Brevet FR2609442A1 — publié le 19880715

PERFECTIONNEMENTS AUX ROUES DIRECTRICES DE VEHICULES TERRESTRES La présente invention a pour objet des perfectionnements aux roues directrices de véhicules terrestres dont la suspension est assurée grâce à deux bras latéraux situés du même côté de la roue. De tels dispositifs sont connus dans l'art antérieur et en particu- lier dans le brevet français 2.418.141 déposé le 24 Février 1978 (André de Cortanze/Elf France). Selon ce brevet, la suspension avant a la forme générale d'un quadri- latère dont les sommets sont les extrémités de deux bras, articulés à l'une de leurs extrémités sur un élément solidaire du corps du véhicule et à l'autre extrémité sur un triangle porte-fusée de la roue avant. L'axe correspondant au c6té du dit triangle porte-fusée joignant les extrémités des bras permet de braquer la roue avant. Il est matérialisé par deux dispositifs d'articulation avec les extrémités des bras, du type à rotule ou équivalent. Les deux bras sont montés à rotation sur le corps du véhicule grâce à deux axes sensiblement horizontaux (en position normale du véhicule) et ils sont situés sensiblement dans un même plan vertical contenant ainsi le centre des rotules et l'axe de braquage passant par ces centres. Le système d'amortissement et de suspension proprement dit est essentiellement constitué par un ensemble ressort amortisseur généralement disposé entre un bras et un élément solidaire du corps du véhicule. Lorsque la suspension entre en jeu, les bras pivotent dans ledit plan vertical, entrainant le déplacement dans ce même plan des rotules et donc de l'axe de braquage. En ce qui concerne le système de direction lui-même il est constitué par un levier latéral solidaire du triangle mû par un train cinématique transmettant audit levier les mouvements du guidon ou autre dispositif de commande de direction. 2 2609442 Or, la grande difficulté rencontrée dans la réalisation de cet ensemble de direction est de permettre à la suspension de jouer sans introduire une variation parasitaire du braquage lui-même défini par le guidon ou équivalent. En effet si par exemple le guidon impose au véhicule une marche en ligne droite, quand la suspension entre en jeu, l'extrémité du levier solidaire du triangle doit suivre une courbe dans un plan parallèle au plan vertical des bras. Si le train cinématique de commande de direction n'est pas adapté pour permettre à l'extrémité du levier de suivre cette courbe, le braquage prévu n'est pas respecté et, par exemple, des oscillations de la suspension peuvent entraîner des oscillations du braquage avec les conséquences que cela entraine sur la conduite du véhicule. Le problème a été résolu dans le cas de bras parallèles de même longueur et donc du quadrilatère parallélogramme puisque le mouvement de tout point lié au porte-fusée est alors une rotation pure dont le rayon est égal à la longueur des bras. Dans ce cas il suffit que le train cinématique présente une barre dont la longueur est celle des bras, articulée audit levier à une extrémité et dont l'autre extrémité pivote autour d'un point situé au voisinage du coté opposé du parallélogramme. De préférence, cette barre se déplace sensiblement parallèlement au plan vertical des bras quand pour un angle de braquage donné la suspension entre en jeu. Mais dans le cas de bras non parallèles et/ou de longueurs différentes, les solutions sont difficiles à trouver et ne restent qu'approximatives dès lors que chaque point lié au triangle suit une courbe complexe. La présente invention a pour but d'apporter une solution aussi précise que possible à ce problème en permettant à la suspension de jouer son rôle quel que soit l'angle de braquage défini par le guidon ou équiva- lent, et sans apporter au braquage de variation parasitaire. Dans ce qui suit, on se référera aux motocycles qui représentent un exemple type d'application des suspensions à deux bras latéraux, étant bien entendu qu'il s'agit d'un exemple non limitatif et que l'invention peut s'appliquer à tous véhicules présentant au moins une roue directrice montée sur deux