Brevet FR2633877A1 — publié le 19900112

- I _ ROUE POUR VEHICULE MOTORISE OU TRACTE ET VEHICULE EQUIPE D'UNE TELLE ROUE La présente invention concerne une roue pour véhicule motorisé ou tracté, destinée à se déplacer sur une surface d'appui déterminée, comportant une partie centrale liée à la structure de base du véhicule et une partie périphérique concentrique à ladite partie centrale et agencée pour tourner autour de cette dernière. Elle concerne également un véhicule motorisé ou tracté équipé de telles roues. Les roues de la plupart des véhicules actuels, et plus particulièrement des véhicules routiers tels que les voitures de tourisme, les motocy- clettes, les poids lourds, les remorques etc. ou des véhicules sur rails tels que certains trains, notamment les trains à grande vitesse, sont du type à moyeu. Le moyeu, qui a habituellement un diamètre très inférieur à celui de la roue, comporte une partie centrale solidaire de la structure de base du véhicule et une partie périphérique concentrique à cette partie centrale, et agencée pour tourner autour de cette dernière. Dans le cas d'un véhicule routier, la roue se compose d'une jante portant un pneumatique et d'un flasque latéral équipé de moyens de fixation, tels que par exemple des boulons, permettant de solidariser la roue au moyeu correspondant. Dans le cas de certains véhicules sur rails, la roue se compose d'une ceinture annulaire profilée pourvue d'une surface d'appui adaptée au rail, et d'un flasque permettant de fixer la roue au moyeu. La transmission des forces de mise en mouvement, ainsi que la transmission des forces de freinage s'effectuent toujours à travers le moyeu, c'est-à-dire en des points relativement éloignés des points de contact de l'organe de contact de la roue avec la surface d'appui du véhicule. Dans le cas d'un véhicule automobile, l'entraînement se fait au 2- travers du moyeu, qui transmet le mouvement par la jante au pneumatique, la résultante recherchée étant le déplacement relatif de la surface de contact du pneumatique par rapport au revêtement routier. De même, lors du freinage, les forces, qui en dernier ressort doivent aboutir à une réduction du déplacement relatif de la surface de contact du pneumatique par rapport au revêtement routier, sont appliquées sur un disque ou sur une surface de frottement liée au moyeu et transmises par l'intermédiaire de la jante au point terminal. Ces transmissions de forge mettent en jeu des bras de levier importants, ce qui nécessite des constructions très robustes, relativement lourdes et souvent surdimen- sionnées pour des raisons de sécurité. D'un point de vue cinématique, ce type de construction présente de très nombreux inconvénients. Les conséquences en sont multiples et les solutions qui ont été adoptées pour résoudre les problèmes de suspension, de tenue de route, de freinage, de transmission de la puissance sont de plus en plus sophistiquées tout en restant, malgré tout, des solutions de compromis. En raison du poids des moyeux de roues et des organes qui s'y rattachent, les inerties à rattraper par les suspensions et par l'amor- tissement sont importantes, ce qui engendre des conséquences très négatives sur la tenue de route du véhicule. Dans la pratique, l'organe de contact, qui est généralement un pneumatique du moins pour les véhicules routiers, est d'autant plus difficile à maintenir en contact avec les surfaces d'appui que les masses non suspendues sont importantes. Or si le contact du pneumatique avec le revêtement routier est mauvais, la tenue de route du véhicule est mauvaise et la conduite de ce dernier devient dangereuse, en particulier sur un mauvais revêtement. La présente invention se propose de pallier ces divers inconvénients en réalisant une roue telle que mentionnée en préambule, qui permet de réduire considérablement les bras de levier pour la transmission des forces d'entraînement et de freinage, de positionner les points d'articulation de la suspension du véhicule en des endroits considéra- blement plus proches de la surface d'appui du véhicule, et d'alléger d'un facteur élevé les moyens de couplage à la