Brevet FR2609431A1 — publié le 19880715

PERFECTIONNEMENTS AUX SUSPENSIONS DE ROUES DE VEHICULES TERRESTRES ET NOTAMMENT DE ROUES DIRECTRICES La présente invention a pour objet des perfectionnements aux suspen- sions de roues et en particulier de roues avant directrices de véhicules terrestres et en particulier à celles assurées par deux bras latéraux situés d'un même côté de la roue. De tels dispositifs sont connus dans l'art antérieur et en particu- lier dans le brevet francais 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 véhiculeet à l'autre extrémité sur un triangle porteur de la fusée de la roue avant. L'axe correspondant au côté du dit triangle 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 grace à deux axes sensiblement horizontaux (en position normale du véhicu- le) et ils sont situés sensiblement dans un même plan vertical contenant ainsi le centre des rotules et l'axe de braquage. 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, entraînant 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 2609431 Selon une nouvelle solution faisant l'objet d'une demande de brevet déposée ce jour par la demanderesse ayant pour titre "Perfectionnements aux roues directrices de véhicules terrestres", les deux bras portent à leur extrémité une pièce tétraédrique dont un sommet est solidaire de la fusée de la roue, et trois sommets correspondent aux centres de joints universels tels que rotules, cardans ou équivalents dont deux articulés aux bras de suspension définissent l'axe de braquage, le troisième étant articulé au train cinématique de commande de direction et donc de braquage. Dans ce qui suit, on se référera à cette dernière solution pour illustrer la présente invention, étant bien entendu qu'elle s'applique à toutes les suspensions à deux bras. On rappellera par ailleurs que dans la plupart des systèmes anté- rieurs, on a cherché à améliorer la stabilité et en particulier à éviter le phénomène que l'on appelle la plongée et parfois le salut. Sur les cycles et en particulier les motocycles, mais également sur nombre d'autres véhicules et en particulier d'automobiles, un freinage sur les roues avant entraIne un couple de basculement vers l'avant tel que les suspensions avant sont écrasées tandis que les suspensions arrière sont généralement soulagées. Ceci est d'autant plus net que le plus souvent cela se traduit par un abaissement de l'avant du véhicule et l'augmentation subséquente des effets du couple. Ainsi sur la plupart des motocycles à suspension avant classique à fourche et à-amortisseurs et ressorts travail- lant le long de la fourche, l'écrasement de la suspension se traduit par un raccourcissement de la fourche tandis que l'arrière se trouve soulevé. Sur ce type de véhicule à suspension classique, les mouvements relatifs des roues avant et arrière sont relativement aisés à définir, les essieux décrivant des droites ou parfois des arcs de cercles de sorte que la plongée ou l'antiplongée résultant de dispositions géométriques simples et de définitions, elles aussi relativement simples, des règles statiques et dynamiques applicables aux suspensions. Dans le cas des systèmes à deux bras latéraux ou à plus de deux bras, les dispositions géométriques entraînent des règles plus complexes, de sorte les réactions d'ensemble d'un véhicule, par exemple en cas de frei- nage, sont relativement plus difficiles à prévoir. En fait, si l'on se reporte à la figure 1 représentant très schémati- quement une suspension avant classique de bicyclette sans suspension, l'essieu est soumis essentiellement à deux forces lors du freinage, une force P de réaction à la pesanteur (le poids en charge du véhicule se 3 2609431 répartissant statiquement entre les essieux) et une force F de réaction au freinage (correspondant à la décélération). A l'arrêt ou à vitesse constan- te en ligne droite, F est nulle et seule intervient P. L'on ne tient pas compte ici du cas du virage introduisant bien entendu des forces complémen- taires et notamment la force centrifuge et la réaction correspondante. Si la résultante R1 (pour le freinage F1) passe sous le centre de gravité G du véhicule chargé, le couple correspondant tend à basculer G vers l'avant et le passage "plonge" ou -"salue". Si cette composante R2 (pour le freinage F2) passe au-dessus de G (ce qui est le cas à freinage faible ou nul), il en va en sens inverse. A la figure 1 on a représenté une composante R2 se confondant avec la réaction dans la fourche. Lorsqu'on se trouve dans le cas de la figure 2 avec une suspension avant à fourche, cas de la plupart des motocyclettes, la résultante R va se décomposer en une force S entraînant la déformation de la suspension et une composante C qui passant sous le centre de gravité G correspond à un couple de basculement vers l'avant. Dans ces cas, on ne peut s'opposer à la plongée qu'entraîne le freinage. Quand on se trouve