Brevet FR2504863A1 — publié le 19821105

Titre : Suspension à amortissement de roulis. DOMAINE DE LA TECEPÇIQUE. La présente invention couvre tous les domaines où on fait appel à une sl- pension à ressorts amortisseurs et donc spécialement en automobile. ETAT DE LA TECHNIQUE. De nombreux travaux théoriques ont déjà évoqués l'intérêt de procéder à l'amortissement du roulis des vhicules. Actuellement, aucune solution spécifique satisfaisante n'a été développée, si bien que l'on en est réduit à demander an amortisseurs de la suspension de pompage d'assurer, intégralement, 1' amortisse- ment de roulis. Or, ce qu'il ne faut pas perdre de vue, c'est qu'en général, la raideur à la roue du ressort de suspension (de pompage) est de l'ordre de grande deur de la raideur équivalente de la barre anti-roulis. Dans ces conditions, l'op- timisation de l'amortisseur unique de la suspension de pompage a dû faire face un triple r8le particulièrement délicat. Premièrement il doit contrôler les rebords des roues. C'est-à-dire, amortir le ressort dquivalent constitué par le pneumatique. Deuxièmement il doit, en ligne droite, amortir le pompage de la voiture. C'est-à-dire, amortir le ressort de suspension. Troisièmement, que ce soit en virage ou lors d'instabilités de roulis en ligne, il doit, lors de solicitations de roulis, amortir celui-ci. C'est-à-dire, contrôler l'équivalent d'un ressort deux fois plus raide au niveau de la roue. On constate donc que l'optimisation n' est pas évidente. (à trouver) BUT DE L'INVENTION. L'objectif est de définir une configuration géométrique simple utilisant, si possible, des composants classiques, tels des combinés ressorts amortisseurs pour obtenir un amortissement du roulis, et si pour certains cas d'applications cela est souhaitable, l'invention permet de découpler la fonction contrôlant le roulis de celle de pompage, ce qui permet par exemple de pouvoir avoir une raideu nulle de roulis sur un essieu, c' est-h-dire inférieure å la raideur antiroulis que fourniraient normalement les ressorts de suspension. INTERET DU DISPOSITIF. Nous avons évoqué précédamment les problèmes d'optimisation liés å un amortisseur unique. Avec l'invention il va désormais être possible d'amortir se- parément et sélectivement 11 amortissement de roulis et de pompage.L'existance d'un amortissement corect de roulis va désormais permettre de contrôler efficacement les instabilités périodiqles ou apériodiques de roulis du véhicule. ainsi, par exemple, Si un véhicule classique s'engage à grande vitesse dans un S, lors de la première courbe il va avoir des difficultés d'envirage (mise en virage) car en phase transitoire, la force centrifuge crée un couple de roulis qui provoque la mise en roulis du véhicule et tant que celui-ci n'a pas atteint sa position d'é- quilibre statico dynamique, ses essieux ne sont pas capables de délivrer leur poue- sé maximale.La poussée correcte n'est donc délivrée qu'avec un retard important dépendant de la fréquence de roulis de la suspension, de plus cette poussée se fait sous roulis statico dynamique maxi ce qui peut avoir dégradé partiellement les propriétés aérodynamiques d'un véhicule de course à effet de sol. Lors de l'attaque de la seconde courbe d'un S, le véhicule est pris à"contre pied" c' est-h-dire qu'il est en plein roulis opposé et est donc dans une situation encore plus défavorable, lors de cette nouvelle phase d'envirage. Âvec l'utilisation du dispositif décritApar l'invention, de tels évènementss ne sont plus possibles. En effet, le fait de disposer d'un amortisseur efficace de roulis, permet d'obtenir une poussée antiroulis dépendant plus de l'assiette de roulis mais de la vitesse de prise de roulis. Ainsi, en période d'envirage,le couple antiroulis apparaitra très vite et cela indépendamment de l'assiette du véhicule. Ce couple antiroulis d'amortissement permet de réduire sensiblement les prises de roulis dynamique, évite: le dandinement de la voiture et améliorer sa précision et sa vitesse de réponse. Un autre cas d'application intéressant est l'accélération en sortie de virage bien qu'il soit possible d'utiliser des suspensions dotées d'anti-plongée cela n'est pas toujours souhaitable pour des problèmes de dynamique longitudinale. Alors, en sortie de virage sous couple, le véhicule subit un mouvement roulis.