Brevet FR2560564A1 — publié le 19850906

La présente invention concerne une suspension à roues indépendantes pour véhicule à moteur. L'invention convient aux suspensions à roues indépendantes destinées aux roues menées avant et arrière des véhicules, dans lesquels un ensemble de transmission d'énergie, par exemple un moteur et une transmission, un ensemble combiné boîte-pont ou un ensemble différentiel sont montés sur la structure du véhicule et transmettent l'énergie par des arbres menants, appelés aussi demi-arbres, aux roues motrices. Lorsque le véhicule est entraîné, les roues se déplacent verticalement par rapport à la structure du véhicule, et ce mouvement constitue des cahots et un rebondissement, et lorsque les roues sont obligées de se déplacer dans un plan à peu près perpendiculaire à la surface d'entraînement, ces déplacements ont nécessité jusqu'à présent des modifications correspondantes de la longueur efficace des demi-arbres. Ainsi, la distance comprise entre la roue et l'ensemble de transmission d'énergie varie. De telles variations de distance qui peuvent avantageusement être désignées par l'expression "longueur d'oscillation", sont habituellement compensées soit par un déplacement axial relatif de deux parties d'un demi-arbre soit par un joint universel incorporé au demi-arbre. Etant donné les forces dynamiques associées à de tels mouvements des roues et les variations de configuration géométrique des différents éléments de la suspension du fait des diverses conditions de charge et des routes, on a habituellement totalement isolé les constituants qui transmettent la puissance des constituants de la suspension afin qu'aucune force de suspension ne soit appliquée aux constituants de la transmission. Les constituants qui transmettent l'énergie encaissent les forces associées à la seule propulsion du véhicule, et la suspension encaisse toutes les autres forces. En général, on utilise deux types de joints universels destinés à transmettre un couple dans les demi-arbres, les joints de cardan ou de Hookes, et les joints homocinétiques. Le joint de cardan comporte deux étriers ayant des branches parallèles distantes, raccordées par un croisillon ayant des axes montés sur les étriers par l'intermédiaire de roulements. Dans un mode de réalisation de joint de cardan, le croisillon comporte un bloc et deux axes, un axe étant plus petit que l'autre. Même lorsqu'on utilise des matériaux de grande qualité, les contraintes de dimension limitent l'aptitude du joint à transmettre les forces de poussée axiale qui peuvent soumettre les axes à des contraintes qui sont des multiples des contraintes associées à la transmission du couple. En outre, les contraintes s'additionnent de façon gênante, par addition vectorielle. Cependant, l'inconvénient le plus grand de l'utilisation des joints de cardan dans les demi-arbres des suspensions à roues indépendantes utilisées pour les roues menantes des véhicules est la restriction très importante de l'angle d'articulation permis par les joints sous l'action de couples importants. En effet, ces joints ne donnent pas un rapport constant de vitesse, c'est-à-dire que, lorsque l'un des étriers est entraîné à une vitesse angulaire constante, la vitesse angulaire de l'autre étrier varie cycliquement, l'amplitude de variation croissant lorsque l'angle d'articulation du joint augmente. Ceci provoque la création de contraintes dynamiques accrues dans le joint et l'apparition de bruit et de vibration dans le véhicule lorsque les forces sont transmises par le joint. Ces contraintes accrues provoquent une usure inacceptable du joint, augmentant encore les variations de la vitesse angulaire et limitant l'aptitude du joint à transmettre un couple élevé. Les tolérances normales de fabrication d'un tel joint peuvent introduire par elles-mêmes des vibrations inacceptables. En outre, l'utilisation de ces joints dans les véhicules est en général limitée à des applications dans lesquelles l'articulation est nettement inférieure à , habituellement inférieure à 3 . On a utilisé jusqu'à présent des joints homocinétiques ou à rapport constant de vitesse dans les demi-arbres