bras susceptibles de pivoter et/ou d'osciller autour d'axes sensiblement horizontaux (dans la position normale du véhicule). Dans le cas du motocycle, et en particulier du motocycle à deux roues, on appellera plan axial de symétrie, le plan longitudinal par rapport auquel la plupart des éléments constitutifs sont symétriques et notamment corps, selle, roue arrière et, quand l'angle de braquage est nul, roue avant et guidon. Lorsque le motocycle se déplace en ligne droite ce plan est sensible- ment vertical et les axes des roues sensiblement horizontaux. Dans ce qui suit, et pour simplifier la terminologie, les références à la verticalité et à l'horizontalité correspondront au cas du plan de symétrie vertical étant bien entendu qu'en cas de virage l'ensemble penche normalement du côte du centre de la courbure suivie. Par ailleurs lorsque la suspension est fixée dans une position donnée, il faut que la commande de braquage soit transmise du guidon ou équivalent à la fusée, la linéarité de la transmission de l'angle de braquage étant une nécessité pour que le conducteur puisse régler régu- lièrement le braquage. Si cette condition est réalisée ainsi que la précé- dente sur le maintien d'un braquage donné quand joue la suspension, on peut alors faire jouer simultanément sans perturbations commande de braquage et suspension. Alors que les techniques de l'art antérieur n'ont jamais apporté de solution pratique satisfaisante à l'ensemble des problèmes, la présente invention propose une solution simple de réalisation et précise dans son fonctionnement. Elle fait essentiellement appel à une pièce de forme générale tétrae- drique ou approximativement tétraédrique, le tétraèdre étant matérialisé par trois joints universels type rotule ou équivalents centrés sur trois sommets du tetraèdre, le quatrième sommet étant un point de l'axe de la fusse de roue directrice. Deux premiers joints universels, par exemple, i rotule ou équivalents sont chacun articulés à une extrémité de l'un des bras de la suspension et matérialisent ainsi l'axe de braquage passant par leurs centres, le troisième étant articulé à un élément du train cinéma- tique de commande de direction et donc de braquage. L'axe de la fusée passant par le quatrième sommet est de préférence sensiblement parallèle à la face du tétraèdre défini par les trois rotules et contenant l'axe de braquage. Par conséquent, la face correspondant à ce plan des trois rotules et passant par l'axe de braquage est sensiblement orthogonal au plan longitudinal axial pour un braquage nul. De plus, l'élément du train cinématique articulé au troisième joint rotule présente de préférence la forme d'une biellette dont l'autre extré- mité est articulée de préférence également par un joint universel, par exemple, à rotule ou équivalent, à un élément tournant autour d'un axe et commandé par le dispositif de commande de direction tel que guidon ou équivalent. Ladite biellette est de préférence parallèle au plan passant par l'axe de braquage et orthogonal aux axes horizontaux de pivotement des bras que l'on appelera plan des bras de suspension qui, comme cela est connu, tournent dans ce plan sensiblement commun et vertical chacun autour de son axe sensiblement horizontal. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'axe de rotation de l'élément de commande, tel qu'une mani- velle, est sensiblement parallèle à ce plan. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques et les avantages de la présente invention on va en décrire des exemples de reali- sation étant bien entendu que ceux-ci ne sont pas limitatifs quant à leur mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire. On se référera aux figures suivantes qui représentent schématique- ment, en perspective cavalière: - fig. 1 et 2 les géométries de deux exemples de réalisation de systèmes de direction et de suspension à deux bras d'une roue de véhicule; - fig. 3 et 4 les éléments mécaniques correspondant à la géométrie de la figure 1 selon deux variantes; - la figure 5 représente une variante de forme de bras. A la figure 1 est représentée schématiquement