Brevet FR2545562A1 — publié le 19841109

1. L'invention est relative à un dispositif de sus- pension pneumatique avec adaptation à la charge appliquée. Ces dispositifs comportent une enceinte ou cham- bre pneumatique disposée entre un châssis fixe et un châssis mobile, ce dernier recevant la charge appliquée et la trans- mettant au châssis fixe à travers la suspension pneumatique, avec ou sans rapport de multiplication ou de démultiplica- tion. La difficulté rencontrée avec ce genre de suspen- sions, qui donnent 5 ar ailleurs toute satisfaction, réside dans leur adaptation à la force appliquée à la charge. Dans le cas d'une charge exerçant une force cons- tante, il suffit d'admettre une fois pour toutes dans la chambre pneumatique un volume d'air déterminé en fonction de ses caractéristiques géométriques, de la charge et des caractéristiques dynamiques et statiques du mode de sus- pension désirée Par contreq dans le cas d'une charge exerçant une force qui peut varier dans le temps, il est clair que, tou- tes choses égales par ailleurs, la chambre pneumatique éta- blie comme ci-dessus fournira des modes de suspension va- riables, ce qui peut être gênant, surtout en fonctionne- ment dynamique o l'on risque de rencontrer les phénomènes de fréquence propre et de résonance Dans le cas d'une sus- pension pour siège de véhicule, les caractéristiques dyna- miques de la suspension dépendront du poids du conducteur. L'invention a pour but de résoudre ce problème en fournissant un dispositif de Suspension pneumatique de ce genre qui s'adapte de lui-même à la charge appliquée, quant à la force de celle-ci. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif de suspension du genre indiqué dans lequel, en fonctionnement dynamique, un faible déplacement transitoi- re normal du châssis mobile est sans effet sur la chambre pneumatique. L'invention s'applique en particulier, mais non exclusivement, à la suspension de sièges pour véhicules, notamment camions, tracteurs routiers ou agricolesengins 2. de travaux publics ou agricoles, la force exercée par la charge étant constituée essentiellement par le poids du con- ducteur, ce poids pouvant varier largement d'un individu à l 'autre. Le dispositif de suspension pneumatique selon l'in- vention, comportant un châssis fixe, un châssis mobile re- cevant la charge appliquée,et une chambre pneumatique inter- posée directement ou indirectement entre les deux châssis et destinée à transmettre élastiquement au châssis fixe la force exercée par la charge, est caractérisé par le fait qu' il comporte en outre: une source de fluide pneumatique sous pression, notamment de 1 ' air comprimé; des moyens distributeurs propres, d'une part, à mettre la chambre en communication pneumatique sélectivement avec la source de fluide sous pression ou avec l'atmosphère et, d'au- tre part, à fermer la chambre; -un levier basculant articulé sur lesdits moyens distributeurs et propres à commander ceu ci sans jeu pour mettre sélective- ao ment la chambre dans l'un des trois états fermé OU en commu- nication avec la source ou l'atmosphère 9 une bielle articulée sur le châssiis mobile et coopérant avec le levier basculant à distance de l'articulation de ce- lui-ci sur les moyens distributeurs la coopération de la bielle et du levier étant bilatérale et avec une course mor- te ou neutre permettant à la bielle une légère course par rap- port au levier basculant sans actionner celui-ci; -et des moyens élastiques de rappel sollicitant la bielle a venir en alignement avec l'articulation du levier basculant agissant sur les moyens distributeurs. Selon un mode de réalisation préférés la bielle et le levier basculant coopèrent par un système à broche et boutonnière permettant une légère course morte ou neutre de la broche par rapport à la boutonnière. On comprendra bien l'invention à la lecture de la description qui va suivre et en référence aux dessins anne- xés dans lesquels: 3. Fig 1 est une vue schématique partielle, en élé- vation latérale, du dispositif de suspension selon l'in- vention dans son application aux sièges de véhicules et pour la position statique de la