des suspensions à roues menées indépendantes afin d'éviter les inconvénients précités des joints de cardan. Les joints homocinétiques sont bien connus, comme décrit par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2 046 584, 3 162 026, 3 688 521, 3 928 985, 4 240 680 ou 4 231 233. Cependant, ces joints n'ont aussi été utilisés que pour la transmission des couples. Dans ces joints, les couples sont transmis entre un organe externe et un organe interne qui est monté à l'intérieur du premier, par des billes, chaque bille coopérant avec une paire de gorges en regard formées dans les organes du joint. Les billes sont maintenues par une cage dans un plan commun, cette cage ayant une surface externe en forme de partie de sphère qui coopère avec une surface interne en forme de partie de sphère de l'organe externe du joint, une surface interne en forme de partie de sphère coopérant avec une face externe en forme de partie de sphère formée sur l'organe interne. Les billes occupent des fenêtres formées dans la cage. La configuration de la cage et/ou des gorges des organes du joint est telle que, lorsque le joint est articulé, le plan des centres des billes recoupe l'angle des arbres menant et mené associés aux deux organes du joint suivant la bissectrice. En pratique, il reste des espaces radiaux entre les surfaces interne et externe en forme de partie de sphère de la cage et les surfaces coopérantes en forme de partie de sphère des organes des joints, afin que ces surfaces puissent être lubrifiées et que la quantité de chaleur dégagée ne soit pas excessive. Lorsque de tels joints transmettent un couple en étant articulés, des forces agissant de façon générale suivant l'axe des organes du joint sont créées. Ces forces créées intérieu- rement sont encaissées par contact des surfaces en partie de sphère de la cage et des organes interne et externe du joint. On a habituellement supprimé l'application des forces axiales aux joints homocinétiques, lors du fonctionnement de la suspension, malgré que le joint soitréalisé de manière qu'il absorbe des forces au moins égales à celles qui sont produites à l'intérieur lors de la transmission d'un couple. En conséquence, lorsqu'on les a utilisésdans des demi-arbres, on a incorporé habituellement un joint homocinétique du type à déplacement axial ou plongeant afin qu'aucune force de la suspension ne soit transmise. Lors de la réalisation des suspensions des véhicules, l'inclinaison et d'autres paramètres d'alignement doivent être maintenus entre des limites à déterminer afin que le véhicule donne les caractéristiques voulues de maniement et de conduite. Cependant, lorsqu'une roue est suspendue, dans une suspension à roues indépendantes dans laquelle la roue se déplace autour d'un axe d'oscillation qui se trouve sur le côté d'un différentiel, l'inclinaison de la roue change d'une quantité qui varie avec l'oscillation de la roue. On a utilisé jusqu'à présent diverses structures destinées à augmenter le rayon efficace autour duquel s'effectue cette oscillation de la roue, mais ces structures supplémentaires ont été relativement complexes et coûteuses. L'invention reconnaît le fait que, lors de l'utilisa- tion de joints homocinétiques comme organes de suspension encaissant des forces de poussée en plus du couple moteur, de tels joints homocinétiques peuvent être disposés par rap- port à l'ensemble à roue et au différentiel de manière que le rayon efficace d'oscillation de la roue soit accru. En outre, un joint homocinétique interne peut être utilisé de manière qu'il accepte des angles d'articulation accrus, per- mettant un décalage du joint par rapport à l'axe de rotation de la roue et augmentant le rayon efficace d'oscillation de la roue. L'invention concerne une suspension possédant ces caractéristiques. Plus précisément, l'invention concerne une suspension à roues indépendantes destinée à une paire de roues motrices d'un véhicule à moteur ayant une structure formant un châssis, un moteur, un dispositif de support élastique de la structure formant châssis par rapport à une surface de roulement et un ensemble pour chaque roue, tournant autour d'un axe de