la géométrie d'un exemple de réalisation conforme à l'invention. Deux axes Ax et By sont sensiblement horizontaux et orthogonaux au plan vertical axial longitudinal du véhicule en A" et B". Ces axes correspondent X des axes solidaires du corps du motocycle comme on le verra ci-après. Autour de ces axes peuvent pivoter les segments de droites AA', BB' correspondant à des bras, ces deux segments AA' BB' étant placés et tournant de préférence dans un même plan dit "des bras", vertical parallèle au plan axial longitudinal. Les extrémi- tés A' et B' de ces segments AA' et BB' définissent un axe se déplaçant dans un plan vertical quand pivotent AA' BB'; ce plan est le même que celui des segments AA' BB'; l'axe A'B' est l'axe de braquage, il est lié à l'axe D'D" de la roue R, D'D" et A'B' étant des segments de droites orthogo- nales mais non concourantes, D'D" est donc sensiblement horizontal et perpendiculaire aux plans verticaux et notamment au plan longitudinal axial en D" centre de la roue R. A", B" et D" sont donc coplanaires dans le plan longitudinal axial. La figure i correspond, comme cela a été dit plus haut, à la position axiale de la roue R c'est-à-dire à un braquage nul. Le point D' est le point d'intersection de l'axe de roue D'D" avec le plan passant par A'B' perpendiculaire à D'D". Ce plan coïncide avec le- plan vertical de AA' BB' quand le braquage est nul c'est-à-dire le plan des bras. Il peut normalement pivoter autour de l'axe de braquage A'B', entraînant dans sa rotation le triangle A'B'D' et l'axe D'D". Un point C' hors de ce plan définit avec le triangle A'B'D' un tétraèdre A'B'C'D' susceptible de pivoter autour de l'axe de braquage A'B'. L'axe A'B' peut, comme on le verra ci-après, être concrétisé sous la forme de deux joints universels tels que rotules, cardans ou équivalents centrés sur A' et B'. Lorsque AA' et BB' pivotent autour des axes AA" et BB", A'B' se déplace dans son plan vertical ou plan des bras et entraîne C', D' et DD" dans un déplacement dans des plans verticaux respectifs parallèles à ce plan longitudinal axial (ou confondu avec ce dernier en ce qui concerne D"). Un point C est susceptible de tourner autour d'un axe zz' et en particulier de sa projection orthogonale H sur zz'. Cet axe est de préfé- rence situe dans un plan vertical parallèle au plan longitudinal axial. Le point C définit avec le sommet C' au tétraèdre A'B'C'D' un segment de droite CC' qui comme on le verra ci-après peut être caractérisé par une biellette ou un bras CC' articulé par des joints universels ou équivalents tels que cités pour A'B', d'une part du tétraèdre A'B'C'D', d'autre part au segment CH lui-même concrétisé par une manivelle tournant autour de zz'. La rotation de HC autour de zz' entraîne le mouvement de C', de D' et de D" autour de A'B'. Comme cela a été décrit dans l'art antérieur, le pivotement simultané de AA', BB' autour de leurs axes respectifs AA" et BB" entraîne le déplace- ment de A'B'C'D' et le centre instantané de rotation de A'B'C'D' lorsque les divers éléments sont dans la position de la figure 1 est le point I de concours des droites portant les segments AA' et BB'. A la figure 1, ce point I est du coté oppose à la roue R par rapport à AB. La figure 2 est identique à la figure 1 à l'exception du fait que le point I est du même coté que la roue R par rapport à AB. Les dispositions des figures 1 et 2 dépendent en fait des dimensions des cotés du quadrilatère déformable AA' BB'. En particulier si le seg- ment AB est plus court que le segment A'B', les droites portant les seg- ments AA' et BB' convergent généralement du côté AB (fig. 1); si par contre, le segment A'B' est plus court que le segment AB, la convergence est généralement inversée (fig. 2). On utilise ici l'adverbe "généralement" car au cours des déformations du quadrilatère AA'BB' il arrive que la convergence des segments opposés change de sens. Dans les deux cas des figures 1 et 2, le déplacement instantané de A'B'C'D'D" est centré sur l'axe II" sensiblement horizontal et perpendi- culaire en I" au plan longitudinal axial contenant A"B" et, en