structure de base du véhicule. -3- Ce but est atteint par la roue selon l'invention, caractérisée en ce que ladite partie centrale et ladite partie périphérique sont couplées entre elles par au moins un roulement comprenant au moins un élément annulaire intérieur solidaire de ladite partie centrale, et au moins un élément annulaire extérieur, concentrique audit élément annulaire intérieur et solidaire de ladite partie périphérique, cette dernière portant un organe de contact correspondant à la nature de la surface d'appui du véhicule et en ce que ladite partie centrale est liée à la structure de base du véhicule en au moins un point d'ancrage décentré de la roue. Selon un mode de réalisation préféré, pour un véhicule à performances élevées ou des véhicules lourds du type routier ou sur rails, ledit point d'ancrage décentré est localisé à proximité de la surface d'appui de la roue. Selon un deuxième mode de réalisation préféré, pour un véhicule à garde au sol importante, ledit point d'ancrage décentré est localisé dans la zone de ladite partie centrale la plus éloignée de la surface d'appui de la roue. Selon un troisième mode de réalisation préféré, pour un véhicule tracté comprenant des roues à amortisseurs intégrés, ledit point d'ancrage décentré est localisé dans la zone de ladite partie centrale disposée à mi-hauteur entre le point le plus proche et le point le plus éloigné de la surface d'appui de la roue. Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse, l'élément annulaire intérieur du roulement comprend des organes de fixation pour coupler cette roue à la structure de base du véhicule. Lesdits organes de fixation comportent de préférence des moyens pour coupler ledit élément annulaire intérieur à au moins un bras de suspension du véhicule. Selon une forme de réalisation dans laquelle la roue est destinée à servir de roue directrice, lesdits organes de fixation comportent des moyens -4 pour coupler ledit élément annulaire intérieur à au moins une tige de direction du véhicule. Selon une forme de réalisation avantageuse de la roue, l'élément annulaire extérieur du roulement est lié à des organes pour accoupler cette roue aux moyens d'entraînement du véhicule. Lesdits organes peuvent comprendre une structure tronconique attachée à l'élément annulaire extérieur par au moins trois biellettes articulées. D'une façon avantageuse, la structure tronconique est réalisée en un matériau composite allégé. Selon un autre mode de réalisation, lesdits organes pour accoupler cette roue aux moyens d'entraînement du véhicule comprennent une couronne dentée agencée pour recevoir une chaîne ou pour engrener un pignon d'entraînement. De préférence, l'élément annulaire extérieur du roulement porte une pièce annulaire comportant deux faces sensiblement planes constituant un anneau de freinage et l'élément annulaire intérieur du roulement porte au moins une mâchoire de freinage agencée pour coopérer avec ledit anneau. Cet élément annulaire intérieur peut être associé à un support tubulaire, et l'espace intérieur de ce support tubulaire peut contenir des organes de fonctionnement du véhicule. Dans un véhicule motorisé ou tracté, comportant au moins une roue selon l'invention, l'intérieur des roues peut être utilisé pour loger des organes de fonctionnement du véhicule. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'exemples de réalisation et du dessin annexé dans lequel la fig. I représente une vue en élévation d'une forme de réalisation particulière d'une roue selon l'invention constituant, par exemple, la roue directrice d'un véhicule à deux roues, - la fig. 2 représente une vue en coupe diamétrale d'une roue d'entraî- nement d'un véhicule routier, les fig. 3 et 4 représentent une vue d'une forme de réalisation particulière d'une roue directrice d'un véhicule routier, les fig. 5A et 5B représentent une vue schématique illustrant une utilisation particulière de la roue selon l'invention, les fig. 6A et 6B représentent une vue schématique illustrant une autre utilisation particulière d'une roue selon l'invention, les fig. 7A et 7B représentent une vue schématique