roue, la suspension comprenant: un différentiel qui comporte un carter supporté par la structure du chassis, une entrée pouvant tourner autour d'un axe d'entrée et destinée à se raccorder au moteur qui transmet le couple, et des sorties placées de chaque côté du différentiel et destinées à tourner autour d'un axe de sortie du différentiel, l'axe d'entrée étant sensiblement perpendiculaire à chaque axe de roue, un joint homocinétique interne raccordé à chaque sor- tie et disposé au moins en partie dans le carter du diffé- rentiel, le joint comprenant un organe destiné à tourner au- tour de l'axe de sortie du différentiel, un joint homocinétique externe raccordé'à l'ensemble à roue et comprenant un organe destiné à tourner autour de l'axe de roue, et un arbre destiné à tourner autour d'un axe d'entrai- nement, reliant les joints homocinétiques interne et externe afin qu'il assure la transmission du couple ainsi que des forces latérales entre les joints, le joint homocinétique interne permettant une articu- lation autour d'un axe qui se trouve sur l'axe de sortie du différentiel, à une certaine distance de décalage par rapport à l'axe d'entrée du différentiel, et le joint homocinétique externe assure l'articulation autour d'un axe placé sur l'axe de la roue, avec un décalage du joint externe par rapport au plan central de la roue, et un bras reliant chaque ensemble à roue à la structure formant châssis, ayant un pivot établissant un raccordement pivotant avec la structure du châssis autour d'un axe d'oscil- lation lui aussi établi par l'axe d'articulation du joint interne, l'axe d'oscillation et l'axe d'entraînement formant un angle et l'axe d'oscillation et l'axe de roue formant un autre angle. Dans une tle suspension, la longueur du bras oscillant, entre les axes d'articulation des joints homocinétiques inter- ne et externe, est rendue maximale. Ainsi, le changement d'in- clinaison lorsque l'ensemble à roue oscille autour de l'axe d'oscillation, est minimal, et les caractéristiques néces- saires de conduite et de maniement du véhicule peuvent être obtenues. Divers paramètres de la suspension peuvent être choi- sis afin qu'ils donnent les caractéristiques voulues au véhi- cule. Deux paramètres au moins choisis parmi l'angle des axes de roue et d'oscillation, l'angle des axes d'entraînement et d'oscillation, l'angle des axes d'entraînement et de roue, le décalage de l'axe des roues, les décalages des joints homo- cinétiques interne et externe, et la position choisie pour le pivot peuvent être modifiés afin qu'ils donnent les carac- téristiques nécessaires. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation schématique d'une sus- pension à roue indépendante selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan de la suspension; et la figure 3 est une élévation en coupe partielle de joints homocinétiques classiques utilisés dans la suspension. Les figures 1 à 3 représentent un véhicule à moteur à quatre roues qui a une carrosserie 5 montée sur une struc- ture formant un châssis et comprenant un premier et un second longeron 14 et 16 et au moins deux organes transversaux de support 18 et 20 qui sont espacés et convenablement fixés sur les longerons. Le terme "châssis" utilisé dans le présent mémoire s'applique aussi à un véhicule de type monocoque dans lequel certains éléments du châssis sont incorporés à la car- rosserie et en font partie. Le véhicule a aussi un moteur non représenté destiné à appliquer un couple moteur à une première extrémité d'un arbre 27 de transmission dont l'autre extrémité est couplée à une entrée 24 d'un différentiel 26. Le différentiel 26 a un axe 28 d'entrée. Un carter 30 du différentiel est fixé à l'un des organes transversaux de support 20, par exemple par des boulons 23, et il contient un jeu d'engrenages formant différentiel tel que représenté partiellement sur la figure 2, destiné à transformer le cou- ple de l'axe longitudinal d'entrée 28 en un couple appliqué suivant un axe de sortie 32 orienté transversalement et sen- siblement perpendiculaire à l'axe d'entrée 28, cet axe dépas- sant de part et d'autre en34et 36 du carter 30 du différentiel. De