suspension en charge; Fig 2 est une vue analogue à la fig 1 montrant le dispositif de suspension à vide; et Fig 3 est, à plus grande échelle et en coupe,une vue montrant une partie du dispositif des fig 1 et 2 et le détail du distributeur. L'invention sera décrite ci-après dans son appli- cation préférée, mais non limitative, à la suspension d'un siège de véhicule. Le dispositif de suspension élastique de siège de véhicule représenté sur les fig 1 et 2 comporte essen- tiellement un châssis inférieur fixe 1 à fixer sur le bâti du véhicule, un châssis supérieur 2 destiné à recevoir le siège ( non représenté), et des moyens de guidage dèdépla- cements verticaux du châssis supérieur par rapport au châs- sis inférieur, ces moyens étant constitués, dans l'exemple, par deux paires de leviers en ciseaux-3, 4 _ articulés l'un sur l'autre par paires par deux pivots coaxiaux 5 Sur les dessins, une seul le paire de leviers 3, 4 et un seul pivot 5 sont visibles. Les extrémités inférieuies des leviers 4 sont montées à pi- votement sur un axe horizontal transversal 7 supporté, à ses deux extrémités, par le châssis inférieur 1 D'une ma- nière analogue, les extrémités supérieures des deux autres leviers 3 sont montées à pivotement sur un axe horizontal 11 supporté à ses deux extrémités, par le châssis supérieur 2 Les extrémités inférieures des deux leviers 3, portent des galets 15 qui roulent dans deux glissières longitudina- les 16, présentant des sections en forme de "U" couché se faisant face D'une manière analogue, les extrémités supé- rieures des deux leviers 4 portent des galets 17, qui rou- lent respectivement dans deux glissières analogues 18 so- lidaires du châssis supérieur 2. Le châssis supérieur 2 peut ainsi, de façon con- nue, se déplacer verticalement, parallèlement à lui-même, 4. entre deux positions extrêmes définies par des butées ( non représentées). Il est sollicité vers le haut par des moyens de suspension pneumatique représentés schématiquement en 19 et constitués par une chambre gonflablede volume varia- ble, dont la partie inférieure est assujettie au châssis fixe et dont la partie supérieure est assujettie en un point 20 à une traverse 21 reliant les deux leviers 4 La chambre 19 est susceptible de se déformer verticalement, à la manière d'un soufflet. La chambre 19, quant à la quantité d'air qu'elle contient, est commandée par un distributeur 22 auquel elle est reliée à sa partie inférieure par une conduite 23 Le distributeur 22 est agencé pour pouvoir mettre la canali- sation 23 en communication soit avec une source d'air com- primé 24, reliée au distributeur par une conduite 25, soit avec l'atmosphère, mais il peut aussi interrompre toute communication dans la chambre pour qu'elle constitue une enceinte fermée. On décrira maintenant la structure du distribu- teur 22, spécialement en référence à la fig 3 Il compor- te un boîtier 26 fixé au châssis fixe 1 et présentant deux alésages verticaux étagés 27, 28 Dans chaque alésage évo- lue un piston ou plongeur 29, 30 sollicité par un ressort 31, 32 vers la position fermée. La conduite 25 provenant de la source en fluide sous pression 24 débouche dans la partie 27 a de plus grand diamètre de l'alésage 27 Cette chambre 27 a contient le ressort 31 et la tête élargie 29 a du plongeur 29 La tête 29 a a un diamètre inférieur à celui de la chambre 27 a, de sorte que le fluide peut circuler dans la zone annulaire définie par la tête et la paroi de la chambre La face de la tête 29 a opposée à celle qui reçoit le ressort 31 est garnie d'un joint annulaire 33 propre à venir coopérer avec l'épaulement 34 séparant la chambre 27 a du passage 27 b constituant la partie de moindre diamètre de l'alésa- ge 27 Le passage 27 b traverse totalement le boîtier 26 et débouche sur sa face supérieui horizontale Il reçoit une 5. tige coulissante 29 b qui porte la tête 29 a et qui a un dia- mètre inférieur à celui du passage 27 b pour le passage du fluide A sa partie supérieure extrême, la tige 29 b a un diamètre plus grand et reçoit un joint annulaire d'étan- chéité logé dans une gorge La tige 29 b émerge du boîtier 26 pour pouvoir être