Brevet FR2600944A1 — publié le 19880108

La présente invention concerne un dispositif de roulement pour véhicule amphibie devant principalement évoluer en terrains diffici- les.' Traditionnellement, les véhicules se déplacent à l'aide de - Roues - Chenilles - Dispositif à coussin d'air Certaines combinaisons des dispositifs précités sont souvent employées pour répondre à des utilisations spécifiques, ou pour en étendre le champ d'application. Le dispositif préconisé selon l'invention permet par sa simple adaptation de répondre à des impératifs majeurs, quand il s'agit de déplacer un véhicule sur des éléments de natures variées, telles que a) - Terre - roches - Terre meuble - Vase - Neige - Glace - Eau Son rôle est double et consiste 1) En qualité de train de roulement porteur, 2) En qualité d'ensemble propulsif à permettre le déplace ment d'un dit véhicule sur les surfaces des éléments pré cités en a). La présente invention consiste, selon une caractéristique essentielle en une demi-roue, sur secteur d'au moins 1802 pouvant s'étendre jusqu'à 2002, si l'on considère que la roue est un secteur de 3609. L'invention en elle-même n'aurait pratiquement aucune utilité pratique, si on prenait en considération qu'un secteur de 1809 initial Pour que l'invention aboutisse en une application pratique, il est nécessaire d'associer plusieurs demi-roues, selon le descriptif ciaprès Si l'on dispose sur un axe ou essieu/à chaque extrémité une demi-roue0secteur de 1809) décalée l'une par rapport à l'autre de 1809, nous obtenons un ensemble (Fig. 1) qui vu axialement représente deux secteurs de 1809 diamétralement opposés, et couvrant 3609 soit une circonférence parfaite; figure constituant une roue donc de nature à en assumer le roulement A partir de cette disposition élémentaire, il suffira de constituer un train de roulement en utilisant plusieurs essieux, au moins trois, semblablement équipés de demi-roues, mais en ayant au préalable le soin de décaler chaque ensemble de 1809 l'un par rapport à l'autre, à partir de l'essieu ni f. La meilleure combinaison quant à la multiplicité des essieux est : 4 essieux. Ce choix de quatre essieux permettra de comprendre aisément une adéquate répartition des charges sur les points de contacts de chaque demi-roue. Des essais sur maquette ont confirmé la parfaite régularité de roulement d'un tel véhicule. La parfaite régularité de roulement ne peut être obtenue que si les essieux conservent durant le roulement leur rigoureuse synchronisation initiale. Il est donc nécessaire que chaque essieu soit entraîné par une transmission synchrone, ce qui par surcroît constitue pour chacun un essieu moteur, propriété recherchée et nécessaire lors d'évolutions en terrain fortement accidenté. La présente configuration du train de roulement, objet de l'invention, s'applique pour les évolutions de véhicules sur les surfaces des éléments précités en a), et en particulier sur l'eau à faible vitesse. Lors de déplacement à grande vitesse-sur un élément fluide - eau la configuration du train de roulement est modifiée pour des questions de résistance à l'avancement dans le dit fluide. Lorsqu'il s'avère nécessaire de se déplacer à grande vitesse sur l'eau, le train de roulement se modifie et prend une configuration où toutes les demi-roues sont en partie haute. A l'aide de vérins rotaiBs - appropriés et disposés sur le moyeu des demi-roues concernées, on modifie le calage angulaire de ces dites demi-roues de 1809 de manière à ce que toutes les demiroues occupent la même position dans l'espace, et ensuite, tout cet ensemble synchronisé par la transmission est positionné vers le haut, ainsi, lorsque le véhicule amphibie est en flottabilité, les demi- - roues sont faiblement immergées, ce qui a pour avantage de n'offrir