Brevet FR2612848A1 — publié le 19880930

v 4 8 SUSPENSION DE ROUES ARRIERE D'UN VEHICULE A QUATRE ROUES MOTRICES A EFFORT CONSTANT La présente invention se rapporte à un dispositif de direction des roues arrière faisant partie d'une direction des roues avant et arrière d'un véhicule, et en particulière à un dispositif de suspension de roues arrière apte à réduire les variations de l'effort d'actionnement nécessaire pour maintenir un angle de braquage déterminé des roues arrière. Différents systèmes de direction des roues avant et arrière ont été proposés. Par exemple, les demandes correspondantes de brevet américain nc 822 000, 822,293, 821,988, 822 008, 822 010 et 822 043 reven- diquant la priorité unioniste de la demande de brevet japonais d'origine en date du 24 janvier 1985 décrivent des dispositifs de direction pour des véhicules qui permettent de braquer les roues arrière en relation avec le braquage des roues avant en fonction de la vitesse du véhicule. Selon ces dispositifs, les roues arrière sont généralement orientées dans le même sens, ou ne sont pas orientées du tout, dans un domaine de vitesse élevée et sont orientées dans le sens opposé dans un domaine de faible vitesse. Le rapport d'angles de braquage est, par exemple, une fonction continue de la vitesse du véhicule, ce rapport d'angles de braquage prenant une valeur positive ou une relation de même sens, lorsque la vitesse du véhicule est supérieure à une certaine valeur, et prenant une valeur négative -ou relation de sens opposé- lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à une certaine valeur, grâce à quoi le comportement du véhicule dans tous les domaines de vitesse peut être amélioré. Par exemple, dans le domaine de faible vitesse, étant donné que les roues arrière sont orientées dans le sens opposé, 2 6u 1 2 8 4 l'angle de braquage minimum et la différence de rayon intérieur entre les roues intérieures et les roues extérieures (le degré de différence entre les trajets des roues intérieures et des roues extérieures) sont tous deux considérablement réduits et la maniabilité du véhicule, lorsqu'on le conduit dans un garage ou sur une voie étroite et tortueuse, ou lorsque l'on effectue un demi-tour, est augmentée de manière importante. Dans le domaine de vitesse élevée, les réponses dynamiques latérales du véhicule lorsque, par exemple, on change de file de circulation, sont nettement améliorées. Conformément au brevet américain n 4 295 657 délivré au même cessionnaire, les roues arrière sont orientées dans le sens opposé lorsque l'angle de bra- quage est faible, et dans le même sens lorsque l'angle de braquage est important. Cette structure simplifie le mécanisme de direction des roues arrière et, cepen- dant, permet d'atteindre approximativement le même effet que les systèmes de direction des roues avant et arrière décrits précédemment. Dans un tel véhicule, étant donné que la relation de phase ou sens de braquage des roues arrière par rapport aux roues avant varie en fonction de L'angle de braquage du volant de direction, l'effort requis pour maintenir l'angle d'orientation des roues arrière varie lorsque l'angle de braquage varie, ce qui pro- voque une certaine gêne du conducteur. La plupart des véhicules sont équipés de directions hydrauliques assistées, mais dans la plupart des cas, on admet la réaction que les roues du véhicule subissent de la surface de la route soit retransmise jusqu'au volant de direction afin d'améliorer la manoeuvre de la direction, en particulier en permettant au couple d'auto-alignement des roues directrices ou, en d'autres termes, au couple qui a tendance à ramener 261 2 84 les roues directrices vers leur position neutre d'assister le conducteur dans la direction du véhicule. Les variations de l'effort requis pour main- tenir Le volant de direction à un certain angle de braquage (désigné ciaprès par "couple de braquage") deviennent plus prononcées lorsque l'angle de chasse de chacune des roues arrière augmente et que l'ampli- tude du couple d'auto-alignement augmente. Toutefois, si les angles de chasse des roues arrière sont réduits afin de réduire les variations du couple de braquage, la capacité des roues arrière à maintenir une tra- jectoire rectiligne peut se dégrader. Au vu de ces inconvénients de l'art