Brevet FR2529839A1 — publié le 19840113

NOUVEAU TYPE DE SUSPENSION. L'invention concerne un nouveau type de suspension. Comme on le sait, une suspension est un ensemble de pièces qui transmettent aux essieux le poids d'un véhicule tout en amortissant les chocs dûs aux inégalités du chemin de roulement. En d'autres termes une suspension est un ensemble de pièces reliant des éléments suspendus (caisse) à des éléments non suspendus (roues) destinés à amortir les chocs ds aux déplacements de l'élément non suspendu Pour l'essentiel, actuellement en pratique, ces ensembles font appel à des leviers triangulés, à des ressorts à lames, à des ressorts hélicoïdaux, à des barres de torsion, à des coussins d'air, voire à des organes hydropneumatiques Dans tous les cas, il s'agit de solutions faisant appel à des liaisons mécaniques élaborées En outre, la fonction d'amortissement est obtenue soit par un organe additionnel sépare appelé d'ailleurs amortisseur, soit par la friction des lames de ressort superposées entre elles L'invention pallie ces inconvénients Elle concerne un nouveau type de suspension qui soit économique, faci I.e à mettre en place et à entretenir et qui en outre assure gaiement la fonction diamortissement, ce qui est nouveau et inca tendus Cette nouvelle suspension~ du type relié aux éléments suspendus et non suspendus en au moins trois points différents, au moins un de ces points étant relié à l'élément suspendu, les autres aux éléments non suspendus, se caractérise en ce quelle est formee par au moins une lame flexible composite stratifiée cambrée, apte à générer de la chaleur sous 1' effet des déplacements des éléments non suspendus Comme on le sait - une "lame" est un élément tridimensionnel ayant une dimension nettement superieure par rapport aux deux autres - un matériau est "composite et stratifié", lor.sçdu'il est formé d'éléments divers, disposés en couches régulièrement ou non, fermement collées entre elles - un élément est "cambré" lorsqu'il est courbé en arc. Il est indispensable que la lame composite stratifiée cambrée conforme à l'invention soit apte à générer de la chaleur sous l'effet des déplacements des éléments non suspendus, afin de freiner les oscillations de ces éléments non suspendus provoqués par ces déplacements, c'est-à-dire d'amortir ces oscillations. La lame flexible caractéristique de l'invention peut, comme on le verra dans la suite de la descrip- tison - soit te reliée directement aux éléments suspendus ou non suspendus et alors travaJllées en flexion dans le sens -;.ansversal - Soit ôte reliée directement à l'élément suspendu mais Indirectement aux éléments non suspendus, par exemple à l'aide de bras, et alors travaillée en torsion, voire meme en torsion et flexion - soit etre reliée indirectement à la fois à l'élé- ment suspendu et aux éléments non suspendus, par exemple à l'aida de bras et alors travaillée dans ce cas en flexion dans 7 sens latéral En pratique et avantageusement: - la flexibilité de la iame varia sur la longueur de celle-ci; ci par exemple par suite de variations de la section de cette lame ; and autres termes, la lame est anisoflaze; pcur mie repartir les efforts aux points d'attaches aux éléments suspendus ou aux éléments non suspendus - la lame à une section profilée, par exemple rec tangulaire, carréee polyogonale, en forme de U, de Y, de T, de I, de X, etc...; - la lame à une section trapézoïdale ; ainsi, lorsque cette lame travaille en flexion du fait de la cambrure, la petite base supérieure travaille à la compression, alors que la grande base inférieure travaille à la traction - la lame flexible composite stratifiée est formée par un empilement connu de différentes strates d'origine renforcée par des tissus pré-imprégnés, de plaques de mousse, voire de lames métalliques, et/ou d'autres matériaux viscoélastiques - la cambrure a pour but de déterminer la meilleure géométrie au niveau des éléments non suspendus, notamment en cas de déplacement de ceux-ci ; elle permet donc d'avoir une moindre variation de la voie ; cette cambrure dépend. des matériaux utilisés, de l'empattement, de la flexibilité souhaitée et destapplications envisagées ; cette cambrure: est comprise entre deux et vingt centimètres ; au-delà de ces limites, la géométrie de l'ensemble est mauvaise, donc la tenue de route défectueuse - la lame est reliée aux éléments suspendus et non suspendus par des liaisons mécaniques connues, tel les que rigides : boulons, vis-écrous