qu'une faible résistance à l'avancement lorsque le véhicule de déplace à grande vitesse sous l'impulsion d'une hélice marine prévue à cet effet. Les vitesses sur l'eau sont sans commune mesure avec les vitesses des véhicules amphibies habituels. A titre d'illustration, des dessins sont joints qui représentent Fig. 1. L'essieu de base selon l'invention Fig. 2. Une vue selon flèche F1 de la Fig. 1 Fig. 3 et 4. Une vue perspective et une vue de profil d'un véhi cule à quatre essieux, selon la Fig. 3 en configu ration de déplacement terrestre. Fig. 5 et 6. Une vue perspective et une vue de profil d'un véhi cule à quatre essieux selon la Fig. 5 en configu ration de déplacement nautique. Nous décrivons ci-après ce que pourrait être le prototype d'un train de roulement. Cette description sera établie en traitant séparément chaque sous-ensemble d'une manière détaillée selon le sommaire suivant 1. Description d'une demi-rouetR)Fig. 7 2. Essieut)Description générale, Fig. 8 2.1. Motricité de l'essieu, Fig. 9 - 10 2.1.1. Décalage des demi-roues, Fig. 11 - 12 2.2. Dispositif de suspension, Fig. 8 - 13 2.2.1. Relevage des demi-roues, Pig. 14 2.3. Dispositif de direction, Fig. 15 - 16 - 17 2.3.1. Circuit hydraulique d'assistance, Fig. t6 2.3.2. Système inverseur-Doseur, Fig. 16 2.3.3. Fonctionnement de l'inverseur-doseur, Fig. 16 2.3.4. Déplacement latéral, Fig. 16 - 18 3. Particularités des essieux, Fig. 17 - 18 4. Pivotement sur place, Fig. 19 - 20 5. Propulsion marine - par le train de roulement, Fig. 21 - par propulseur marin, Fig. 22 1.DESCRIPTION D'UNE DEMI-ROUEt Toute l'invention repose sur l'utilisation d'un élément de base, la demi-roue, laquelle consiste en un secteur d'au moins 1809 pouvant s'étendre jusqu'à 2009 pour des raisons constructives. Sa structure consiste en une couronne(1)se fixant par boulonnage sur le moyeu d'un voile nervuré(2}1 d'une jante profilée(3)Jsur laquelle se monte un bandage en caoutchouc(4;rgonRlé ou non, assurant le contact avec le sol. Le bandage est pourvu de moulures pour une meilleure adhérence avec le terrain plus ou moins meuble. Des crampons(5)peuvent être prévus aux extrémités des bandages pour une mailleure préhension des obstacles. Eventuellement dans la partie plane(6),délimitant le secteur de roue, des aubes peuvent être montées, pour des raisons de propulsion nautique. La structure rigide de la demi-roue peut offrir un certain volume de flottabilité en appoint à la flottabilité propre du caisson-chassis du véhicule. 2. DESCRIPTION GENERALE D'UN ESSIEUt)Fig. 8. Un train de roulement se décompose d'une manière générale à partir d'un chassis (10) aussi indéformable que possible sur lequel s'assemblent des essieux munis chacun de deux demi-roues, Fig. 7. Pour la présente configuration, le choix s'est porté sur un ensemble de quatre essieux, numérotés de I à IV, Fig. 3, à partir de l'avant; on distingue les essieux d'extrémités I et IV et les essieux intermédiaires II et III. Les essieux, bien qutapparemment identiques entre eux, comportent chacun une particularité propre, du fait de leur emplacement sur le chassis et de leur fonction en utilisation. La structure primaire d'un essieu se compose d'un arbre principal(9)rigide en torsign tourillonnant à chaque extrémité dans des paliers étanches(8)1 solidaires du chassis(101 Aux extrémités débordantes sont fixés les bras oscillants(7)calés angulairement identiques. 