position de braquage nul, D". Les tangentes aux trajectoires respectives de A',B', C' et D' sont respectivement orthogonales a A'I, B'I, C'I et D'I; si I' est la projection orthogonale de C' sur II", la trajectoire de C' est centrée sur I'. Si le point C est tel que C'C et I' sont alignés, une rotation instantanée de C' autour de C ou autour de I' aurait la même tangente. Ceci signifie que même si C est fixe à un instant donné, dès lors que C'CI'II" sont coplanaires, le déplacement instantané de A'B'D' autour de I n'est pas incompatible avec celui de C' autour de C. Cette constatation est importante car si l'angle de braquage du tétraèdre A'B'C'D' et de la roue R autour de l'axe de braquage A'B' est imposa par la position de C lié à C', si les bras-segments AA', BB' pivotent dans leur plan vertical, C' va suivre sans entraîner, du fait de la longueur fixe du segment CC', une variation de braquage. Si donc on maintient C dans le plan C'II'I"', toute variation parasite du braquage est éliminée. Par ailleurs le mouvement de rotation de C' autour de l'axe A'B' entraîne le braquage de la roue R. Pour des raisons mécaniques, lorsque la roue braque du côté opposé à la barre CC', c'est-à-dire quand C' tourne en s'écartant de I, il est préférable que C' ne franchisse pas le plan ABA'B', c'est-à-dire que C doit toujours rester du même c6té. Il en va de même quand la roue R braque vers le côté de CC'. Selon une disposition préférée de l'invention, la projection H de C' sur le plan A'B'D' de la barre du tétraèdre A'B'C'D' doit se trouVer sur l'axe A'B'. Le dièdre défini par les deux faces A'B'D' et A'B'C' du tétraèdre est donc de préférence rectangle, D' étant le point de l'axe A'B'; le triangle A'B'C' et le segment de droite C'H' hauteur du triangle sont donc parallèles à l'axe de la roue R. La transmission du mouvement de braquage depuis le guidon ou équiva- lent jusqu'au point d'articulation C' doit être symétrique, c'est-à-dire que pour des angles de braquage symétriques, les angles de rotation du guidon doivent être symétriques et donc égaux bien que de sens inverses. La transmission à trois barres constituée par HC (H étant la projection orthogonale de C sur son axe de rotation zz'), CC et C'H' doit donc être aussi symétrique que possible. Ceci est atteint en particulier si CC'H'H forme pratiquement un parallélogramme. Ceci sous-entend que de préférence zz' reste parallèle à A'B'. Or, si ABB'A' n'est pas un parallélogramme, A'B' ne reste pas parallèle à elle-même lorsque joue la suspension. Il est donc préférable, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, que zz' soit parallèle à A'B' en position moyenne c'est-à-dire à charge moyenne du véhicule. De même, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les barres HC et H'C' sont sensiblement parallèles et de préférence sensi- blement égales. Il a été remarqué plus haut que le centre instantané de rotation I se déplace quand joue la suspension. Il est donc préférable selon un mode de réalisation préféré de l'invention que la barre CC' passe par le centre de courbure de la courbe suivie par I, centre de courbure correspondant à la position de I dans la position de ABB'A' correspondant elle-même à une charge moyenne du véhicule. En se rapportant & la figure 3 représentant schématiquement en perspective un mode de réalisation mécanique des principaux éléments de la figure 1, on retrouve les mêmes références désignant des éléments corres- pondants. Les bras ou barres AA' et BB' peuvent pivoter par tout moyen adéquat sur des axes a et b liés au corps du véhicule non représenté (axes Ax et By de la figure 1). Ces axes sont sensiblement perpendiculaires au plan longitudinal axial du véhicule et les barres AA' et BB' pivotent parallèle- ment à ce même plan. Les extrémités A' et B' portent par l'intermédiaire de joints univer- sels, par exemple des articulations à rotule, la pièce en forme générale de tétraèdre A'B'C'D', l'axe des joints A'B' constituant l'axe de braquage. En D' est monté la fusée d de la roue non représentée (correspondant à D'D" à la figure 1), l'axe de la roue d