anté- rieur, un premier objet de la présente invention est de créer un dispositif de suspension des roues arrière pour un véhicule à roues avant et arrière directrices dans Lequel la variation de l'effet nécessaire pour maintenir l'angle de braquage à un certain angle (couple de braquage) est diminuée et dans lequel, simultanément, la tendance des roues arrière à main- tenir une trajectoire rectiligne est assurée. Un autre objet de la présente invention est de créer un dispositif de suspension des roues arrière pour un véhicule à roues avant et arrière directrices qui minimise la variation du couple de braquage grâce à une structure simple. Conformément à la présente invention, de tels buts sont atteints en créant un dispositif de suspen- sion pour un véhicule à roues avant et arrière direc- trices dans lequel Les roues arrière sont orientées en relation de phase opposée aux roues avant sous au moins une condition, caractérisé en ce qu'un angle de chasse de chacune des roues arrière augmente relative- ment fortement lorsque la distance entre le châssis du véhicule et la roue arrière diminue à partir de la position neutre. Ainsi, lorsque le véhicule effectue un virage serré qui conduit le véhicule, en particulier sa partie extérieure, à s'abaisser et à se rapprocher de la roue extérieure sous l'effet d'une force centrifuge agissant sur le centre de gravité du châssis du véhicule et que l'angle de chasse de la roue extérieure est ainsi réduit, le couple d'autoalignement est avantageusement réduit parce que la roue extérieure qui est soumise à une plus grande charge verticale durant le virage du véhicule prend en compte une partie substantiellement plus importante du couple d'auto-alignement que la roue intérieure. D'autre part, lorsque le véhicule roule à sa vitesse de croisière ou décélère, étant donné que le châssis du véhicule reste à une certaine distance verticale des roues arrière et que les angles de chasse des roues arrière sont ainsi augmentés, les roues arrière procurent avantageusement une tendance relativement forte à maintenir une trajectoire recti- ligne. Ainsi, la force nécessaire requise pour main- tenir un certain angle de braquage varie peu lorsque l'angle de braquage augmente et, simultané- ment, la tendance des roues arrière à maintenir une trajectoire rectiligne est conservée. Conformément à un aspect particulier de la présente invention, une telle propriété de l'angle de chasse des roues arrière est produite par une structure dans laquelle une fusée de chacune des roues arrière est montée sur un bras de suspension supérieur et un bras de suspension inférieur qui relie de manière pivotante la fusée au châssis du véhicule à ses deux extrémités respectives, respec- tivement, et dans laquelle un axe de rotation du bras supérieur s'incline vers le bas à son extrémité avant tandis que l'axe de rotation du bras inférieur s'étend sensiblement parallèlement à la longueur du véhicule. 2 6128 48 De préférence, l'axe de symétrie du bras supérieur s'incline en outre vers l'intérieur à sa partie avant. Cette structure est avantageuse non seule- ment en raison de sa simplicité mais également en raison de sa capacité à réduire la tendance de la partie arrière du châssis du véhicule à s'élever en cas de freinage brutal. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lec- ture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, sur lesquelles: - La figure 1 est une vue en perspective représentant le système de suspension et le système de direction d'un véhicule auquel le dispositif de suspension des roues arrière de la présente invention est appliqué; - La figure 2 représente un diagramme schéma- tique vu en plan du dispositif de suspension conforme à la présente invention pour l'une des roues arrière; - La figure 3 représente un diagramme schéma- tique du dispositif de suspension de la présente inven- tion pour l'une des roues arrière en vue de côté; - La figure 4 est une courbe représentant la relation de l'angle de chasse porté selon l'axe hori- zontal au déplacement vertical relatif entre le châssis du véhicule et la roue arrière, porté selon l'axe vertical, les valeurs positives du déplacement rela- tif correspondant à différents degrés de soulèvement du véhicule à partir de sa position neutre relativement à la roue