Brevet FR2590847A1 — publié le 19870605

ESSIEU SEMI-RIGIDE POUR VEHICULE L'invention concerne un essieu monobloc semi-rigide, utilisé en par- ticulier pour réaliser le train-arrière d'un véhicule automobile. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un tel essieu. Il s'agit d'un essieu en forme de U, comportant une traverse, reliée à la caisse du véhicule de façon articulée, et deux bras aux extrémités desquels sont fixées des fusées sur lesquelles sont montées les roues. Cet essieu permet d'assurer le guidage des roues et a une fonction anti-dévers (appelée aussi anti-roulis). Suivant l'invention, cet essieu a une structure monobloc qui résulte du formage d'une seule longueur d'un tube. Des essieux arrières semi-rigides pour véhicules sont connus qui as- surent les deux mêmes fonctions, mais ces essieux sont généralement réalisés en trois parties: une traverse et deux bras assemblés chacun à une extrémité de cette traverse, par exemple par soudage. Il est en effet nécessaire, pour qu'un essieu semi-rigide puisse remplir les fonctions qu'on en attend, de réaliser une traverse, présentant une rigidité suffisante en flexion, alliée à une aptitude suffisante à la déformation élastique en torsion. En effet, les bras montés aux deux extrémités de la traverse doivent pouvoir tourner l'un par rapport à l'autre, autour de l'axe de cette traverse, par torsion élastique de celle-ci, les axes des roues res- tant pratiquement parallèles entre eux pendant cette rotation. Pour que ce résultat soit atteint, il est nécessaire que chaque bras ait à la fois une grande résistance à la flexion et à la torsion. Ces résis- tances combinées avec la résistance à la flexion de la traverse, sont en particulier nécessaires pour s'opposer aux couples de torsion et de flexion créés en virage par l'adhérence du pneu au sol. En réalisant l'essieu en trois pièces séparées, on peut donner à cha- cune les caractéristiques optimales, leur assemblage étant ensuite effectué par des moyens bien connus, tels que le soudage par exemple. Les essieux ainsi obtenus ont l'inconvénient d'être relativement coû- -2- teux car ils font appel à plusieurs composants qu'il faut fabriquer séparément puis solidariser entre eux. De plus, ces essieux sont rela- tivement lourds car, au niveau des zones d'assemblage, les sections doivent être renforcées. On a recherché la possibilité de réaliser un essieu semi-rigide du type qui vient d'être décrit, allégé par rapport aux essieux exis- tants, ayant une structure monobloc ne nécessitant pas d'assemblage et présentant par ailleurs les caractéristiques mécaniques lui permettant de remplir les deux fonctions principales qui viennent d'être préci- L'essieu semi-rigide, en forme de U, qui fait l'objet de l'invention, présente une structure monobloc tubulaire réalisée à partir d'une seule longueur d'un tube. Il comporte une zone médiane, qui constitue la traverse, qui est profilie de façon à présenter au moins une aile à double paroi; à chaque extrémité de la traverse, au-delà de la zone profilée, il existe une zone cintrée sensiblement à angle droit qui se prolonge par un bras à l'extrémité duquel est prévue la fixation de la fusée sur laquelle sera montée la roue. L'épaisseur de l'essieu tubu- laire ainsi défini peut être constante sur toute la longueur de la pièceou présenter des variations pour mieux s'adapter aux contraintes auxquelles IL-doit résister tout en présentant le poids minimum. Cet essieu semi-rigide est avantageusement réalisé en acier. Le profil de la traverse, vue en coupe perpendiculairement à son axe, est de préférence en L, en T, en U, en V, en X ou en H. Dans la zone cintrée, la section du tube est avartageusemenr sensiblement circu- laire. Dans la zone médiane profilée, les deux parois d'au moins une aile sont avantageusement au contact l'une de l'autre. Les bras ont une section circulaire ou ovalisée ou d'autres formes tubulaires voisines, sur au moins une partie de leur longueur. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un essieu semirigide, en forme de U, das lequel oa mat es Qeuvre une seule longueur d'un tube métallique, de section circulaire ou non circulai- re, dont on déforme la zone médiane de façon à lui donner la forme -3-d'un profilé rectiligne comprenant au moins une aile à double paroi, ce profilé constituant la traverse de l'essieu, et dans lequel on cintre sensiblement à angle droit la partie tubulaire au-delà de cha- que extrémité de la zone profilée, en réservant une longueur suffi- sante de tube au-delà de chaque zone cintrée, pour constituer les bras d'essieu aux extrémités desquels seront fixées les fusées sur lesquel- les seront montées les roues. Avantageusement, on met en oeuvre un tube de révolution. Avantageusement également, on met en oeuvre un tube en acier. La zone médiane du tube peut être déformée pour réaliser le profilé, sans ou avec variation d'épaisseur. Cette déformation de la zone médiane est réalisée avantageusement de