- tangage couplé ctest-à-dire que la roue arrière extérieure au virage s'effondre. Seul, un amortissement de roulis puissant peut contrôler ce phénomène. En résumé, l'amortissement de roulis réduit les mouvements de la voiture et permet d'augmenter la souplesse des uuspensions, la précision et la vivacité du véhicule. MOYENS XIS EN OEU'!RE. les figures I à 4 décrivent amplement la géométrie de quelque dispositif58 amortissement de roulis. Examinons-les. a pailosophie globale est la suivante De façon à ne pas avoir de problee technologique particulier, nous choisis@on@ dans ur. premier teps d'utiliser des systèmes utilisant des combines ressorts amortis- seurs classiques du correrce. Ceux-ci ne travaillent donc qu'en compression. Notons qu'il serait possible d'envisager de faire travailler des ressorts en tractions cozpressions ce qli réduirait de moitié le nombre des combine notés RR dans les figares 1 à 5. :)ans ces figures, le repère 1 désigne un basculeur qui tourbillone autour d'un axe 7 fixé au chassis. L'indice 7 repère les axes de rotation fixés au chassies. L@indice 2 désigne une bielle reliant le basculeur au triangle de suspension 4. Le triangle de suspension complémentaire porte l'indice 3, la roue, l'indice 5, le porte fusée, l'indice 6. RRI et RR2 désignent les combinés ressorts-amortisseurs de roulis (remarque : on peut choisir comme nous l'avons vu, d'en nettre qu'@n travaillant en traction-compression), on peut jouer sur la proportion de la raideur par rapport à la visquance du conbiné et aller "du ressort à l'amortisseur pur". RS désigne le ou les ressorts de suspension (qui sont alors notés RS1, RS2). P1 désigne le point d'encrage au chassis du ressort de suspension. P2 désigne le point d'encrage optionnel sur le culbuteur 1 du ment ressort de suspension. F3 étant le point d'encrage sur le triangle de suspension de l'autre extrémité du ressort. Examinions comment "marche" la suspension. On constate d'abord une chose importante pour des voitures de course : ces systèmes sont compacts et permettent une bonne intégration avec la technique des voitures à effet Venturi. Examinons la figure 1 Le triangle 4 droit est relié au gauche par un ressort@ de pompage RR. Lorsque le chassis pompe, on constate la mise en compression détente du ressort RS alors que les ressorts de roulis RR restent de longueur homologue. Par contre, lors d'une prise de roulis, si par exemple, la roue droite se soulève, RR2 se comprime, alors que RR1 se détend, ce qui crée un couple ayant pour effet de soulever la roue gauche et de comprimer le ressort de suspension "RS" ; on a donc bien là un effet ati-roulis classique obtenu avec des combinés ressorts-amortisseurs. L'intérêt de cette disposition est donc que ces amortisseurs peuvent réagir à la vitesse et non à la position (comme c'est le cas des ressorts), on a donc une "avance de phase" sur 1 réponse et une réponse quelque soit l'assiette du véhicule. Remarque : le ressort RS n@offre aucune raideur de roulis dans cette position, ce qui permet de pouvoir obtenir des raideurs antiroulis très inférieures, si nécessaire, à la raideur antiroulis naturelle qu'offriraient des ressorte de suspension placés de façon classique, p@r @@emple, entr@ les point@ 6 et 7. L'invention @'exc@ut p@s cet@e disposition. Figure 2 : ici on a affaire à un mécanisme équivalent à celui de la figure 1, à la nuance près qu'au lieu que le triangle 4 