en présence de suspensions géométriquement plus complexes et en particulier de suspensions à deux bras ou plus, la détermi- nation des conditions de plongée ou d'antiplongée devient elle-même très complexe, de sorte qu'il est difficile de définir les géométries s'opposant ou non à la plongée. La demanderesse a pu définir des conditions simples qui, lorsqu'elles sont remplies par les définitions géométriques des suspensions, assurent l'antiplongée. Dans tout ce qui suit, on considère les positions et mouvements pris relativement par rapport au corps du véhicule supposé fixe et suspendu, dans une position correspondant à celle qu'il aurait en reposant sur le sol avec une charge moyenne. Considérant dans le plan axial longitudinal du véhicule, la courbe décrite par l'axe de la roue quand joue la suspension, la demanderesse a constaté que quand la distance horizontale de l'axe à un point quelconque du corps du véhicule reste constante ou augmente quand augmente la charge au moins apparente sur ledit essieu, la suspension s'oppose à la plongée du véhicule et cela quel que soit le type de suspension; ceci trouve une application très intéressante dans le cas du système à deux barres ou plus pour lequel les courbes décrites sont complexes. On rappellera qu'en particulier dans un système mécanique o un 4 2609431 plan P1, (par exemple celui de l'essieu et de son support) se déplace par rapport à un plan PO (celui du corps du véhicule) grâce à un dispositif cinématique (les deux bras dans le présent exemple), le centre instantané de rotation de P1 par rapport à PO décrit dans le plan PO une courbe b0 appelée base, et dans le plan P1 une courbe r1 appelée roulante qui, au cours du mouvement de P1 sur PO, roule sans glisser sur la base bo, chaque point fixe de P1 (et en particulier ici à l'essieu 0) décrivant une courbe de PO appelée roulette r0. Ce qui importe ici est donc la roulette r0 décrite par l'essieu O dans le plan PO du corps du véhicule. Si l'on applique la règle énoncée plus haut, l'augmentation de charge au moins apparente se traduit par un déplacement de O vers le haut le long de la roulette r0 dans le plan PO. Si O se déplace vers l'arrière (dans le cas de la roue avant) c'est- à-dire vers la droite des figures, la suspension autorise la plongée. Si O va vers l'avant ou reste à la même abcisse (par rapport à l'horizontale) il n'y a pas plongée et plus le déplacement est important vers l'avant (à gauche sur les figures) plus la suspension présente un comportement anti- plongée. Les tangentes à la roulette décrite par l'axe de la roue doivent donc être au moins verticales et de préférence penchées du bas en arrière, vers le haut en avant de sorte que quand l'axe 0 monte par rapport au corps du véhicule, il s'écarte vers l'avant. Dans cette description des exemples on se référera à la suspension de roues directrices qui posent le problème du braquage. Mais il est évident que la suspension adéquate pour une roue qui braque convient a fortiori pour une roue non directrice. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques et les avantages de la présente invention, on va en décrire des exemples de réalisation, 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 reportera, en plus des figures 1 et 2 décrites ci-dessus, aux figures suivantes qui représentent schématiquement des variantes de dispo- sitifs conformes à l'invention: - fig. 3 et 4 représentent des variantes sous la forme géométrique; - fig. 5a & b représentent respectivement les divers lieux géométri- ques des suspensions des figures 3 et 4; - la figure 6 représente un exemple de réalisation correspondant à la 2609431 figure 3; - fig. 7 et 8 sont des variantes du dispositif de la figure 3. A la figure 3 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". Ce plan est généralement le plan de symétrie du corps du véhicule, de la selle, de la roue arrière et, pour un angle de braquage nul, de la roue avant et du guidon ou équivalent. Ce plan est vertical en marche normale rectiligne du véhicule et penché généralement en virage. On le supposera ci-après vertical pour fixer les idées. Ces axes correspondent à 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 vertical parallèle au plan axial longitudinal. Les extrémités A' et B' de ces segments AA' et BB' définissent un axe se déplaçant dans un plan vertical quand pivotent AA' et 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 orthogonales 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 ce plan longitudinal axial. La figure 3 correspond 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 est le plan vertical de AA'BB' quand le braquage est nul. Il peut pivoter autour de l'axe de braquage A'B', entraînant dans sa rotation le porte-fusée A'B'D' et l'axe D'D". Un point C' hors de ce plan définit avec le triangle A'B'D' un tétraèdre porte-fusée 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" du corps du véhicule, A'B' se déplace dans son plan vertical et entraîne C', D' et D" dans un déplacement dans des plans verticaux respec- tifs parallèles à ce plan longitudinal axial (ou confondu avec ce dernier en ce qui concerne D"). 