façon que les deux parois d'au moins une aile viennent au contact l'une de l'autre. La zone médiane peut en particulier être déformée de façon à obtenir un profilé dont la sec- tion est en L, en V, en T, en U, en X, ou -encore en H. Les bras d'es- sieu peuvent être de section circulaire ou ovalisée ou d'autres formes tubulaires voisines. Il est aussi possible de modifier la section des zones d'extrémité de ces bras de façon à faciliter la fixation des fusées sur lesquelles seront montées les roues. Le texte et les figures ci-après décrivent, de façon non limitative, un mode particulier de réalisation de l'invention. Figure 1: Vue en plan d'un essieu suivant l'invention. Figure 2: Vue en coupe d'un tube pour la mise en oeuvre de l'inven- tion. Figure 3: Coupe suivant A-A de la figure 1. Figure 4: Vue en coupe d'une section de traverse d'essieu suivant l'invention dont les deux parois de chaque aile sont en appui l'une contre l'autre. Figure 5: Vue en coupe d'une section de traverse d'essieu suivant l'invention ayant un profil en H. Figure 6: Vue suivant son axe de l'extrémité ovalisée d'un bras d'es- sieu dans la zone de fixation de la fusée. La figure 1 représente, de façon schématique, un essieu semi-rigide monobloc (1) suivant l'invention. -4- Cet essieu est réalisé à partir d'une seule longueur d'un tube en acier, de révolution, dont une section (2), agrandie par rapport à l'échelle de la figure 1, est montrée figure 2. Ce tube a une épais- seur constante (e) d'une extrémité à l'autre. La traverse (3) de l'es- sieu est réalisée par déformation de la zone médiane de ce tube. On lui confère ainsi la forme d'un profilé rectiligne dont la sec- tion (A-A) est représentée figure 3. On voit que ce profilé comporte quatre ailes (4,5,6,7) réparties en X autour de l'axe (X-X). Chacune de ces ailes comporte une double paroi, telle que (8,9), qui résulte de la mise en forme du tube de départ. Un tel profilé présente une grande résistance à la flexion, peu inférieure à celle du tube de révolution initial. Ce profilé présente une résistance à la torsion élastique beaucoup plus faible que celle du tube initial et, de plus, il permet d'importantes déformations en torsion d'une extrémité de la traverse par rapport à l'autre sans sortir du domaine élastique. On voit qu'à chacune de ses extrémités (10,11), la traverse est prolongée par une zone tubulaire, cintrée à angle droit (12,13) et un bras tu- bulaire rectiligne (14,15). Dans le cas du présent exemple, ces bras ont une section de révolution. A l'extrémité de chacun des bras sont fixées des attaches (16,17) qui portent les fusées (18,19) sur lesquelles seront montées les roues. De façon connue, cet essieu est relié à la caisse non représente du véhicule par des moyens de liaison articulés, tels que des touril- lons (20,21) fixés à l'essieu suivant un axe parallèle à l'axe (X-X) de la traverse et montés en rotation dans des - paliers élastiques (22,23) solidaires de la structure résistante de cette caisse. On comprend qu'un tel essieu permet la rotation de l'un des bras (14) ou (15) par rapport à l'autre, dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (X-X), grâce à l'aptitude à la torsion élas- tique de la traverse, avec création d'un couple de rappel qui tend à ramener les deux bras dans un même plan. L'angle maximal de rotation de l'un des bras par rapport à l'autre, avec retour élastique, dépend des caractéristiques mécaniques de l'acier constituant la traverse, de son profil et de ses dimensions. De façon connue, des ressorts non représentés reliés d'une part à la caisse du véhicule et d'autre part à chacun des deux bras permettent -5de transmettre aux roues la charge du véhicule. Ces ressorts sont, de façon connue, des ressorts hélicoidaux, des barres de torsion ou au- tres. De façon connue également, des amortisseurs non représentés permettent de contrôler les déplacements en rotation des bras autour de l'axe (X-X). Différents profils peuvent être conférés à la traverse afin d'accro - tre sa capacité de déformation en torsion élastique tout en conservant une résistance élevée à la flexion. Les figures 4 et 5 représentent deux sections de profilés qui peuvent être réalisés dans la zone mé- diane d'un tube pour former la traverse d'un essieu suivant l'inven- tion. Dans le cas de la figure 4, les quatre ailes (24,25,26,27) du profilé (28) comportent des doubles parois telles que (29,30) plaquées l'une contre l'autre, ce qui accroit l'aptitude à la torsion. La section en H du profilé (31) représenté figure 5 permet de privi- légier la résistance à la flexion de la traverse pour des contraintes orientées dans des directions particulières pour lesquelles on sou- haite obtenir la plus grande rigidité en flexion. En ce qui concerne les bras, ceux-ci peuvent avoir une section circulaire comme dans le cas de la figure 1. Il est possible aussi de leur donner une section plus ou moins ovalisée ou d'autres formes tubulaires relativement voisines afin