chaque côté du carter 30 du différentiel et dans celui-ci, un joint homocinétique interne 40, ayant un organe externe 42 couplé à un pignon afin qu'il tourne autour de l'axe de sortie 32 du différentiel, est disposé. Le joint interne 40 a aussi un organe interne 44 raccordé à l'extré- mité interne d'un arbre d'entraînement 46 afin qu'iltourneautour d'un axe d'entraînement 48, et il peut présenter une certaine articulation angulaire d'un angle A entre l'axe 32 de sortie du différentiel et l'axe d'entraînement 48, autour d'un axe passant par le point 50 de l'articulation interne, dans le plan homocinétique du joint. Le point interne 50 d'articula- tion du joint se trouve dans un plan longitudinal décalé par rapport à l'axe d'entrée 28 du différentiel d'une distance D sensiblement égale au diamètre externe D de l'organe externe 42 du joint. L'extrémité externe de l'arbre d'entraînement 46 est raccordée à un organe externe 56 d'un joint homocinétique externe 54. L'organe interne du joint 54 est couplé à un moyeu d'un ensemble 62 à roue afin qu'il tourne autour d'un axe 58 d'une roue 60. Le joint homocinétique interne 40, l'arbre 46 d'entraînement et le joint homocinétique externe 54 cons- tituent un organe de suspension qui peut encaisser les forces de poussée axiale et qui transmet le couple moteur créé par le moteur du différentiel 26 à l'ensemble 62 à roue. Le joint homocinétique externe 54 permet l'articulation d'un angle A entre l'axe 48 d'entraînement et l'axe 58 de roue, autour d'un axe passant par un point d'articulation 64 du joint ex- terne, dans le plan homocinétique de ce joint, se trouvant soit dans le plan central longitudinal 66 passant par le mi- lieu de la roue 60, dans une vue représentant l'avant ou l'ar- rière du véhicule, soit avec un certain décalage vers le côté externe de la roue 60, dans une vue prise le long de la surface de roulement 68. De cette manière, la longueur d'un bras 70 d'oscillation de la suspension entre les points 50 et 64 d'articulation du joint interne et du joint externe est rendue maximale afin que le changement d'inclinaison de la roue 64 soit minimal lorsqu'elle oscille dans son plan central 66 par rapport au joint homocinétique interne 40. Les joints homocinétiques 40 et 54 sont de préférence du type fixe ou sans déplacement axial représenté sous forme du joint externe plus en détail sur la figure 2. Cependant, dans certaines applications, l'un des joints homocinétiques ou les deux peuvent aussi être d'un type plongeant ou à dépla- cement axial, représenté pour le joint interne sur la figure 2, ou bien d'un type téléscopique ou à connexion par cannelures tel que représenté dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 688 521, dans le mesure o ces types, à l'une et l'autre extrémités de leur déplacement axial, peuvent transmettre les forces axiales et peuvent jouer le rôle d'un organe de suspension de la même manière qu'un joint homocinétique fixe. En outre, certaines applications peuvent nécessiter l'utili- sation d'un joint homocinétique uniquement comme joint interne, l'accouplement externe étant alors d'un autre type, universel ou autre. L'ensemble 62 à roue est articulé sur l'autre organe transversal 18 de support par un bras oscillant 70 ayant une extrémité 72 articulée sur une articulation ou un axe 74 d'articulation monté sur l'ensemble à roue 62 et comprenant en outre une extrémité 76 articulée sur un axe 78 de pivote- ment supporté par une équerre 80 fixée à l'organe transversal. L'axe 78 a un axe 82 de pivotement sur lequel se trouve le point d'articulation 50 du joint interne 40. Ainsi, le joint homocinétique interne 40 et l'axe de pivotement 78 établis- sent un axe d'oscillation 84. Le joint homocinétique interne 40 est placé avec un certain décalage par rapport à l'axe de roue, le long de l'axe 28 d'entrée du différentiel, à partir de l'axe de roue 58 afin qu'un angle d'intersection B soit établi entre les axes d'entraînement et de roue, cet angle ayant une valeur d'au moins 5 . L'axe 78 de pivotement est placé sur le bras oscil- lant 70 de manière que l'axe 84 d'oscillation détermine un angle C inférieur à 24 entre