6 2609431 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 situé dans un plan vertical parallèle au plan longitudinal axial. Le point C définit avec le sommet C' du 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' et B', d'une part au 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'et 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 3, est le point I de concours des droites portant les segments AA' et BB'. A la figure 3, ce point I est du coté opposé à la roue R par rapport à AB. La figure 4 est identique à la figure 3 à l'exception du fait que le point I est du même côté que la roue R par rapport à AB. Les dispositions des figures 3 et 4 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. 4). On utilise ici l'adverbe "généralement" car au cours des déformations du quadrilatère AA'BB' il peut arriver que la convergence des segments opposés change de sens. On étudiera ci-après plus en détail la cinématique de ces dispositions. En se rapportant à la figure 6 représentant schématiquement en perspective un mode de réalisation mécanique des principaux éléments de la figure 3, 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 3). 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 7 2609431 tétraèdre A'B'C'D', l'axe des centres 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 à l'axe de la roue. L'articulation C' reçoit une extrémité d'une biellette CC' dont l'autre extrémité s'articule de préférence 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. En fait, pour permettre un braquage important de la roue R, il est nécessaire que les bras AA' et BB' s'écartent et prennent une forme générale en U pour laisser place à l'ensemble jante-pneumatique. A la figure 7 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 représentés à la figure 6. 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 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 générale 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 coté 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 8) des bras en h qui présenteraient une partie en U 8 2609431U comme à la figure 7 et du côté A ou B deux petits bras B1 et B2 (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 véhicule. Le point C est le centre du joint de préférence universel, par exemple la rotule, de la figure 7. La biellette CC' assurant le braquage peut généralement être rectiligne puisque déportée latéralement et échoppant à la roue quand celle-ci braque. 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. Voire inclus dans ce plan, est cinématiquement relié au guidon ou autre dispositif de commande de direction. On a omis sur les figures 6 et 7 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 8 peut permettre de monter C sur la manivel- le CH d'un axe zz' passant sensiblement entre les bras B B2 de chaque bras de suspension, ce qui peut permettre de placer C au centre moyen de courbure. A la figure 5a, on a représenté les caractéristiques cinématiques des dispositifs des figures 3, 6, 7 et 8. On y retrouve en A et B les axes de pivotement des bras dessinés en 3 positions: une position moyenne AA'0 et BB'O, une position haute AA'1 et BB' et une position basse AA'2 et BB'2. On retrouve sous les références respectives D'O, D'1 et D', C', C'1 et C'2 les positions correspondantes de l'essieu (en marche en ligne droite) et du quatrième sommet C' du tétraèdre (en projection sur le plan de figure). Les centres instantanés de rotation correspondant respectivement aux trois positions sont IO, I1 et 12 qui définissent la courbe de la base b0 fixe dans le plan de AB, liée au corps du véhicule. 9 2609431 La courbe roulante r1 (lieu du centre instantané de rotation fixe dans le plan P1 de A'B'C' mais mobile dans le plan PO) est représentée dans la position correspondant à A'0 B'0 C'0 D'Oe. Comme on l'a rappelé plus haut, elle roule sur b0 dans le plan PO quand P1 se déplace avec A'0 B'0 C'0 D'0 pour venir en tangence respective en I1 et en 12 pour les posi- tions A'1 B'1 C'1 D'1 et A'2 B'2 C'2 D'2. Si les points A' B' C' D' sont fixes dans le plan P1l ils décrivent respectivement dans le plan PO les courbes suivantes: - A' un arc A'1 A'2 du cercle de centre A de rayon AA' - B' un arc B'1 B'2 du cercle de centre B de rayon BB' - C' un arc C'1 C'2 de sa roulette, lieu de C' dans P1 quand la rou- lante r1 roule sur la base b0 - D' un arc D'1 D'2 de sa roulette, lieu de D' dans P1 quand la rou- lante r1 roule sur la base b0 Comme on le remarque sur la figure 5a, la position I0 A'0 B'0 C'0 D'0 correspond à I0 D' sensiblement horizontal et donc à une tangente à la roulette D'1 D'2 en D' verticale