arrière tandis que les valeurs négatives du déplacement relatif correspondent à différents degrés d'abaissement du châssis du véhicule à partir de sa position neutre relativement à la roue arrière; et - La figure 5 est une courbe conceptuelle représentant la relation entre les angles de braquage des roues avant et les angles de braquage des roues arrière et Les couples d'auto-alignement engendrés par Les roues correspondantes. La figure 1 représente de manière générale le système de suspension et le système de direction d'un véhicule à roues avant et arrière motrices auquel un mode de réalisation du dispositif de direction des roues arrière est appliqué. Une colonne de direction 2 qui est reliée au volant de direction du véhicule est reliée à une boite de crémaillère du type à pignon et crémaillère à son extrémité inférieure, et les deux extrémités d'une crémaillère non représentée sur la figure sont reliées aux extrémités intérieures des biellettes de liaison 4 par des joints à rotule. Les autres extrémités, ou extrémités externes, des biel- lettes de liaison 4 sont reliées aux bras de fusée 5 des roues avant respectives 8. Les bras de fusée 5 font saillie des fusées 9 qui supportent les roues avant 8 et sont eux-mêmes montés à leurs extrémités supérieure et inférieure sur des bras supérieurs 6 et inférieurs 7, respectivement, chacun de ces bras étant relié de manière pivotante au châssis du véhi- cule à son autre extrémité. Un arbre à pignon 10 s'étend vers l'arrière à partir du boitier de crémaillère 3, et l'extrémité arrière de l'arbre à pignon 10 est connectée, au moyen d'un joint universel 11, à un arbre de liaison 12 qui s'étend jusqu'au dispositif de direction des roues arrière. L'arbre à pignon 10 comporte un pignon (non représenté sur les dessins) qui engrène avec la cré- maillère enfermée dans le boitier de crémaillère 3 et tourne avec un certain rapport d'engrenage lorsque le volant de direction 1 est tourné. Le dispositif de direction des roues arrière comprend un arbre d'entrée 14 qui est relié à l'extré- mité arrière de l'arbre de liaison 12 au moyen d'un joint universel 13, et qui est fixé au châssis du véhi- cule au moyen d'un berceau de support fixé à une partie arrière du châssis du véhicule. L'extrémité arrière de l'arbre d'entrée 14 qui fait saillie vers l'arrière est reliée à une manivelle 16 présentant un bras 16a s'étendant radialement. L'extrémité intérieure selon la direction radiale du bras 16a de la manivelle 16 est reliée aux extrémités internes d'une paire de biellettes de liaison 17 au moyen de joints à rotule. Les extrémités externes des biellettes de liaison 17 sont reliées aux bras de fusées 18 des fusées 22 des roues arrière 21. Les fusées 22 sont montées sur des bras supérieurs 19 et des bras inférieurs 20 à leurs extrémités supérieures et inférieures, respectivement. Ces bras 19 et 20 sont montés de façon pivotante sur le châssis du véhicule à leurs extrémités internes, de manière semblable aux parties correspondantes des roues avant. Les bras inférieurs 20 sont également reliés aux barres de poussée 23, à leurs parties intermédiaires, afin d'augmenter la rigidité des bras inférieurs 20 vis-à-vis des réactions subies par les roues 21 en fonction de la surface de la route. Les fusées 9 et 22 sont montées sur des systèmes de suspension 24 qui comprennent chacun un ressort héLicoidal et un amortisseur hydraulique. Ainsi, lorsque le volant de direction 1 est tourné, les roues avant 8 sont orientées sous l'effet de la force de direction transmise par le mécanisme interne de la crémaillère 3 et des biellettes de liai- son 4 des roues avant 8. Simultanément, le couple de braquage du volant de braquage 1 est également transmis à l'arbre à pignon 10 et ensuite, à l'arbre de liaison 12 et à l'arbre d'entrée 14. Lorsque l'arbre d'entrée 14 est tourné, La manivelle 16 tourne et les roues arrière sont dirigées par les biellettes de liaison 17. Conformément au présent mode de réalisation, la manivelle 16 est fixée à l'arbre d'entrée 14 de telle manière que le bras 16a soit orienté verticalement vers le bas lorsque les roues avant 8 sont dans leur position neutre. A ce moment, les roues arrière 21 sont également dans leur position neutre. Par conséquent, lorsque l'angle de braquage est faible et que le