collage, soudure, pincement souples : butée élastique type silentbloc, . articulées rotules, axes, traversantes notamment pour assurer une fonction de guidage - ces lames-étant destinées à amortir les déplace ments, sous l'effet des contraintes internes, il se fait donc dans ces lames un dégagement de chaleur (absorption d'énergie) ; il convient donc de dissiper cette chaleur le plus efficacement possible ; en conséquence ces lames doivent etre composées d'un matériau ayant d'excellentes propriétés de diffusion de la chaleur ce peut être par exemple des lames métalliques, en aluminium, en alliage d'aluminium, en acier ou analogue., voire d'un revêtement de surface déchange radiante augmentée - les éléments de liaison sont placés aux extrémités de la lame. Les lames flexibles composites stratifiées cambrées, sont en soi-connues, notamment pour la fabrication des skis. On sait qu'à grande vitesse, un ski engendre des vibrations. Pour amortir et/ou absorber ces vIbrations, on a proposé depuis fort longtemps d'utiliser des matériaux flexibles composites stratifiés. On a tout d'abord suggéré d'utiliser du bois lamellé collé. Plus récemment, on a proposé des matériaux complexes composites à base de matière plastique armés par des tissus de verre éventuellement renforcés par des strates rectilignes ou non en matériaux métalliques.Ces matériaux étant largement répandus, il n'est pas utile ici de les décrire en datait. On obtient ainsi une absorption satisfaisante des vibrations et des ondulations sans rechercheritoutefois un effet d'amortissement en des points; précis, puisque cette absorption s'effectue et est recherchée seulement sur toute la surface du ski. Il n'était donc pas évident d'utiliser ce moyen connu, à savoir la lame flexible composite stratifiée cambrée, comme élément de suspension. En effet - d'une part, cette lame était connue pour ses propriétés d'absorption des vibrations sur toute sa surface et non pour des propriétés d'amortissement ponctuel, par exemple à une roue, d'un élément non suspendu - d'autre part, il était habituel dans une suspension de dissocier le moyen d'absorption des déplacements, à savoir le ressort, des moyens de freinage du déplace ment, à savoir l'amortisseur e en revanche, dans l'in- vention, ces deux fonctions assurées jusqu'alors donc par des moyens séparés, se trouvent réalisées simulta nément par le même moyen à savoir la lame - enfin, si des moyens tels que les butées de caoutchouc permettaient d'assurer éventuellement ces deux fonctions, ces butées ne permettaient pas d'assurer le guidage géométrique des roues qui devait être alors assuré par d'autres liaisons mécaniques articulées, tels que des parallélogrammes déformables, des bras tirés, des bras poussés, etc. - par ailleurs, il est nécessaire que ces lames soient génératrices, voire en outre dissipatrices de la chaleur, ce dont on ne se préocuppait nullement dans l'application des lames composites connues à ce jour. En revanche, l'utilisation de la lame composite flexible stratifiée cambrée connue par ailleurs, mais comme organe de suspension, procure des effets et des résultats nouveaux et surprenants, a savoir - d'une part, le guidage géométrique des roues; - et d autre part, le freinage des déplacements c'est-à-dire effet amortisseur, qui ne procurait pas jusqu' alors cette lame dans ses applications connes. En outre, cette utilisation nouvelle se traduit par une simplification sensible des suspensions réalisées de la sorte, que ce soit par rapport aux suspensions mécaniques, traditionnellesD voire aux suspensions plus modernes, type hydrau ou oléopneumatiques. La manière dont l'invention~peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent e donnés à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures an nexees. La figure 1 montre en vue perspective sommaire une lame flexible composite stratir léecambrée conforme à l'invention. La figure 2 montre cette lame en coupe selon l'axe II-II' de la figure 1. La figure 3 montre une telle lame mais à section trapézoïdale. La figure 4 montre l'utilisation de cette lame comme élément de supension d'une remorque dite bagagère. La figure 5 montre schématiquement en coupe longitudinale l'utilisation d'une telle lame comme élément de suspension d'un chariot. La figure 6 montre également schématiquement en vue perspective sommaire une telle lame travaillant aussi en flexion, mais en outre interactive, c'est-àdire autostabilisante au