actionnée axialementdepuis l'extérieur. L'alésage 28 est agencé de façon analogue à l'a- lésage 27 La conduite 23 de liaison avec la chambre 19 dé- bouche dans la partie 28 a de plus grand diamètre de l'alé- sage 28 La chambre 28 a ainsi formée contient le ressort 32 et la tête élargie 30 a du plongeur 30 La tête 30 a a un diamètre inférieur à celui de la chambre 28 a, de sorte que le fluide peut circuler dans la zone annulaire définie par la tête et la paroi de la chambreo La face de la tête 30 a opposée à celle qui reçoit le ressort 32 est garnie d'un joint annulaire 35 propre à venir coopérer avec l'épaule- ment 36 séparant la chambre 28 a su passage 28 b constituant la partie de moindre diamètre de l'alésage 28 o Le passage 28 b traverse lui aussi totalement le boitier 26 et débou- che sur sa face horizontaleo Il reçoit une tige coulissan- te 30 b qui porte la tête 30 a, et qui a un diamètre infé_ rieur à celui du passage 28 b pour le passage du fluide A sa partie supérieure extrême, la tige 30 b a un diamètre plus grand et reçoit un joint annulaire d'étanchéité logé dans une gorge La tige 30 b émerge du bottier 26 pour pou- voir être actionnée axialement depuis l'extérieur. Le passage 28 b est relié à l'atmosphère par un passage d'échappement 37 La chambre 28 a est reliée au pas- sage 27 b par un passage transversal oblique 38, ménagé dans le corps du bottier 26 et portant un clapet anti re- tour 39, interdisant la circulation de fluide de la cham- bre 28 a vers le passage 27 b. Sur la fig 3, chaque plongeur a été représenté pour moitié en position fermée et pour moitié en position ouverte. Le distributeur 22 est commandé par un levier basculant 40 articulé sur la partie supérieure du boîtier 26 autour d'un pivot horizontal 41 équidistant des alésa- ges 27 et 28 Au droit de ces alésages, le levier 40 por- te deux doigts ou saillies respectifs de poussée 42,43 pro- pres à agir par poussée sur los extrémités des plongeurs 29, 30 émergeant du boîtier Pour la position de repos (fig 1 et 3), le levier basculant 40 esr en position horizonta- le et les plongeurs sont en position fermée, c'est-à-dire que les communications entre la chambre 27 a et le passage 27 b, d'une part, et entre le passage 28 b et la chambre 28 a, d'autre part, sont interrompues par les têtes 29 a et 3 oa des plongeurs 29-et 30 en appui sur les épaulements 34 et 36 avec interposition des joints 33 et 35, sous l'action des ressorts 31 et 32 et de la pression régnant dans les conduites 25 et 23, Pour cette poositio, la chambre pneu- matique 19 est donc isolée de la source 24 de fluide sous pression et de l' atmosphère; elle eonstitue donc une en- ceinte fermée comme on le-voit sur les fig I et 3 % il n' existe pas de jeu entre les doigts -2, 43 et les plongeurs 29, 30 pour cette position de repoóo Pour la position mo-tre a la fig 2, le plongeur 29 est en position fermée, comme sur les fig 1 et 3, sous l'effet du ressort 31 et de la pression du fluide de la source 24, tandis que le plongeur 30 est en position ou- verte, enfoncé par le doigt 43 du levier basculant 40 qui agit contre l'action du ressort 32 et de la pression ré- gnant dans la chambre pneumatique 19 Pour cette position, la chambre 19 est en communication avec le passage 28 b, à travers la chambre 28 a, et donc avec l'atmosphère par le passage 37; elle est ou se met par conséquent à la pres- sion atmosphère, généralement en se dégonflanto Pour la troisième position du levier basculant , représentée en tirets sur la fig 3, le plongeur 30 est en position fermée, comme sur les gig 1 et 3, sous l'ef- fet du ressort 32 et de la pression régnant dans la cham- bre 28 a, tandis que le plongeur 29 est en position ouver- te, enfoncé par le doigt 42 du levier 40 qui agit contre 6. 