2 Motricité de l'essieu, Fig. 9 - 10 Dans la partie centrale du moyeu (15),tourne sur des roule ments une fusée (16)porteuse à l'extérieur d'une demi-roue, l'autre extrémité interne comporte un Joint de cardan (17) sur lequel se fixe un arbre de commande articulé (18)lequel, à l'aide d'un second cardan (19)se fixe sur un arbre d'en trainement (21) maintenu par un palier(20)solidaire du chassis. L'arbre d'entrainement (21) compris entre les deux paliers reçoit son mouvement d'un renvoi d'angle(23), Les renvois d'angle des essieux I - II - III - IV sont reliés entre eux par des arbres de transmissions(24),qui assurent la parfaite synchronisation de mouvement des essieux de manière à maintenir rigoureusement les positions angulaires pour chaque demi-roue. 2.1.1. Décalage des demi-roues. Pig. 9 - 10 - 11 - 12 A chaque renvoi d'angle(23)est accolé un vérin rotatif(22) lequel a pour fonction lors de sa mise en mouvement d'agir sur l'arbre(21)-(25)qui lui est solidaire, de permettre à cet arbre d'effectuer une rotation de 1809 de manière à positionner la demi-roue intéressée suivant une position identique à celle qui lui est opposée Fig. 12 C'est ainsi que lton positionne toutes les demi-roues, il suffit ensuite par une rotation convenable de mettre tout l'ensemble en position haute. 2.2. Dispositif de suspension. Fig. 13 Dans la partie médiane de l'arbre principal est fixé un levier(11)sur lequel s'articule une biell-ette(12 > solidaire du dispositif élastique (13) constitué des éléments suivants anneaux de caoutchouc ou ressorts ou amortisseurs oléopneu matiques. 2.2.1. Relevage des demi-roues Fig. 14 Le dispositif élastique (13)est assujetti à un vérin (14)1 lequel permet de faire varier le point de fixation(26) du dispositif élastique et ainsi permettre une certaine rotation de l'arbre principal(9)ldéterminant de ce fait un relevage des bras oscillants (configuration nautique Fig. 14 ) au gré du conducteur. 2.3. Dispositif de direction Pig. 15 - 16 - 17 Aux extrémités libres des bras oscillants(7)est monté le moyeu orientable (15)nécessaire à la direction. Chaque moyeu comporte à la partie extrême avant, un levier (27) lequel est connecté par une biellette de liaison(28)à la barre d'accouplement(29} Celle-ci assure la solidarisation du braquage des demi roues la barre d'accouplement est commandée par un vérin hy draulique (30) dont la position résulte d'un boîtier de commande(35)recévant les positions du poste de pilotage. Un schéma du circuit hydraulique instruit du fonctionnement du dispositif de direction dont le prçincipe est décrit ci-après Le dispositif hydraulique doit répondre à 2 principales fonctions 12) Orienter les demi-roues dans le sens et l'angle convenables à la prise d'un virage Fig. 17 22) Orienter toutes les demi-roues dans le sens convenable et suivant un angle identique, ce qui nécessite pour les essieux 3 et 4 une inversion de sens. le respect de cette cinématique particulière pour les essieux 2, effet N est obtenue grâce à l'adjonction d'un système inverseur / doseur (37), au circuit hydraulique d'assistance de direction. 2.3.1. Circuit hydraulique d'assistance Fig. 16 La barre d'accouplement(29)des demi-roues est dépla cée suivant les besoins par un vérin(30)dont le pis ton(31)et la (32) sont solidaires de la barre (29). Le sens de déplacement du piston(31) résulte de l'arri vée d'huile s/pression par les canalisations C1 ou C2 , le piston se déplace ainsi soit à gauche, ali mentation C2, soit à droite alimentation C1 . L'huile s/pression est distribuée au vérin par le bloc de commande(35). Le bloc de commande est alimenté en huile s/pression par l'intermédiaire d'une pompe haute-pression(46) l'huile aspirée dans le réservoir(47)est acheminée par la canalisation(45)et ainsi admise à l'intérieur d'un fourreau suiveur(34)dans lequel se déplace un tiroir distributeur(36} Le déplacement gauche-droite du tiroir permet à l'huile s/pression d'alimenter la canalisation gauche C1 ou droite C2 et de mouvoir le piston (31) du vérin dans le sens approprié. Le mouvement du piston(31)du fait de sa solidarisation par le levier(33)au fourreau suiveur(34)entralne celui ci à l'inverse du piston et aura pour conséquence de rattraper le tiroir (36) pour obturer l'admission d'huile s/pression et également le retour d'huile, ainsi par obturation des canalisations C1 et C2, le mouvement du piston(31)s'arretera au point déterminé par la position du tiroir distributeur(36).Le retour d'huile basse pression s'effectue par la canalisation (48).La synchronisation entre le tiroir(36)et le pis ton (31) permet d'obtenir un contrôle parfait de l'orien tation des demi-roues. 