roulis. La figure 7 montre en coupe schématique un autre exemple d'application de cette lame en suspension travaillant en flexion. La figure 8 est une vue perspective sommaire d'un montage d'une telle lame de suspension conforme à la figure 4, La figure 9 montre un autre exemple dlapplication comme élment de suspension dans un bateau type "Cata ma*an". La figure 15 montre un exemple de realisation de suspension dans laquelle la lame travaille en torsion, alors que la figura 11 montre un exemple dans laquelle la lame travaille en flexion latérale. La lame flexible composite stratifiée cambrée conforme à l! inventIon peut être fabriquée par toute technique connue. Un premier procédez de fabrication fait appel à la technique connue pour la réalisation de profilés armés dénorrris "pultrusion"= Pour ee faire, on associe aux profilés en cours d'éla'ooration, des strates telles que des feuillards métalliques et/ou de matériaux composites en élastometre cablés et ce, en faisant varier les vitesses de l'organe de traction afin d'obtenir une cambrure. Une deuxième technique consiste à déposer dans chaque partie du moule les différentes couches du matériau composite (tissu de verre pré-imprégné, lame métallique, matériau composite en élastomère cablé), à refermer ce moule puis à appliquer une force d'aspiration ou une force magnétique afin de bien:.maintenir les différentes couches sur les deux faces du moule et enfin à injecter sous pression entre ces dieux ensembles une mousse de remplissage, notamment en polyuréthane .. Cette technique dénommée "injections in situ" est bien connue dans l'industrie du ski. Une troisièmetechnique plus élaborée consiste à fabriquer tout d'abord le noyau en mousse, éventuellement en renforçant cette mousse par une structure appropriée telle qu'un profilé métallique, à entourer ce noyau ensuite par une étoffe de renfort tels .que tissus en fibre de verre, en fibre de carbone, bore ou analogue pré-imprégnés, a superposer sur les deux faces des strates métalliques et/ou en matériaux composites, à mettre l'ensemble dans un moule où 18on injecte une résine thermodurcissable (epoxy, polyester). Cette tech- nique dite "humide"est également connuedans l'industrie du ski. A titre d'exemple, selon la technique connue d'in jection in-situ (voir figures 1 et 2), on réalise une lame (1) flexible composite stratifiée cambrée en.opérant de la manière suivante. Dans un moule, on place un empilage de huit couches d'une étoffe (2) en fibres de verre pré-imprégnées -d"une résine polyester (3). On recouvre l'ensemble d'une lame en un alliage aluminium zinc-chrome connu commercialement sous la marque Zicral (4). Puis on referme le moule, puis on injecte au corps une mousse de polyuréthane (5) à haute densité. Cet empilement de strates peut être réalisé avec d'autres matériaux, tels que - tissus, étoffes, matériaux de fibres de verre ou analogues tels que des fibres de carbone, de borne, de graphite - lames d'acier, d'alliage à base d'aluminium, d'autres alliages métalliques, de bois et d'élastomère, cablés ou non - liaison par résines autre que polyestér, telles que résines phénoliques, ABS, élastomère ; - le corps en mousse de polyuréthane peut être remplacé par des mousses de métacrylate ou des structures alvéolaires telles qu'en nid d'abeilles déployé ou de tubes pincés aux extrémités - le profil de la lame métallique peut être rectiligne, ondulé, en forme de V ou de oméga. Avec ce matériau, on réalise une lame (1) d'environ 1,5 cm d'épaisseur pour une largeur de 8 cm et d'une longueur de un mètre vingt présentant une cambrure de 15 cm (sans charge). A l'aide des montages selon figures 4 et 8, on réalise avec cette lame anisoflexe (voir figure 4) une remorque pour bagages dont la caisse (10) est liée à la lame (1) par une liaison mécanique semi-rigide, telle qu'un silentbloc ( formé plus précisément par (voir figure 7) deux blocs d'élastomère (13-14) dont l'un est en forme de U (13), de manière à enserrer la lame (1) dans la cornière en oméga (15) fixée par des boulons ou autres organes (16) à la caisse (10). Les extrémités (17-18) de la lame (1) sont percées de trous traversant (19) destinés à venir coopérer avec un manchon porte-moyeu (20) associé au moyeu porte; roues (21su Le manchon porte-moyeu est percé d'orifices (22) correspondant aux trous traversants (19), de manière à assurer la liaison entre le porte-moyeu et la lame (1). De manière connue, les.roues (23-24)- sont fixées