et l'axe de braquage A'B' étant sensiblement orthogonaux bien que non concourants. Un troisième joint universel tel qu'une articulation à rotule C' est monté au quatrième sommet du tétraèdre, les centres A',B',C' des rotules formant une face dudit tétraèdre sensiblement parallèle l'axe de la roue. L'articulation C' reçoit une extrémité d'une biellette CC' dont l'autre extrémité s'articule par un joint universel tel qu'une articulation à rotule sur une manivelle CH solidaire d'un axe zz' entraîné en rotation par le guidon ou dispositif de direction équivalent; l'axe zz' est de préférence parallèle à l'axe de braquage A'B' quand le véhicule est à charge moyenne. Par ailleurs, la manivelle CH est de préférence parallèle au plan A'B'C' et donc à la fusée d'au moins pour un angle de braquage nul. Selon une autre caractéristique de l'invention, on peut prévoir cette manivelle CH de longueur (prise entre l'axe zz' et le centre C de la rotule) égale à la distance du centre C' de la rotule C' à l'axe A'B' de braquage. Lorsque le véhicule est à charge moyenne, les barres AA' et BB' et la biellette CC' passent sensiblement par un axe commun II'I" (figure 1 non représenté figure 3) perpendiculaire au plan longitudinal axial. En fait, pour permettre un braquage important de la roue R, il est nécessaire que les bras AA' BB' s'écartent et prennent une forme générale en U pour laisser place à l'ensemble jante-pneumatique. A la figure 4 on a représenté très schématiquement un mode de réali- sation; sur cette figure on retrouve les éléments des figures précédentes sous les mêmes références. Se retrouvent avec leur définition géométrique les centres A'B'C' des joints universels par exemple à rotule comme représenté à la figure 4. A' et B' définissent l'axe de braquage parallèle au plan longitudinal axial du véhicule. A' B' et C' définissent l'une des faces du tétraèdre. Les axes x et y de rotation des bras sont bien définis, de préférence perpendiculaires au plan longitudinal axial. Les points A et B sont les projections orthogonales de A' et B' sur les axes respectifs x et y. ABA'B' sont donc dans un même plan dit "plan des bras" bien que les bras ne soient pas rectilignes, ce plan étant parallèle à l'axe longitudinal axial. L'axe d de la roue R est également bien défini puisqu'il correspond à la fusée solidaire de la pièce tétraédrique T. De préférence, cet axe d est parallèle à la face A'B'C'. Le sommet D' du tétraèdre est à l'intersection de l'axe d et du plan orthogonal à d, mené par l'axe de braquage A'B'. Les bras AA',BB' présentent une forme génerale en U pour permettre le braquage de la roue sans contact avec le pneumatique P et la jante J. Ici, la partie de chaque bras situé du cbtA A ou B est représentée pouvant être montée sur un axe du corps du véhicule non représenté maintenu aux deux extrémités. On peut en variante envisager d'autres solutions telles que (figure 5) des bras en h qui présenteraient une partie en U comme à la figure 4 et du côté A ou B deux petits bras B1 et B, (les pieds du h) venant de part et d'autre du véhicule, se monter sur les axes respec- tifs x,y solidaires par leur milieu du corps du v4hicule. 9 - Le point C est le centre du joint universel, par exemple la rotule de la figure 4. La biellette CC' assurant le braquage peut généralement être rectiligne puisque déportée latéralement. Par ailleurs, elle travaille à la traction ou à la compression selon le sens du braquage et la forme droite est préférable surtout à la compression. L'axe zz' est bien défini et le point H peut être la projection orthogonale de C sur zz', HC formant une manivelle solidaire de l'axe zz'. Cet axe de préférence parallèle au plan longitudinal axial est cinématique- ment relié par tout moyen adéquat non représentA au guidon ou à tout autre dispositif de commande de direction. Lorsque l'angle de braquage est nul, et que le véhicule donc peut se déplacer en ligne droite, l'axe fusée d et la face A'B'C' du tétraèdre sont perpendiculaires au plan longitudinal axial et la manivelle HC l'est de préférence également. Par ailleurs, la distance C'H' de