2.3.2. Système inverseur-doseur. Le caractère particulier du dispositif de direction et ltadjonction d'un système inverseur - doseur de déplacement(37). Nous avons vu que pour les essieux II et III, lors d'un virage l'angle d'orientation ss est inférieur à l'angle d'orientation o( des essieux I et IV, il raut donc en permanence contrôler l'angle ss en fonc tion de l'angle , c'est le rôle du doseur du sys tème considéré. Par contre, lors d'un deplacement la téral, il est nécessaire d'une part d'inverser l'orien tation des demi-roues des essieux III et IV et de don ner le même angle aux essieux II - III - IV que l'angle o de l'essieu I. Cette inversion est confis à l'inverseur du système. Ainsi l'inverseur-doseur monté sur les essieux II - III - IV permet de maîtri ser rigoureusement les orientations des demi-roues selon les besoins d'évolutions du véhicule, Fig. 17 et 18 2.3.3. Fonctionnement de 1 'inverseur-doseur (37) Le plateau 8)est commandé directement par la position du volant(V). Considérons la figure en trait plein. Une rotation vers la droite du plateau (38) entraîne, par l'inter médiaire de la biellette(40) le tiroir (36) vers la gauche, ce qui aura pour effet d'alimenter la face gauche du piston (31) en huile s/pression et de déplacer celui-ci vers la droite. Une rotation inverse du pla teau(38)entrainerait un mouvement inverse du vérin Dans ce cas, la commande volant (V)barre d'accouplement (29) est directe.Si l'on désire démultiplier la rotation du plateau (38)par rapport à la barre d'acdouplement(29 il suffira d'agir vers la droite sur la commande(44) le renvoi (43) abaissera par l'intermédiaire de la biel lette (42) le coulisseau(41). Ainsi la rotation du pla teau(38)déterminera un déplacement du tiroir (36) plus réduit jusqu'à annuler ce déplacement. Si le point neutre N du coulisseau coricide avec le point T du tiroir(36)dans ce cas particulier, toute rotation du plateau n'aura aucun effet de déplacement sur le ti roir; la direction dans ce cas précis est neutralisée. Si nous continuons à déplacer le coulisseau (41) vers la figure en trait mixte, nous constatons que la ro tation du plateau vers la droite transmet son mouve ment par l'intermédiaire de la biellette (39) au ti roi(36)1 dans cette configuration le tiroir se dépla cera vers la droite, alimentant ainsi le vérin(30)en huile s/pression par la canalisation C2, la face droite du piston(31)soumise à la pression, se dépla cera vers la gauche. Ainsi, nous aurons obtenu une inversion de l'orientation des demi-roues Fig. 18 malgré la même sollicitation de la part du volant (V > . Ainsi cela répond au besoin d'inversion sur les essieux III et IV lors d'un déplacement latéral. Ainsi nous aurons réalisé la possibilité de respec ter la valeur des angles et des orientations, en agissant pour les essieux intéressés sur la comman de (44}.Une procédure appropriée automatique détermine la position convenable de la commande (44)pour chaque essieu. 2.3.4. Déplacement latéral . Fig. 16 - 18 Ce train de roulement a la propriété de permettre le déplacement latéral grâce à une orientation conjuguée dans le même sens de tout le train de demi-roues. 