7. l'action du ressort 31 et de la pression régnant dans la chambre 27 a Pour cette position, la chambre 19 est ali- mentée en fluide sous pression à travers la chambre 27 a, les passages 27 h et 38, le clapet 39 monté dans le sens pas- sant, la chambre 28 a et la conduite 23; cette alimentation se produit tant que et chaque fois que, à la fois, le plon- geur 29 est enfoncé et la pression dans la chambre pneuma- tique 19 est inférieur à la pression de la source 24. Le levier basculant 40 est susceptible d'être actionné par le châssis mobile 2 lui-même, par des moyens décrits ci-après Le châssis 2 porte une tige verticale 44 dirigée vers le bas À l'extrémité inférieure de cette ti- ge est articulée, autour d'un pivot horizontal 45, une ex- trémité d'une bielle 46 dont l'autre extrémité porte une bro- che horizontale 47, parallèle aux pivots 41 et 45, évoluant dans une fente allongée 48 pratiquée à l'extrémité libre du levier basculant 40 La fente 48 est rectiligne, de largeur égale, au Jeu de coulissement près, au diamètre de la bro- che 47, et son grand axe est dirigé vers l'axe du pivot 41. Son rôle est, d'une part, d'absorber la variation de dis- tance dans le temps entre les pivots 41 et 45, selon le dé- placement vertical du châssis 2 et, d'autre part, de permet- tre à la bielle 46, et donc au châssis mobile 2, à partir de la position d'équilibre montrée à la fig 3, d'avoir un lé- ger mouvement dans un sens ou dans l'autre sans affecter la positioe angulaire du levier basculant 40 commandant le dis- tributeur 22 dès qu'il s'écarte de sa position horizontale de repos. La bielle 46 est sollicitée en permanence à se mettre en alignement avec le pivot 41 par un ressort de traction 49 accroché sur le pivot 41 et sur la broche 47. La position instantanée du levier basculant 40 est définie par les forces qui agissent sur lui Mis à part les frottements d Us au pivot 41 et à la coopération broche 47-fente 48, il est soumis, d'une part, à l'action de la bielle 46 qui tend à sbligner sur le pivot 41 sous l'action-du ressort 49 et, d'autre part, suivant le cas, à l'action de l'un ou l'autre des plongeurs 29,30 8 2545562 sollicités axialement vers l'extérieur par leur ressort 31, 32 et la pression régnant dans la chambre 27 a ou la chambre 28 a. L'ensemble est tel que, à partir de la position normale de repos en charge, pour laquelle les pibots 41, et la broche 45 sont alignés horizontalement, les plon- geurs 29, 30 étant donc fermés et la broche 47 étant au voisinage immédiat de l'extrémité de la fente 48 voisine du pivot 41, le pivot 45, et donc le châssis mobile 2, puissent se déplacer dans un sens ou dans l'autre, sous l'effet d'une sollicitation extérieure transitoire, d'une faible distance, par exemple 20 mm, sans affecter la posi- tion du levier 40, c'est-à-dire sans modifier la quantité de fluide contenue dans la chambre pneumatique 19 Cette adaptation se fait par construction et, au mieux, par un choix judicieux du ressort 49 en tenant compte des autres paramètres du dispositif Ainsi, toutes choses égales par ailleurs, un ressort 49 très raide donne une course morte ou neutre du châssis très faible puisque pratiquement tout déplacement du pivot 45 à-partir de la position de la fig 3 entraine un basculement du levier 40 sous l'effet du res- sort 49 qui sollicite fermement la bielle 46 à s'aligner sur le pivot 41 A l'inverse, un ressort 49 peu raide ne provoque un basculement du levier 40 à partir de la po- sition de la fig 3, que pour un déplacement relativement important du châssis 2. L'avantage déterminant résultant de l'existence de cette course morte ou neutre du châssis mobile 2 est d'éviter une commande systématique de la chambre pneumati- que de suspension dès que et chaque fois que le châssis mo- bile 2 subit un déplacement transitoire de faible amplitu- de. Le fonctionnement et l'utilisation du dispositif selon l'invention, décrit ci-dessus dans son application à la suspension d'un 4 iège de véhicule, sont les suivants. provisoire La position/de repos à vide est montrée à la fig 2 Pour cette position, le châssis mobile 2 est en bu- tée en position haute, sous l'effet de la chambre pneumati- 9. que 19 qui est en communication avec l'atmosphère sous la commende du levier 40 maintenu en position par la bielle 46 dont le pivot 45 est en position haute Quand le conduc- teur s'assoit, il pèse de tout son poids sur le siège et sur le châssis 2 I La suspension s'enfoncè, éventuellement Jusqu'à la position de butée basse, car la