puisque I0 est le centre instantané de rotation. On voit donc qu'en appliquant la règle ci-dessus énoncée, entre - la position DO et la position D1, la roulette est orientée du bas avant vers le haut arrière ce qui correspond à une disposition favorable à la plongée. Par contre, entre les positions DO0 et P1, la roulette est penchee en sens inverse du bas arrière vers le haut avant, la position DO0 corres- pondant au cas limite de la tangente verticale (pas de plongée ni d'anti- plongée). On en déduit donc que pour une même géométrie on peut avoir des comportements différents. Si l'on considère le dispositif des figures 3, 6 et 7, on a donc intérêt à ce que la position représentée corresponde à la suspension à pleine charge de façon qu'à charge moyenne ou minimale les bras AA' et BB' se déplacent vers le bas, par exemple en atteignant AA'2 et BB'2 à vide. La figure 5b qui correspond à la figure 4 attire des commentaires équivalents. La roulette D'2 D'0 D' de D' présente un arc D'0 D'1 allant du bas avant vers le haut arrière, ce qui correspond à la plongée tandis que D'2 D'0 va du bas arrière vers le haut avant ce qui correspond à l'antiplongée. La position D'l au même niveau que I0 correspond à la tangente verticale à la roulette c'est-à-dire ici encore au cas limite sans plongée ni anti- plongée. La position A'0 B'0 C'0 D'0 (correspondant à la figure 4) doit donc correspondre à la charge maximale, une charge moyenne ou minimale correspondant aux positions plus basses et par exemple le véhicule à vide à A'2 B'2 C'2 D'2. On notera à ce sujet en comparant les figures 5a et 5b que dans le cas de la première, I est de préférence dans la partie de la base au-dessus de I0 alors que dans la seconde I est de préférence en-dessous. I est donc de préférence soit en-dessus du niveau de l'essieu à l'arrière ou en-dessous à l'avant, faute de quoi la suspension favorise la plongée. Comme on l'a souligné plus haut, l'invention s'applique dans des conditions particulièrement adaptées à la suspension de roues directrices mais il est évident qu'a fortiori elle s'applique à toute roue directrice ou non. L'invention s'applique donc généralement à la suspension de roue o la distance entre le porte-fusée et le corps du véhicule peut-être mesurée par la distance de l'essieu à un point donné du corps, l'axe des cylindres pour un moteur "bicylindre à plat" à deux cylindres opposés ou l'axe de vilebrequin pour tout moteur à vilebrequin transversal, etc.. Cette dis- tance doit donc augmenter (tangente à la roulette inclinée d'avant haut vers l'arrière bas) ou à la limite rester constant (tangente verticale quand le véhicule est en position non inclinée latéralement sur terrain horizontal), les figures 5a et 5b supposent le corps du véhicule fixe et la suspension jouant (ce qui correspond à un sol se déplaçant avec la roue). Il est également évident que lorsqu'on considère la variation de charge amenant la suspension d'une limite à une autre, il s'agit du véhicule aux extréma de charge (charge statique correspondant au conducteur léger, sans bagage et avec le réservoir pratiquement vide et réciproquement le conduc- teur lourd avec des bagages et le plein de carburant; charges auxquelles il faut ajouter ou retrancher les charges dynamiques selon leur sens: frei- nage, accélération, inégalités et pente de la route, etc...) il REVENDICATION 1.- Dispositif de suspension anti-plongée de roue avant de véhicule présentant entre le porte-essieu et le corps du véhicule un mécanisme cinématique de suspension caractérisé par le fait que dans le mouvement relatif du porte-fusée A'B'C'D' par rapport au corps du véhicule sur terrain horizontal, lors du fonctionnement de la suspension, la géométrie du train cinématique AA'BB' assure l'écartement horizontal de la fusée D'D" par rapport au corps du véhicule quand augmente la charge. 2.- Dispositif de suspension selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la roue R ainsi suspendue est directrice. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la suspension est assurée essentiellement par deux bras AA', BB' articulés d'une part au porte-fusée A'B'C'D' et d'autre part au corps du véhicule par pivotement sur deux axes AA", BB" dudit corps. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les deux axes AA", BB" sont sensiblement orthogonaux au plan longitudinal axial du véhicule. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que dans le mouvement relatif du porte-fusée A'B'C'D' par rapport au corps du véhicule et en projection sur le plan longitudinal axial, la roulante r1 roulant sur la base bo, les tangentes à la roulette D'0 D' - décrite par l'essieu ont une pente allant du haut avant vers le bas arrière. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'à charge maximale, la tangente en D'o est verticale quand le véhicule est en position à plan longitudinal axial vertical.