par tout moyen approprié au moyeu porte-roues (21). Dans ce type de suspension, la lame (1) est fixée par ses deux extrémités (17) et (18) aux éléments non suspendus à savoir les roues (23-24) et est fixée en son milieu (12) à l'élémssnt suspendu, à savoir la caisse ok), Dans cet exemple de réalisation, ces laye; (1) anisoflexes travaillent à des fréquences recherchées en automobile pour le confort, c'est-à-dire à des fréquences comprises entre un et trois Hertz. On a également vérifié qu'avec ce type de lames, on assure le meilleur contact de la roue au sol, puisque le taux d'amortissement est de l'ordre de 0,15. Dans l'exemple de réalisation montré à la figure 5, la lame (1) anisoflexe présente les mêmes caractéristiques. que dans le mode de réalisation de la figure 4, mais ici, la caisse (30) est associée à un timon (31) destiné à permettre la traction de la caisse (30) par un véhicule approprié. L'extrémité (1-7) de la lame (1) est fixée à l'avant de la caisse (30) par une liaison fixe (32) associée à un bloc de caoutchouc (33), l'autre extrémité (18) étant libre dans un organe en forme de U (34), ce qui assure ainsi une liaison par glissement pour ahsorher les différences de longueur en fonction du mowtvement de la roue (35) auquelle la lame (1) est associée en son milieu par une liaison mécanique fixe par serrage (36). Dans l'exemple de réalisation montré à la figure 6, la lame 51) présente également les mêmes caractéristi- ques dimensionnelles qu'à la figure 4. Icia toutefois, la lame (1) est fixée par ses extrémités (17-18) aux roues (23-24) par des organes de liaison (21), et est fixée en son milieu à la caisse (10) en deux points symétriques (GG-51) par rapport à l'axe transversal, par exemple à l'aide d'un silentbloc et d'écrous traversants. On obtient ainsi une suspension interactive autostabilisante au roulis, c'est-à-dire que lorsqu'une roue (23-24) se déplace vers le haut ou vers le bas r l'autre roue va dans le même sens .Ainsi, la caisse (10) aura tendance à rester parallèle à l'axe des roues Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 7, -la caisse (40) est asscciée à une laine ssoflexe (1) par un ensemble de vis et d'écrous (41-42) associés à un bloc de caoutchouc (43) et l'autre extrémité (17) de cette lame est associée à la roue (44) par une liaison mécanique fixe (45). Dans l'exemple de réalisation de la figure 9, deux lames (1) identiques sont associées à deux flotteurs (50-51) de manière-à former un catamaran. Il en est d'ailleurs de même pour un trimaran. Ces lames jouent le rôle de traverses-de liaison des flotteurs et jouent en outre le rôle de lame amortisseur. Ainsi, ces lames permettent le déplacement d'un flotteur par rapport à l'autre et un allègement substantiel du poids des traverses (1). Là également, on obtient un effet nouveau et inattendu à savoir l'effet amortisseur des lames (1) com- binées à une déformation angulaire. Cet effet debarre de torsion peut également et avantageusement mis en oeuvre dans une suspension pour automobile conforme aux enseignements de la figure 10. Ici, la lame isoflexe (1) qui a aussi les mêmes dimensions qu'à l'ë- xemple éédent, est fixée en son centre (70) par une liaison rigide en forme d'équerre (71) à la caisse (10) et par ses deux extrémités !17-18) à deux bras rigides (72-73) associées aux roues (23-24) de manière classique. Lorsqu'une roue (23) se déplace, la lame (1) étant fixée en son centre i70) et à son extrémité (18), le déplacement anglllaire du bras (72) ou (73) provoquera une torsion de cette lame (1) isoflexe. i en revanche > dans ce montage, la liaison (70) n'est plus rigide mais est souple (silentbloc), en placant sur chaque extrémité (17-18) de la lame (1) un autre bloc (74-75) egalement en un matériau souple, on obtiendra une suspension interactive autostabilisante au roulis, car la roue (23) qui se déplace provoque une variation angulaire du bras associé (72) qui transmet une torsion à la lame (13;; elle-meme étant fixée de façon souple, va transmettre une partie de cette torsion au bras opposé (73) et vis-versa Dans l'exemple de réalisation de la figure 11, on utilise deux lames (1) et (1') parallèles de mêmes caractéristiques que précédemment, mais qui sont maintenues rigidement entre elles par un bloc rigide (80) placé au centre. Aux extrémités respectives (17-17'), (18-18') de ces deux lames parallèles (1) et (1'), on fixe rigidement les bras (72) et (73) de liaison aux roues (23-24). Une