chambre 19 ne peut instantanément surmonter l'effet de la charge appli- quée Ce faisant, le pivot descend et fait basculer le le- vier 40 dans le sens de l'ouverture du plongeur 29 et de la fermeture du plongeur 300 La chambre 19 est ainsi mise en communication avec la source 24 de fluide sous pression, lequel alimente la chambre, suivant un débit déterminé par les sections de passage Cette alimentation se poursuit tant que le levier 40 est dans cette position basculée, c'est Aà-dire tant que le pivot 45 est a un ni V Mau inférieur à celui de la fig 1 e Au cours de la mise en pression de la chambre 19, la force verticale ascendante exercée par celle- ci croit rapidements d'autant que le volume de la chambre est alors relativement faible Sous l'effet de cette mise en pression, cette force verticale vient & surmonter l'ef- fet de la charge, le châssis mobile 2 remonte progressive- ment, en même temps que la chambre 19 augmente de volume. Ces mouvements se poursuivent jusqu 'à ce que le châssis 2 atteigne la zone d'équilibre des fig 1 et 3, pour laquelle le levier basculant est en position horizontale. Il est à noter que la position d'équilibre est atteinte avec une vitesse qui va en décroissant en raison de la diminution progressive des sections de passagesessen- tiellemeot entre la t 9 te 29 a et l'épaulement 34 Le siège, en remontant, ne dépasse donc pas 9 par intertie, la position d'équilibre, ce qui, autrement, risquerait de commander le distributeur 22 dans le sens du dégonflage de la chambre 19 et donc de provoquer une descente du siège, suivie d'une remontée, etc Au surplus, l'existence de la course mor- te ou neutre de part et d'autre de la position équilibre théorique des fig 1 et 3 assure que la zone d'équilibre est atteinte une seule fois, sans dépassement. 0 la 2545562 Il apparaît de ce qui précède que, grâce à l'as- servissement de l'alimentation de la chambre 19 à la posi- tion verticale du châssis mobile 2 b on obtient une position d'équilibre, ou position neutre de repos en charge, qui est indépendante de la charge appliquée par exemple le poids du conducteur dans l'application préférée considérée En d'autres termes, le dispositif de suspension pneumatique selon l'invention s'adapte de lui-même à la charge sans qu' il soit nécessaire d'afficher au préalable la force qui se- ra exercée par celle-ci out selon le cas, de prérégler la suspension avant chaque usage. En fonctionnement norma 19 le chassis 2 peut oscil- ler élastiquement dans la zone d'équilibre, de part et d'au- tre de la position d'équilibre, sans que le distributeur 22 soit commandé dans un sens ou dans l'autre Oes occillations de faible amplitude sont transitoires et -, amorties par la chambre 19 agissant entre les chassis fixe et mobile. Il est encore à noter quel en fonctionnement nor- mal, la raideur de la suspension est pratiquement insensi- ble à la charge ce qui, dans le cas d'un véhicule, donne la même sensation de confort au conducteur quel que soit son poids. Si un à-coup important se produit, par exemple en raison d'un cahot pour un véhicule, le châssis 1, par rap- poità un repère fixe, se déplace rapidement; ce faisant, il se crée un mouvement différentiel relativement important entre les châssis, ce qui provoque la commande du distribu- teur 22; par exemple, si le châssis 1 descend brusquement, en raison d'une ornière, le pivot 45 monte par rapport au distributeur 22, ce qui provoque la,mise à l'atmosphère temporaire de la chambre 19 par l'ouverture du plongeur 30; le châssis 2 descend avec retard et 5 s'il dépasse, en des- cendant, la zone d'équilibre, la chambre est à nouveau gon- flée temporairement, etc, jusqu' ce que la zone d'équi- libre soit A nouveau atteinte sans être dépassée. Quand le conducteur quitte O som siège, c'est-à- dire quand, d'une manière générale, le châssis 2 est libé- ré de sa charge, la chambre 19 fait remonter le châssis 2 11 2545562 à vide, ce qui provoque le basculement du levier 40 dans le sens de l'ouverture du plongeur 30 pour mettre la cham- bre 19 à l'atmosphère; celle-ci se déploie totalement, jusque à la position de butée haute de la fig 2, tout en ayant une pression intérieure qui décroît jusqu'à la pres- sion atmosphérique, néanmoins suffisante pour faire suppor- ter à la suspension le poids du siège à vide. Bien entendu, dans le cas de l'application à la suspension d'un siège de véhicule, on pourra adjoindre au dispositif selon l'invention les moyens habituels de ré- glage en hauteur, schématisés en 50, de réglage longitudi- nal, et d'amortissement dynamique des oscillations longitu- dinales et/ou verticales. 