pour effet de provoquer un transfert de charge quasi-statique, qui charge l'essieu avant, déleste l'essieu arrière du tracteur et réduit donc encore plus la marge d'adhérence disponible sur cet essieu. Or, si le véhicule est inscrit dans une courbe, chacun de ses essieux doit délivrer une poussine latérale importante pour le maintenir sur sa trajectoire. Deux facteurs aggravant sont le relief (pente de la route) et l'état d'adhérence du sol (humidité par exemple). Il arrive on effet assez fréquemment que l'on observe des poids lourds couchés sur la chaussée après des grandes courbes en des cente. Examinons le mécanisme - En fait, le chauffeur n'a fait aucune faute de conduite. Son véhicule était sur frein moteur (donc avec un cercle d'adhé rence fortement réduit et utilisé pour le ralentissement du convoi). Lorsque le chauffeur a inscrit le véhicule dans le virage, il a demandé une poussée latérale "normale" : c'est-à-dire une poussé dont il a l'habitude sur route horizontale, sans frein moteur. Cette poussée latérale était nettement plus forte que la marge d'adhérence encore disponible ; l'essieu arrière du tracteur s'est mis à déraper et le tracteur à effectué un tête à queue (mise en portefeuille) et le convoi s'est renversé. III OBJECTIF DE L'INVENTWN L'objet de l'invention est de modifier la Loi de liaison -tracteur remorque-, de façon à supprimer le comportement dangereux de celle ci que neue avons évoqué au paragraphe --. Il s'agit de créer des liaisons contrôlant les risques de délestage des essieux du tractet IV PRINCIPE DE L'INVENTION Nous avons vu au paragraphe -F--que les transferts de charge des essieux du tracteur sont régis par une formule enA z = h. F' E Il est possible d'annuler les, en jouant sur les termes de cette formule. Le terme, le plus facilement accessible est le -h-, c'est. à-dire la hauteur de la liaison en tangage, par rapport au sol. dctuellement, -h-, a une hauteur de l'ordre d'un mètre, car il s'agit d'une articulation mécanique classique. Si l'on conserve ce type de technologie, on peut déjà obtenir un gain sensible en baissant l'altitude de ce point : on passe ainsi de la sellette classique à une sellette améliorée (voir figure 4). En augmentant au maximum technologique possible, la valeur de la cote S - la cote S est la distance entre la face d'appui de la sellette et son axe d'articulation en tangage -, ce type de confi guration fait parti des revendications du présent brevet. En fait, une telle configuration atteint bien vite ses limites, dans la mesure où pour des raisons de masse et de géométrie, des pièces, il n'est pas possible d'agrandir indéfiniment la cote S et de réduire ainsi d'autant la cote -h- à h/= h+s = constant (h étant la hauteur de la face d'appui de la sellette). Il faut donc recourir à une solution technologique relais pour agrandir encore la valeur de la cote S : l'idéal étant de pouvoir se rapprocher de S = h. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d'utiliser la techni que des centres d'articulation virtuels : c'est-à-dire que l'on va faire appel à des centres de courbure qui ne seront plus matériali sés par une "charnière" classique, constituée par un axe et un ensemble de chapes. On va au contraire avoir des centres ce courbure immatriels qui seront, soit le centre de convergence de biellettes, soit le centre géométrique d'une portion de cylindre. Nous allons dans le paragraphe suivant examiner les solutions technologiques qui permettent de réaliser de tels systèmes. V REALISATION PRATIQUE DE L'INVENTION 5 - A : CAS D'UN SEMI-REMORQUE 5 -A.1- : sellette à jumelles La sellette à jumelles utilise la convergence des jumelles. D'après un théorème fondamental de la mécanique, lorsque deux corps châssis-sellette sont en mou vement relatif, l'un par rapport à l'autre et qu'ils sont reliés par des biellettes, les centres respec tifs de rotation jumelirsellette (j.s), jumelle châssis (j.c) et châssis-sellette (c.s) sont alignés. Ce théorème devant être vérifié sur les jumelles j et jz le seul point satisfaisant à la fois les deux jumelles est le point d'intersection des directions B et 13/, à savoir le point c.s de la figure 5. Avec un tel agencement, on voit donc que l'on peut positionner c.s où l,'on veut, en jouant sur l'an gle de convergence B des jumelles : on est donc parfaitement maître de S et donc de H. 5 -A.2- : sellette à tranches de cylindre Une autre façon d'obtenir un centre vituel de rota tion châssis-sellette est illustré en figure 6. Imaginons un cylindre de rayon R de centre C.S. Prenons en un secteur tel que dessiné en figure 6. Il est possible de dessiner une embase de sellette qui épouse en négatif la forme de ce cylindre cette embase est donc capable de "rotuler" sur ce secteur en ayant C.S comme centre de courbure de sa trajectoire. La figure 6 représente le cas théorique d'agencement secteur embase de sellette. En fait la surface de guidage peut être matérialisée aussi bien par une ou des faces d'appui .4 simple courbure que par des rails queue d'aronde cintrée , portion de roulement à bille ou rouleaux à galets, guide à bille ou équivalent, dans la mesure où ce moyen de guidage assure une trajectoire curviligne à la sellette (voir figures 7 - A et B -, figure 8, figure 9, figure 10, figure 11). 5 -A.3- : Remarquons que les jumelles du 5 -A.1- peuvent être remplacées par des biellettes indépendantes ou par des triangles, des "excentriques" qui offrent les mêmes services tout en étant plus compacts (voir figure 12). Ces excentriques peuvent évidemment être des manetons tourillonnant sur des paliers lisses ou des paliers à billes, rouleaux, aiguilles ou équivalent. 