porte directement les ressorts, ceux-ci sont sur des culbuteurs reliés aux triangles par des bielles. Les figures 2 et 3 correspondent exactement aux mêmes propriétés. Ainsi, par exemple, lorsque la roue droite monte, la bielle 2, de droite, pousse le point 10 du culbuteur ce qui comprime le ressort RR2 et détend le ressort RR1. Le culbuteur de gauche subit alors un couple de rotation et tire sur la bielle 2, ce qui soulève la roue de ganache. Remarques : lors de la rotation, aes culbuteurs, le ressort RS qui est branché entre les points 9 et 10 se trouve comprimé, ce qui provoque l'effet antagoniste de la suspension à une levée exagérée de la roue gauche, phénomène qui aurait, s'il était non contrôlé, pour effet de faire baisser l'altitude du véhicule. La figure 4 est équivalente dans le principe aux précédentes. La différence provient du fait que les ressorts de suspension sont désormais fixés sur les triangles par le point P3. Dans cette configuration, la raideur antiroulis du ressort de suspen- sion, existe et s'ajoute à celle des ressorts purement antiroulis. Dans la figure 5, on constate que l'extrémité du ressort de suspension qui était fixée en P1 au chassie, la figure 4 est désormais fixée sur le culbuteur en P2. Ce- ci a pour effet de provoquer un basculement du combiné ESI ou RS2 lors des mouvements des triangles 4. Un tel phénomène permet suivant le choix de la position de P2 sur le culbuteur 1 d'obtenir des effets non linéaires importants qui peuvent être bénéfiques permettant, par exemple, d'obtenir une loi de raideur en S des ressorts de pompage. Cela permet d'8tre souple autour du point milieu et de durcir la suspension lorsqu'on s'écarte de l'équilibre. Solution alternative, examinons les figures 6, 7, 8. La figure 6 montre la fonction ressort de suspension réglable. La figure 7 montre la fonction ressort antiroulis réglable et la figure 8 montre la géométrie schématique de l'élément élastique utilisé. Les éléments décrits par ces figures sont évidemment intégrables dans les différentes configurations que nous avons décrites précedemment à l'occasion des figures I à 5. On peut notamment combiner les dispositions des figures 6 et 7 sur le même mécanisme pour obtenir un antiroulis et un ressort de pompage réglable. Le principe d'un ressort à âme variable est connu, figure 8, il consiste en une lame trapézoidale plane, B, que l'on peut mobiliser en rotation autour de son grand axe à l'aide du doigt E auquel est attelé une biellette 12 en 11. L'embase de l'élément élastique C tourillone dans une chape D, qui est portée par F. F peut outre le triangle du cas de la figure i ou le culbuteur des figures 2, 3, 4, 5. Selon l'angle e que fait la bielle 10 connectée en avec l'lue de l'élément élastique, la raideur apparente de celui-ci est plus ou moins grande. Il est donc possible, en mobilisant la bielle 12 qui agit au point 11 sur le doigt E, de modifier la raideur apparente de 1' élément élastique "vu" par la bielle 10. Examinons en l'application dans le cas des figures 6 et 7. Ici encore, 7 désigne l'articulation au chassis du culbuteur 1. 2 est la biellette allant au triangle de suspension. Remarque : 1 peut également outre un triangle du type 4 de la figure 1. La différence par rapport aux dispositions précédemment évoquées est que désormais on va utiliser l'élément élastique décrit en figure 8. Cet élément est capable de travailler en traction-compression AMR et AMS désignent les amortisseurs purs de roulis et de suspension (pompage). Dans le cas de la figure 6 qui décrit la fonction antiroulis, on observe un ou deux éléments élastiques PRI et RR2 reliés par une bielle d'attelage 10. Lorsque la roue droite se soulève , le culbuteur i de droite pivote, tire 10 ce qui fait pivoter le culbuteur de gauche. L'amortisseur AMR, qui attelle l'embase des deux culbuteurs, fournit la fonction liaison