patte de liaison (81) solidaire de (80) permet la fixation de la suspension à la caisse suspendue (10). Si cette fixation (80) est rigide, les deux lames (1) et (1') se comportent alors comme des barres de torsion, bien que chaque lame travaille en flexion latérale. En effet, si une roue (23) se déplace, le déplacement angulaire provoqué sur le bras (72) entraîne une translation latérale opposée de lsextrémité des deux lames créant ainsi une flèche dans le sens transversal où les lames présentent une grande rigidité et par la même, entraîne une déformation de l'ensemble en flexion latérale. En revanche, si cette fixation (80) est souple, l'effet de barre-de torsion est conservée mais une partie de la variation angulaire du bras (72) est transmise à l'autre bras (73), donc à la roue oppose (24). De ce fait, on obtient une suspension interactive autostabilisante au roulis. Le nouveau type de suspension selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux réalisations connues à ce jour. On peut citer - l'effet nouveau d'amortissement - l'effet d'anti-roulis-du à l'interactivité - le fait d'être économique, simple et léger - l'absence d'entretien, puisque ces lames sont insensibles aux agents agressifs extérieurs - un excellent guidage géométrique des éléments non suspendus1 à savoir les roues - une grande versatilité - la possibilité éventuellement d'etre même utilisé en empilement comme dans des lames de ressorts De la sorte, ce nouveau type de suspension peut être utilisé avec succès non seulement pour les véhicules automobiles ou analogues, tels que les caravanes, les remorques, les trains d'atterrissage, mais également en nautisme ; bref, pour tout ce qui se déplace et est destiné à être suspendu. REVENDICATIONS 1/ Suspension du type relié aux éléments suspendus -(10) et non suspendus (23-24) en au moins trois points différents, au moins un de ces points étant -relié à l'élément suspendu (10), les autres à l'élément non suspendu, caractérisé en ce qu'elle est formee par au moins une lame (1) flexible composite stratifiée, cambrée, apte à générer de la chaleur sous l'effet du dé- placement des éléments non suspendus (23-24). 2/ Suspension selon revendication 12 caractérisée en ce que la fleibllité de la lame (1) varie sur la longueur de celle-ci, notamment par variation de la section 3/ Suspension selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la section de la lame (1) est choisie dans le groupe formé par le carré, le rec taxie, le trapèze ou le polygone; 4/ Suspension selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la lame flexible (1) composite est formée par un empilement de tissus pré-imprégnés (2), de résine synthétique (3), de lame métallique (4), et comporte un coeur en mousse de résine synthétique (5). 5/ Suspension selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la cambrure de la lame (1) est comprise entre deux et vingt centimètres. 6/ Suspension selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lame (1) est anisoflexe et est reliée directement aux suspendus et aux éléments non suspendus (23-24) et travaille alors--en flexion dans le sens vertical. 7/ Suspension selon revendication 6 caractérisée en ce que la lame (1) est fixée à l'élément suspendu (10) au moyen de deux points d'articulation (60) et (61) qui sont symétriques par rapport à l'axe transversal de la lame (1), ce qui donne à cette lame un effet antiroulis et interactif. 8/ Suspension selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lame (1) est reliée directement à l'élément suspendu (10), mais est reliée indirectement par des bras (72-73) aux éléments non suspendus (23), de sorte que cette lame travaille alors en torsion 9/ Suspension selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la lame (1) est reliéeindiretement à l'élément suspendu (10) et indirectement aux élé ments non suspendus (23-24) à l'aide de bras (72-73), de sorte que cette lame travaille alors en flexion dans le sens latéral. 18/ Suspension selon revendication 9, caractérisée en ce qu'elle présente deux lames parallèles superposées (1) et (1') reliées rigidement entre elles et de manière souple à l'élément suspendu (10), les extrémités (17-18) de ces lames (1) et (1') étant alors reliées aux éléments non suspendus (23-24) par des bras rigides (72-73), ce qui donne à l'ensemble un effet anti-roulis et interactif. 11/ Ve-hicule comportant des lames de suspension selon llune des revendications 1 à 10.