l'axe d'entraînement 48 et l'axe d'oscillation 84. La combinaison de l'angle d'intersection B et de l'angle C entre les axes d'entraînement et d'oscilla- tion établit un angle D de 29 entre les axes oscillant et de roue. Pour un angle de 29 l'angle de l'axe oscillant et de l'axe de roue réduit au minimum les changements d'in- clinaison de la roue 60 par rapport au plan longitudinal cen- tral 66 lorsque la roue 60 se déplace entre des positions haute et basse par rapport à l'axe d'oscillation, si bien que les caractéristiques de conduite, de maniement et de di- rection sont améliorées. Les hommes du métier peuvent noter que la suspension décrite précédemment peut aussi comporter diverses combinai- sons de ressorts hélicoidaux, de ressorts à lame, d'amortis- seurs et d'autres dispositifs bien connus d'amortissement et de support élastique des suspension. Bien entendu, diverses modifications peuvent- être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Suspension à roues indépendantes destinée à deux roues motrices d'un véhicule à moteur, ayant une structure formant un châssis, un moteur, un dispositif de support élas- tique du chassis par rapport à une surface de roulement, et un ensemble à roue pour chaque roue destinéeà tourner autour d'un axe de roue, la suspension étant caractérisée en ce qu'elle comprend: un différentiel (26) ayant un carter porté par le châssis, une entrée destinée à tourner autour d'un axe d'en- trée (28) et destinée à être raccordée au moteur afin que le couple de celui-ci soit transmis, et des sorties disposées de part et d'autre du différentiel et destinées à tourner autour d'un axe de sortie (58) du différentiel, l'axe d'entrée étant sensiblement perpendiculaire à chaque axe de roue, un joint homocinétique interne (40) raccordé à chaque sortie et placé au moins en partie à l'intérieur du carter du différentiel, comprenant un organe destiné à tourner autour de l'axe de sortie (58) du différentiel, un joint homocinétique externe (54) raccordé àchaque ensemble à roue et comprenant un organe destiné à tourner autour de l'axe de roue, et un arbre d'entraînement (46) destiné à tourner autour d'un axe d'entraînement reliant les joints homocinétiques interne et externe afin-qu'il transmette le couple et qu'il transmette aussi les forces latérales entre les deux joints, le joint homocinétique interne (40) assurant l'arti- culation autour d'un axe placé sur l'axe de sortie du diffé- rentiel, avec un décalage du joint interne par rapport à l'axe d'entrée du différentiel, et le joint homocinétique externe (54) assurant l'articulation entre un axe placé sur l'axe de roue, avec un décalage du joint externe, par rapport au plan central de la roue, et un bras (70) raccordant chaque ensemble à la roue au chassis et ayant un pivot (80) déterminant une connexion pivotante avec le chassis autour d'un axe d'oscillation lui aussi établi par l'axe d'articulation du joint interne, l'axe 1 1 d'oscillation et l'axe d'entraînement formant un angle et l'axe d'oscillation et l'axe de roue formant un autre angle. 2. Suspension selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle des axes d'entraînement et de roue est au moins égal à 5 , et l'angle des axes de roue et d'oscillation est inférieur à 300. 3. Suspension selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plan central (66) de la roue est placé entre l'axe d'articulation du joint externe et l'axe d'articulation du joint interne. 4. Suspension selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint homocinétique interne (40) a un organe externe dont le diamètre comprend le décalage du joint interne. 5. Suspension selon la revendication 1, caractérisée en ce que les décalages des joints interne et externe (40, 54) et le décalage de l'axe de roue par rapport à l'axe de sortie du différentiel sont tels que l'angle de l'axe d'en- traînement avec l'axe de roue dépasse 5 . 6. Suspension selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle des axes d'oscillation et d'entraînement coopère avec l'angle des axes d'entraînement et de roue à l'établissement d'un angle des axes d'oscillation et de roue inférieur à 30 .