dépendant de la vitesse, c'est-à-dire que le culbuteur droit pivotant entrain le culbuteur gauche avec une force F = R.V,R étant la visquance et V la vitesse délongation de l'amortisseur. Le doigt E de l'élément élastique offre une fonction supplémentaire. il est alors possible de régler l'antiroulis soit manuellement depuis le tableau de bord (ce qui est classique), soit en branchant l'extrémité 9 de la bielle 12 en 8 sur le culbuteur opposé, cela permet d'obtenir une loi de raideur en 5 de l'antiroulis, ce qui permet d'avoir une grande souplesse de celui-ci en ligne (l'amortisseur de roulis contrôlant l'équilibre de roulis du véhicule) et une grande raideur antiroulis en divers pour limiter la prise de roulis statico dynamique. La figure 7 donne un montage équivalent au précédent mais destiné cette fois ci à contrôler le pompage. Un ou deux éléments élastiques sont reliés par la bielle d'at telage 10 et sont solidaires des culbuteurs droits et gauches. Cette fois ci, les éléments élastiques sont tête bèche. Si les bielles 2 sont disposées comme sur le dessin 2Un tel arrangement procure un effet ressort de pompage. Notons que le doigt E de RS2 peut entre connecté via la bielle 12 soit au chassis, soit au point 8 du culbuteur opposé. Une telle disposition permet d'obtenir une modification de la rai deur en fonction de l'assiette. Un tel système geut être réglable du tableau de bor et procurer, éventuellement, une suspension active mécanique si l'on utilise des vérins électriques pour assurer la rotation du doigt E. Un exemple d'application particulièrement judicieux, consiste à remplacer la bielle 12 par un vérin électrique dont le point 9 est relié à 8. Cela permet d'e modifier la raideur de suspension donc la déflection statique et donc l'assiette. Un autre cas de suspension élaboré consiste à remplacer la bielle 10 par un vérin élec trique pour régler l'assiette sans changer la fréquence de suspension REVENDICATIONS 1- Dispositif destiné, notamment, au contrôle du rouli caisse des véhicules suspendus mettant en oeuvre, ensembles, des amortisseurs. Le système anti-roulis d'un essieu est caractérisé par deux culbuteurs sur lesquels sont fixés des amortisseurs disposés en Z; chaque culbuteur étant relié à une des roues de l'essieu. 2 Dispositif destiné, notamment, au contrôle du rouli caisse des véhicules suspendus. Ce système anti-roulis d'un essieu est caractérisé par des culbuteurs sur lesquels sont fixés des amortisseurs disposés parallèlement. Chaque culbuteur étant relié, non symétriquement, par une bielle à une des roues de l'essieu. - par non symétriquement on entend que les deux bielles n'attaquent pas les extrémités d'un meme amortisseur. 3- Dispositif destiné, notamment, au contrôle du rouli caisse des véhicules suspendus lattant en oeuvre, ensembles, l'ensemble ressort amortisseur. Le système anti-roulis d'un essieu est caractérisé par deux culbuteurs sur lesquels sont fixés des ensembles ressorts amortisseurs disposés en I; chaque culbuteur étant relié à une des roues de l'essieu. 4 Dispositif destiné, notamment, auccontrôle du rouli caisse des véhicules suspendus. Ce système anti-roulis d'un essieu est caractérisé par des culbuteurs sur lesquels sont fixés des ensembles ressorts amortisseurs disposés parallèlement. Chaque culbuteur étant relié, non symétriquement, par une bielle W une des roues de l'essieu. - par non symétriquement on entend que les deux bielles n'attaquent pas les extrémités d'un mOme ensemble ressort@amortisseur. 5- Dispositif destiné, notamment, au contrôle du rouli caisse des véhicules suspendus. mettant en oeuvre, ensemblets, l'ensemble ressort amortisseur. Le système anti-roulis d'un essieu est caractérisé par deux culbuteurs sur lesquels sont fixés des ensembles ressorts amortisseurs disposés en diagonale; chaque culbuteur étant relié à une des roues de l'essieux