12 2545562 REVENDICATIONS 1 Dispositif de suspension pneumatique, notam- ment pour siège de véhicule, avec adaptation à la charge appliquéecomportant un châssis fixe ( 1), un châssis mobi- le ( 2) recevant la charge appliquée, et une chambre pneu- matique ( 19) interposée directement ou indi Lrectement en- tre les deux châssis et destinée à transmettre élastique- ment au châssis fixe ( 1) la force exercée par la charge, ca- ractérisé par le fait qu'il comporte en outre: une source ( 24) de fluide pneumatique sous pres- sion, notamment de l'air comprimé, des moyens distributeurs ( 22) propres, d'une part, à mettre la chambre ( 19) en communication pneumati- que-sélectivement avec la source de fluide sous pression ou avec l'atmosphère et, d'autre part, à fermer la chambre, un levier basculant ( 40) articulé sur lesdits moyens distributeurs ( 22) et propres à commander ceux-ci sans Jeu pour mettre sélectivement la chambre ( 19) dans l'un des trois états fermé ou en communication avec la sour- ce ( 24) ou l'atmosphères une bielle ( 46) articulée sur le châssis mobile ( 2) et coopérant avec le levier basculant à distance de 1 ' articulation ( 41) de celle-ci sur les moyens distributeurs ( 22), la coopération de la bielle ( 46) et du levier ( 40) étant bilatérale et avec une course Morte ou neutre permet- tant à la bielle ( 46) une légère course par rapport au le- vier basculant ( 40) sans actionner celui-ci, et des moyens élastiques de rappel ( 49) solli- ciant la bielle ( 46) à venir en alignement avec l'articu- lation ( 41) du levier basculant sur les moyens distribu- teurs ( 22). 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que la bielle ( 46) et le levier basculant ( 40) coopérent par un système à broche ( 47) et boutonnière ( 48) permettant une légère course morte ou neutre de la broche par rapport à la boutonnière. 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 13. et 2, caractérisé par le fait que les moyens élastiques ( 49) sont constitués par un ressort de traction accroché sur l'articulation ( 41) du levier basculant ( 40) sur les moyens distributeurs ( 22) et sur la bielle ( 46). 4 Dispositif-selon l'une des revendication l à 3, caractérisé par le fait que les moyens élastiques de rappel ( 49) sont agencés pour que la bielle ( 46) ne solli- cite le levier basculant ( 40), pour la commande des moyens distributeurs ( 22), qu'au-delà d'une zone angulaire d'équi- libre. Dipositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens distributeurs ( 22) comportent un boîtier ( 23)9 sur lequel est articulé le levier basculant ( 40), et deux plongeurs ( 29, 30), rap- pelés élastiquement en position fermée pour laquelle la cham- bre pneumatique ( 19) constitue une enceinte fermée de vo- lume variable, le levier basculant ( 40) étant agencé pour pouvoir, sous la commande de la bielle ( 46), actionner l'un des plongeurs pour mettre la chambre ( 19) en communication pneumatique avec la source ( 24) ou l'atmosphère. 6 Dispositif selon l'une des revendications I à , caractérisé par le fait que le châssis mobile ( 2) suppor- te un siége de véhicule. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractéri- sé par le fait que le châssis mobile ( 2) est cinématiquement relié au châssis fixe ( 1) par une liaison & ciseaux ( 3, 4), la chambre( 19) agissant entre le châssis fixe et lesdits ci- seaux 8 Dispositif selon l'une des revendications I à 7, caractérisé par le fait que la zone d'équilibre, dans laquelle le châssis mobile ( 2) peut évoluer sans actionne- ment des moyens distributeurs ( 22), correspond à la zone des mouvements transitoires de faible amplitude en fonc- tionnement normal.