mouvement du bras 16a de la manivelle 16 est limité à l'espace situé en-dessous du plan horizontal qui contient l'axe de symétrie longitudinal de l'arbre d'entrée 14, les roues arrière sont orientées dans le même sens, c'est-à-dire selon la même relation de phase, que les roues avant 8. Toutefois, lorsque l'angle de braquage est grand et que le bras de manivelle 16a est tourné au-dessus du plan horizontal mentionné ci-dessus, les roues arrière 21 sont orien- tées en sens opposé de celui des roues avant 8. Dans cette structure, l'angle de rota- tion de la manivelle 16 relativement à l'angle de braquage du volant de direction I peut être choisi librement, par exemple en changeant le rapport d'en- grenage de la crémaillère 3, en changeant la longueur du bras de manivelle 16a, ou en prévoyant des moyens de réduction de vitesse à un endroit convenable dans le trajet de transmission du couple de direction du volant de direction 1 jusqu'aux roues arrière 21 et un rapport d'angles de braquage désiré entre les roues avant et les roues arrière peut ainsi être obtenu à la fois facilement et librement. La figure 2 représente la relation géométrique entre le bras de suspension supérieur 19 et le bras de suspension inférieur 20 vus en plan, c'est-à-dire en projection sur un plan horizontal. L'axe de rotation 31 du bras inférieur 20 relativement au châssis du 2 6 128 48 véhicule s'étend substantiellement parallèlement à la longueur du châssis du véhicule tandis que l'axe de rotation 32 du bras supérieur relativement au châssis du véhicule s'étend obliquement de manière à converger vers une ligne longitudinale qui représente la longueur du châssis du véhicule dans la direction avant. La figure 3 représente la relation géométrique entre le bras de suspension supérieur 19 et le bras de suspension inférieur 20 en vue de c8té, c'est-à-dire en projection sur un plan vertical parallèle à la longueur du châssis du véhicule. L'axe de rotation 31 du bras inférieur est approximativement parallèle à La longueur du châssis du véhicule, tandis que l'axe de rotation 32 du bras supérieur s'étend obliquement de manière à se rapprocher de la surface de la route à sa partie avant. L'axe reliant le point de pivotement 33 et le point de pivotement 34 entre la fusée 9 et le bras supérieur et le bras inférieur 19 et 20 respectivement, définit une ligne imaginaire de pivotement principale 35. Etant donné que l'axe de rotation 32 du bras supérieur 19 est incliné vers le bas à sa partie avant, comme représenté sur la figure 3, la trajectoire du point de pivotement 33 entre la fusée 22 et le bras supérieur 19 présente une composante longitudinale relativement importante tandis que le mouvement du point de pivotement 34 entre le bras intérieur 20 et la fusée 22 est limité au mouvement qui a lieu selon une ligne verticale. En outre, étant donné que l'axe de rotation 32 du bras supérieur 19 est incliné vers l'intérieur en direction de sa partie avant, comme représenté sur la figure 2, le déplacement longitu- dinal du point de pivotement 33 est faible lorsque la.distance entre la roue 21 et le châssis du véhicule est faible. Ce déplacement est important lorsque la distance entre la roue 21 et le châssis du véhicule est importante. 261 4 Par suite, la variation de chasse (61) de la roue arrière 21 lorsque la roue s'est déplacée d'une certaine distance à partir de sa position neutre (trait continu) vers une position (traits interrompus) plus proche du châssis du véhicule est plus faible que la variation de chasse (62) de la roue arrière lorsque la roue s'est déplacée de la même distance à partir de sa position neutre vers une position (traits mixtes) plus éloignée du châssis du véhicule. Ainsi, la trajectoire du point de pivotement 33 vu de côté est elliptique. La courbe représentant l'angle de chasse en fonction des varia- tions de la distance relative (D) entre la roue et le châssis du véhicule, représentée sur la figure 4, est convexe en direction de l'origine du système de coordonnées et prend une valeur minimale (Cmin) lorsque la distance entre la roue arrière et le châssis du véhicule est légèrement plus faible que la distance correspondant à la position neutre (D = DO). La courbe de la figure 5 représente les variations du couple de braquage lorsque l'angle de braquage