3. PARTICULARITES DES ESSIEUX Fig. 17-48 Les particularités résident dans l'équipement de chaque essieu en fonction de sa position sur le chassis, elles sont nécessaires du fait que le braquage des demi--roues de chaque essieu est différent suivant que l'on est en virage classique ou que l'on est en déplacement latéral. Essieu I . Virage : demi-roues orientées suivant un Déplacement latéral Demi-roues orientées suivant un angle + &alpha;1 Essieu II . Virage : demi-roues orientées suivant un anglets 4 scdx Déplacement latéral Demi-roues orientées suivant un angle + > Essieu III . Virage : Demi-roues orientées suivant un angle -ss2 ss2 = ss1 Déplacement latéral Demi-roues orientées suivant un angle * ss 2 = Essieu IV .Virage : demi-roues orientées suivant un angle c-&alpha;2 -&alpha;2 = &alpha;1 Déplacement latéral : Demi-roues orientées suivant un angle + &alpha;2 = =&alpha;1 Le respect des angles d'orientation des roues est obtenu par le dispositif ae direction décrit en 2.3. 4. PIVOTEMENT SUR PLACE Fig. 19 - 20 Pour certaines versions de véhicules, on peut être amené à disposer de mobilité supplémentaire. C'est à ce titre que le chassis du train de roulement concerné dispose, dans sa partie centrale et latéralement de deux vérins verticaux (49), lorsque l'un d'eux est en extension, son embase inférieure(50)prend appui sur le sol et soulève le côté correspondant. Ainsi, lors de la mise en mouvement des demi-roues, le train en contact avec le sol crée un mouvement de giration du véhicule autour du point d'appui fixe. La mise en action des deux vérins permet au véhicule, soit de franchir des obstacles plus élevés par relèvement de sa proue, soit de faciliter des opérations d'entretien. 5. PROPULSION MARINE Fig. 21 - 22 Du fait de sa faculté amphibie, le déplacement nautique peut s'effectuer sous deux formes 1) avec son train de roulement restant en configuration terrestre, le simple effet de rotation des demi-roues compte-tenu de leur forme; détermine un avancement conséquent, mais à relative faible vitesse, propre aux manoeuvres d'accostage Fig. 21 2) Le véhicule étant en configuration nautique grande vitesse Fig. 22, la propulsion est assurée par une hélice entrainée par un moteur(52)approprié intérieur ou hors-bord. Un relèvement de l'hélice est nécessaire lorsque le véhicule est terrestre, afin d'éviter des détériorations de l'hélice dues au relief du sol. Ceci pouvant être obtenu par un mécanisme de relevage(51) par exemple sous forme de parallélogramme mu hydrauliquement. REVENDICATIONS 1. Train de roulement orientable destiné aux véhicules amphibies caracterisé par un ensemble d'au moins trois ou quatre essieux (E) comportant chacun à ses extremités une roue sensiblement semi-circulaire (R) dénommée "demi-roue", formée d'un secteur compris entre 1809 et 2009, positionnées l'une par rapport à l'autre selon un décalage angulaire de 1809 et dont les arbres d'entrainement (18-21) constituant chaque essieu (E) sont entrainés par une transmission (24) à cinématique invariable afin de maintenir angulairement la position de 1809 de chaque essieu (E) l'un par rapport à l'autre, chaque essieu (E) pouvant participer à la direction et à la propulsion. 2. Train de roulement selon la revendication 1. permettant d'obtenir une configuration nautique à grande vitesse caracterisé par la présence de moyens autorisant le pivotement de 1809 d'une des demi-roues (R) de chaque essieu (E) par rapport à l'autre, de façon à ce que chaque demi-roue (R) soit calée d'une manière semblable pour tous les essieux (E) au profit d'une moindre résistance dans l'eau lorsque le véhicule est en flottabilité pour une grande vitesse. 3. Train de roulement selon la revendication 1.2. caracterisé en ce que le moyen autorisant le pivotement est constitué d'un vérin rotatif hydraulique (22) interposé entre deux demi-arbres (18). 