5 -A.4- : Sellette à 11pignon" Il est possible au lieu d'utiliser un glissement "plan sur plan" comme c'est dans le cas figure 6, que l'on prévoit un "roulement' c'est-à-dire que les rayons de courbure R.1 et R.2, figure 13, soient sensiblement différents, de sorte que le système est alor. capable de générer des centres de courbure virtuels dont on peut régler la loi d'évolution en ayant par exemple, soit un pignon intermédaire, figure 14, soit également des rayons de courbure évolutifs le long d'une ou des faces d'appui (voir par exem ple figure 15). REMARQUES Le "contact" de roulement peut être soit deux surfaces réglées en regard "lisse", soit un système antidérapant quelconque, alla du molletage à l'engrenage en passant par les matériaux de frot tement traditionnels. 5 -A.5- : Sellette à élasticité contrôlée La cinématique décrite en A.1 et A.2 peut être obtenue par un type de liaison différent de ceux évoqués précédemment. Au lieu d'avoir recours à des surfaces de glissement ou à des jumelles, on peut en effet utiliser des ressorts métalliques ou organiques (exemple : le caoutchouc). Avec le caoutchouc (ou assimilé), il est possible de mettre des lames d'élastomères entre l'embase et le secteur de la figure 6 par exemple. Avec des ressorts métalliques, on peut aboutir à des montages tels que décrits en figures 16 et 17, de façon non exhaustive. 5 -A.6- : Remarques concernant l'interface tracteur - semi-remorque Une sellette classique ne transmet que def efforts simples d'appui (vertical) et de traction (horizontale) ; elle est notam-lent incapable de transmettre un moment comme cela est nécessaire lorsqu'on a une sellette à axe de tangage virtuel: (voir figure 18 A). Pour "passer ce couple", on est donc contraint d'avoir une sellette dont l'axe vertical d'entrainement est dimensionné sensiblement plus gros et porte à son extrimité un plateau de retenue (tête) qui lui permet de résister à l'effort d'arrachement F2. Ce plateau peut éventuellement être démon table par rapport à l'axe pour l'accostage tracteur - remor que. (voir figure 18 F). Une autre solution consiste à prévoir un verrou démontable comme le montre la figure 19. Il est évident que l'on peut également prévoir l'axe et son plateau démontables par rapport à la remorque, bien que cette solution soit particulièrement peut pratique. Pour satisfaire le problème de passage du couple à l'inter face - tracteur - semi-remorque -, une autre solution con siste à changer de technologie d'accouplement. Il est par exemple possible d'utiliser une disposition proche de celle d'un ou des roulements à billes (rouleaux, galets, aiguilles, paliers lisses...) axe vertical et démontage rapide. 5 - B : CAS D'UN TRACTEUR A RS.IORQUE SIMPLE La même cinématique que ce qui a été décrit précédemment est encore valable. La différence fondamentale prient du fait que dans ce cas, l'attelage ntest pas porteur et est donc plus petit. A la place de la sellette classique, on va ici, utiliser un "crochet" spécial, capable de "passer un couple de tangage" ; la solution la plus simple étant de disposer, soit d'un roulement à axe vertical, soit d'un axe à paliers lisses verticals au-dessus du montage (voir figure 20). Une autre possibilité consiste à copier la solution "semi-remorque" telle que décrite au 5-A.6-. VI PERSPECTIVES COAMMERCIaLES ET TECHNOLOGIQUES DE L'INVENTION "L'aspect" de l'interface tracteur - semi-remorque - peut etre très proche des systèmes classiques et l'accouplement aussi aisé. De plus, il est possible de monter le système en lieu et place dans l'espace disponible actuellement pour une liaison classique. Aussi bien sur les nouveaux tracteurs en "première montée" que sur les tracteurs qui constituent le parc existant (réparation ou changement spontané), on a donc un marché particulièrement vaste en perspective pour lequel, le rapport prix de l'accouplement, comparé au prix du convoi est négligeable. Or ce nouveau système permet d'éviter une fraction importante dos accidents susceytibles de se produire avec les sellettes classiques et justifie donc largement son adoption. VII - REVENDICATIONS 1 - Sellette destinée 4 l'accouplement tracteur - semi-remorque à centre de tangage virtuel est caractérisée par le fait que l'on emploi un ensemble de biellettes, triangles, jumelles, excen triques ou équivalent convergeant sur l'axe de tangage. 2 - Sellette destinée à l'accouplement tracteur - semi-remorque, à centre de tangage virtuel est caractérisée par le fait que l'on fait rotuler la sellette sur un "appui", à surface courbe, son centre de courbure faisant office de centre de tangage virtuel. Par appui à surface courbe, il faut entendre surface (s) réglée-(s rail (s), éléments de roulement, guides à bille, aiguilles, rou leaux ou équivalent. 3 - Sellette destinée à l'accouplement tracteur - semi-remorque à axe de tangage virtuel est caractérisée par le fait que le rayon de courbure de la sellette et son appui et éventuellement son appui intermédiaire sont différents, ce qui autorise un contact de "roulement" entre les pièces en regard. 4 - Sellette destinée à l'accouPlement tracteur - semi-remorque à axe de tangage virtuel est caractérisée par le fait que l'on utilise un (des ressorts métalliques ou élastomère) pour assurer la liaison entre la sellette et son appui sur châssis. 5 - Sellette destinée à l'accouplement tracteur - semi-remorque à axe de tangage réel est caractérisée par le fait que l'on posi tionne cet axe le rlus bas possible : c'est-à-dire par exemple en-dessous de la membrure la plus haute du châssis d'un tracteur classique.