augmente. La partie supérieure de la courbe représente les variations des angles de braquage réels des roues avant et des roues arrière en fonction de l'augmentation de l'angle de braquage mesuré au niveau du volant de direction. Lorsque l'angle de braquage au niveau du volant de direction est rela- tivement faible, les roues arrière sont orientées dans la même relation de phase (c'est-à-dire dans le même sens) que Les roues avant, mais lorsque l'angle de braquage des roues arrière augmente au-delà d'un certain point indiqué par la lettre A sur la courbe, la relation de phase (le sens) de l'angle de braquage des roues arrière relativement aux roues avant s'inverse. Ainsi, alors que le couple d'auto-alignement des roues 1 1 augmente sensiblement proportionnellement à l'aug- mentation de l'angle de braquage au niveau du volant de direction pendant approximativement toute la plage an-J- laire de braquage, le couple d'auto-alignement des roues arrière augmente initialement avec l'angle de braquage au niveau du volant de direction, mais diminue lorsque l'angle de braquage des roues arrière diminue au voi- sinage de l'angle de braquage A au niveau du volant. Etant donné que le couple d'auto-alignement des roues arrière est relativement faible dans des conditions normales, comme représenté sur la courbe de la figure 5, ce changement du couple d'auto-alignement produit par les roues arrière est masqué par le couple d'auto- alignement produit par les roues avant et la varia- tion du couple de braquage peut être commandée de manière à rester à un niveau qui ne sera pas perçu par le conducteur. En outre, lorsque le véhicule effectue un virage aigu à une vitesse relativement élevée et que les roues arrière sont orientées en relation de phase opposée par rapport à celle des roues avant, la dis- tance entre le châssis du véhicule et la roue exté- rieure arrière est réduite par la force centrifuge et l'angle de chasse de la roue extérieure arrière dimi- nue (à moins que le virage ne soit trop serré et que l'angle de chasse augmente). Etant donné que la roue extérieure arrière qui reçoit une charge verticale plus grande que la roue intérieure arrière apporte une contribution plus grande en proportion au couple d'alignement des roues arrière, la réduction de l'angle de chasse de la roue arrière peut effectivement réduire le couple d'auto-alignement des roues arrière et la variation du couple de braquage due aux variations du couple d'autoalignement peut être effectivement rendue plus faible. 2 6 '1 o 4 En outre, conformément à la présente inven- tion, lorsque la partie arrière du véhicule s'élève à la suite d'un freinage brusque du véhicule, étant donné que la chasse augmente en conséquence, les points de contact entre les roues arrière et la sur- face de La route se déplacent vers l'avant et l'effet appelé "effet antisoulèvement" qui pousse la partie arrière du véhicule vers le bas est obtenu. 2 6 1 28 8 v REVENDICATIONS 1. Dispositif de suspension pour un véhicule à roues avant et arrière directrices dans lequel les roues arrière (21) sont orientées en relation de phase opposée aux roues avant (8) sous au moins une condition, caractérisé en ce qu'un angle de chasse de chacune des roues arrière (21) augmente relativement fortement lorsque la distance entre le châssis du véhicule et la roue arrière (21) augmente à partir d'une position neutre et conserve une valeur positive plus faible lorsque la distance entre le châssis du véhicule et la roue arrière (21) diminue à partir de la position neutre. 2. Dispositif de suspension selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'une fusée (22) de chacune des roues arrière 21 est montée sur un bras de suspension supérieur (19) et un bras de suspension inférieur (20) qui relie de manière pivotante la fusée (22) au châssis du véhicule à ses deux extrémités res- pectives, respectivement, et en ce qu'un axe de rotation (32) du bras supérieur (19) s'incline vers le bas à son extrémité avant tandis que l'axe de rotation (31) du bras inférieur (20) s'étend sensiblement parallèlement à la longueur du véhicule. 3. Dispositif de suspension selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que l'axe de rotation (32) du bras supérieur (19) s'incline en outre vers l'inté- rieur à sa partie avant.