de privilégier également leur résistance à la flexion dans une direction déterminée. Dans le cas de la figure 6, la section de bras (32) représentée est ovalisée de façon que son grand axe de symétrie (X1-Xl) soit perpendiculaire à l'axe (X2-X2) de la fusée (33) représentée en tirets. On limite ainsi l'aptitude à la flexion du bras lorsque celui-ci est déplacé en rotation autour de l'axe (X-X) de la traverse. Il peut être avantageux d'ovaliser la section du bras de façon que son grand axe soit au contraire parallèle à celui de la fusée pour réduire le déplacement transversal des roues en virage. Il est possible aussi de modifier la section de chaque bras au voisinage de la zone de fixation de la fusée de façon à rendre cette fixation plus facile. On peut en particulier déformer localement la section du bras, pour lui donner par exemple un profil en U permettant un montage plus facile de la pièce de fixation de la fusée. A titre d'exemple, on a réalisé, en partant d'un tube à section cir- culaire de diamètre 70 mm et d'épaisseur 1,7 mm, en acier E 36 selon NFA 35501 présentant, à l'état de référence, une limite -6- élastique E 0,2 % de 360 MPa, un essieu selon l'invention répondant aux caractéristiques suivantes: - traverse: longueur profilée 700 mm, section en X selon figure 3, longueur d'aile (8,9) 22 mm - bras: section ovalisée selon figure 6, longueur selon axe (Xl-XL) 90 mm, longueur selon axe (X2-X2) 46 mm susceptible de résister, en torsion, à un couple de 300 Nm avec une déformation angulaire de la traverse de 20 . L'essieu selon l'invention peut être réalisé dans d'autres matériaux que les aciers, le choix du matériau ressortant des compétences nor- males du constructeur d'essieux. Afin d'accroître les caractéristiques mécaniques, on peut, le cas échéant, dans le cas d'un essieu en acier, après mise en forme de l'essieu suivant l'invention, effectuer un traitement thermique total ou localisé. Les très nombreuses modifications ou adaptations qui peuvent être apportées au dispositif et au procédé qui font l'objet de l'invention ne sortent pas du domaine couvert par celle-ci. -7- REVENDICATIONS 1. Essieu semi-rigide en forme de U, pour véhicule, comportant une traverse reliée de façon articulée à la caisse de ce véhicule et deux bras aux extrémités desquels sont fixées les fusées sur lesquel- les sont montées les roues, caractérisé en ce qu'il a une structure monobloc tubulaire, la zone médiane dudit essieu qui constitue la traverse (3) étant profilée de façon à présenter au moins une aile (4) à double paroi (8,9) et en ce qu'à chaque extrémité de la traverse, au-delà de la zone profilée, existe une zone cintrée sensiblement à angle droit (12,13) qui se prolonge par un bras (14,15) à l'extrémité duquel est prévue la fixation de la fusée (18,19) sur laquelle sera montée la roue. 2. Essieu suivant revendication 1 caractérisé en ce que le profil de la traverse, vue en coupe, est de préférence en L, en V, en T, en U, en X ou en H. 3. Essieu suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que dans les zones cintrées, la section tubulaire est sensiblement cir- culaire. 4. Essieu suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que dans la zone médiane profilée, les deux parois (29,30) d'au moins une aile sont au contact l'une de l'autre. 5. Essieu suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les bras ont, au moins sur une partie de leur longueur, une section circulaire ou ovalisée (32) ou une section tubulaire voisine. 6. Essieu suivant l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il est en acier. 7. Procédé de réalisation d'un essieu semi-rigide en forme de U, comportant une traverse reliée de façon articulée à la caisse du véhicule et deux bras aux extrémités desquels sont fixées les fusées sur lesquelles sont montées les roues, caractérisé en qu'on met en oeuvre une seule longueur d'un tube métallique, de section circulaire ou non circulaire, dont on déforme la zone médiane, de façon à lui donner la forme d'un profilé rectiligne, comprenant au moins une aile à double paroi, ce profilé constituant la traverse de l'essieu, et en ce qu'on cintre sensiblement à angle droit la partie tubulaire au-delà de chaque extrémité de la zone profilée, en réservant une longueur suffisante de tube, au-delà de chaque zone cintrée, pour constituer les bras d'essieu aux extrémités desquels seront fixées les fusées sur lesquelles seront montées les roues. -8- 8. Procédé suivant revendication 7 caractérisé en ce qu'on déforme la zone médiane du tube de façon à obtenir un profilé dont la section est en L, en V, en T, en U, en X ou encore en H. 9. Procédé suivant revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que les bras d'essieu sont, sur la majeure partie de leur longueur, de section circulaire ou ovalisée ou d'autre section tubulaire voisine. 10. Utilisation d'un essieu suivant l'une des revendications 1 à 6 à la réalisation du train-arrière d'un véhicule automobile.