C' à A'B' est de préférence égale 3 celle CH de C zz'. Enfin, à charge moyenne zz' est de préférence parallèle à A'B' et CC' passe par la perpendiculaire II'I" (figures 1 et 2) au plan longitudinal axial passant par I point de concours de AA' et BB' et centre instantané de rotation du tétraèdre T quand joue la suspension c'est-à-dire lorsque le quadrilatère AA'B'B se déforme; CC' sont, selon un mode de réalisation préféré de l'invention situes dans le même plan parallèle au plan longi- tudinal axial. On a omis sur les figures 3 et 4 la partie des dispositifs de suspen- sion et amortissement généralement constitués par un ou plusieurs ressorts hélicoïdaux coopérant avec un ou plusieurs amortisseurs. Selon un mode de réalisation connu de l'art antérieur, un ressort et un amortisseur coaxiaux sont montés entre l'un des bras AA', BB' et un point du corps du véhicule. On remarquera également que surtout dans le cas o les longueurs des bras AA' et BB' sont peu différentes-, pour un débattement peu important de la suspension, A' et B' suivant des cercles respectivement centrés sur A et B, C' suit une courbe peu différente d'un cercle centrée à proximité de AB voire sur AB (en projection sur le plan longitudinal axial). La solution de la figure 5 peut permettre de monter C sur la mani- velle CH d'un axe zz' passant sensiblement entre les bras B1B2 de chaque bras de suspension, ce qui peut permettre de placer C au centre de cour- bure. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de suspension et de direction de roue de véhicule du type à deux bras articulés d'une part au porte-fusée qu'ils supportent, et d'autre part au corps du véhicule autour d'axes sensiblement orthogonaux au plan longitudinal axial de symétrie du véhicule, caractérisé en ce que le porte-fusée est en forme générale de tétraèdre A'B'C'D', l'un des sommets D' étant un point de l'axe D'D" de fusée, deux sommets A'B' définissant l'axe de braquage étant les centres de joints d'articulation avec chacun des bras AA' et BB' et le quatrième sommet C' étant le centre d'un joint d'articulation avec le train cinématique de commande de braquage. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les joints centrés sur A' et B' sont montés à rotule. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le joint centré sur C' est monté à rotule. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'axe de fusée D'D" est parallèle à la face A'B'C' du tétra- èdre A'B'C'D'. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le tétraèdre A'B'C'D' est articulé en C' avec une biellette C'C elle-même articulée en C au train cinématique de commande de braquage. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la biellette CC' est articulée en C à une manivelle CH pivotant autour d'un axe zz' entrainé à partir de la commande de direction. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les bras AA', BB' étant articulés sur les axes AA" et BB" du corps du véhicule, les points A et B étant situés à la projection orthogo- nale des centres A' et B' des joints d'articulation avec le tétraèdre porte-fusée, les droites AA' et BB' définissent un plan parallèle au plan longitudinal axial du véhicule contenant l'axe A'B' de braquage. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'à tout instant, AA' et BB' se coupant en un point I centre instantané de rotation du tétraèdre A'B'C'D' et de la fusée par rapport au corps du véhicule, l'axe de la biellette CC' passe par un point I' sensiblement situé sur la droite II" orthogonale au plan longitudinal axial du véhicule. 9.- Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que la manivelle HC est perpendiculaire au plan longitudinal axial du véhicule quand l'angle de braquage est nul. 10.- Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que l'axe zz' de rotation de la manivelle zz' est parallèle à l'axe de braquage A'B' à moyenne charge du véhicule. 11.- Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait que la longueur de la manivelle HC est sensiblement égale à la distance C'H' dJ sommet C' du tétraèdre à l'axe de braquage A'B'.