4. Train de roulement selon les revendications 1, 2 et 3 caracterisé en configuration nautique en ce que chaque demi-roue (R) est calée de manière à ce que la surface (6) fasse un angle ouvert vers l'avant d'environ 5 à 109 par rapport au plan d'eau, pour obtenir ainsi à grande vitesse un effet sustentateur appréciable. 5. Train de roulement selon la revendication 1. du type dans lequel chaque essieu (E) comporte deux bras oscillants (7) caracterisé en ce que les dits bras sont montés solidairement sur un axe mobile (9) rigide en torsion, tourillonnant dans des paliers étanches (8) fixés sur le chassis principal (10). Les bras oscillants (7) sont munis à chaque extremité d'un moyeu orientable (15), dans lequel est emmanché un palier à roulement, et une fusée (16) prévue pour le montage d'une demi-roue (R), laquelle est mue par un arbre d'entrainement (18). 6. Train de roulement selon l'ensemble des revendications à à 5 caracterisé en ce qu'il comporte un dispositif élastique (13) unique par essieu (E), donc pour deux bras oscillants, constitué par exemple d'anneaux de caoutchouc, ressorts ou amortisseurs oléopneumatiques situé entre un levier (11) solidaire de l'axe des bras (9) et du point de fixation (26) du vérin (14). Ce dispositif élastique permet d'obtenir un degré de débattement des bras oscillants propre à satisfaire le rôle de suspension pour le véhicule. 7. Train de roulement selon les revendications 1 - 2 - 3 - 4 et 5 - 6, caracterisé en ce que les essieux (E) I - II - III - IV sont pivotants et reliés par levier (11), par l'intermédiaire d'une biellette (12) et du dispositif élastique (13) à un vérin (14) permettant ainsi de raire varier à la demande la hauteur des demi-roues (R) par rapport à la révérence ohassis, ainsi les demi-roues (R) occupent toutes les positions entre le point bas et le point haut.Le point haut est la position choisie lors des évolutions du véhicule à grande vitesse sur l'eau, une aes demi-roues (R) de chaque essieu (E) ayant été préalablement pivotée de 1809. Le bras de relevage (7) étant amené dans une position telle que la face (6) rasse le dit angle compris entre 5 et 109 par rapport au plan d'eau, ceci afin de creer un effet de sustentation hydrodynamique. 8. Train aw roulement selon revendicatiss 1 et 5 caraoterisé en ce que-chaque moyeu (15) situé en bout de bras oscillant (7) est articulé horizontalement de manière a orienter la demi-roue (R) selon le sens de la direction souhaitée. Le circuit hyfiraulique d'orientation des dites demi-roues (R) comporte un dispositif d'inversion (37) orientable pour les essieux (E) III et IV lorsque l'on désire faire évoluer le véhicule en déplacement latéral, dans ce cas, toutes les demiroues (R) sont orientées dans le même sens et selon le même angle. 9. train de roulement selon la revendication 8 caracterisé en ce que le dispositif d'inversion (37) est constitué d'un plateau (38) commandé directement par le volant (V) , de deux biellettes (39 - 40) solidarisant le plateau au coulisseau (41), lequel coulisseau est positionné suivant le besoin par le renvoi (43) à l'aide de la biellette (42). Le renvoi (43) étant lui-même positionné par la commande (44). Ce dispositif concerne les essieux (E) I - III - et IV. 10. Train de roulement selon la revendication 1. ou 8 caracterisé par l'adjonction d'un dispositif prévu pour permettre au véhicule de virer sur place, sans limitation angulaire, et qui comprend deux vérins hydrauliques verticaux (49) à embase (50), disposés latéralement venant selectivement en appui sur le sol, pour déterminer un point de pivotement pour les demi-roues (R) disposées du côté ppposé de manière à créer un mouvement giratoire sur place, et applicable par la mise en action simultanée des deux vérins au soulèvement du véhicule pour certaines opérations -d'entretien.