illustrant encore une autre utilisation particulière de la roue selon l'invention, et les fig. 8A et 8B illustrent une application des roues selon l'invention pour la réalisation d'une plate-forme de dépannage. En référence à la fig. 1, la roue 10 représentée comporte essentiel- lement une partie centrale 11 et une partie périphérique 12 concentrique à la partie centrale 11. La partie centrale 11 est rendue solidaire de la structure de base du véhicule, par exemple d'un bras 13 monté sur un axe de pivotement 14 fixé à un élément 15 du châssis du véhicule à deux roues. Cet élément 15 est solidaire d'une fourche représentée schématiquement par l'axe 16 qui passe par le centre immatériel O de la roue 10. Un carénage 17 portant un phare 18 est également représenté schématiquement. La partie centrale 11 et la partie périphérique 12 sont couplées entre elles par un roulement 19 qui comporte un élément annulaire intérieur et un élément annulaire extérieur solidaires l'un de l'autre d'une manière connue en soi par l'intermédiaire de billes, de cônes ou d'aiguilles. Le roulement 19 est en fait un roulement standard; de grande dimension, ayant la caractéristique d'être parfaitement étanche et de résister aux contraintes relativement élevées auxquelles il peut être soumis dans une utilisation sur véhicule routier, véhicule sur rails, ou véhicule tout terrain. - 6 - Comme le véhicule auquel est destinée la roue représentée par la fig. I est un véhicule routier, cette roue comporte un organe de contact 20 qui est en fait un pneumatique monté sur une jante (non représentée), solidaire de l'élément extérieur du roulement. L'éliment intérieur du roulement, qui a une forme tubulaire ou qui peut être associé à un élément de support tubulaire, est fixé par des moyens conventionnels, par exemple des boulons 21, au bras 13. A cet effet, l'élément intérieur du roulement comporte avantageusement deux pattes sur lesquelles se fixent les boulons 21. Théoriquement, une patte disposée dans la zone la plus basse de la roue suffit pour maintenir cette roue. L'avantage de cette fixation, prévue pour des véhicules routiers à performances élevées, tels que les automobiles, les motocyclettes, les poids-lourds etc., est que la roue est tenue dans une zone qui se situe aussi près que possible de la surface d'appui. On évite ainsi tous les bras de leviers dus au renvoi des forces et des contraintes au moyeu comme cela se fait obligatoirement sur les roues classiques. La partie extérieure du roulement porte par ailleurs un anneau de freinage 22, de grand diamètre et de relativement faible largeur, qui collabore avec des mâchoires de freinage 23 montées sur le bras 13. Grâce à cette géométrie, le freinage s'effectue dans une zone très proche du revêtement routier et son efficacité est d'autant plus grande que les force de freinage sont transmises directement à la roue, dans la zone qui est immédiatement voisine du point de contact entre le pneumatique et le revêtement routier, et que la surface de l'anneau est grande en raison de son grand diamètre. La roue représentée par la fig. 2 est une roue d'entraînement d'automobile. Elle comporte une jante 24 portant un pneumatique 25 bloqué entre deux rebords latéraux 24a et 24b. Le rebord latéral 24b est solidaire d'un support annulaire 26 fixé à la jante au moyen de boulons 27, et qui est rendu solidaire de l'élément annulaire extérieur d'un roulement 28. L'élément annulaire intérieur (non rotatif) du roulement 28 est rendu solidaire d'un élément 29 du châssis du véhicule (non représenté). Des moyens de fixation classiques, tels que des boulons 30, assurent la tenue d'un anneau de freinage 31, sensiblement identique à l'anneau 22 décrit en référence à la fig. 1. -7- Le support annulaire 26 peut, par ailleurs, porter une couronne dentée 26a agencée pour coopérer avec une chaîne couplée à un pignon d'entraînement (non représenté). L'entrainement de la roue, qui en raison de la construction particulière de cette roue doit être transmis à l'élément extérieur du roulement 28, peut être réalisé sous la forme d'une pièce tronconique 32, réalisée en un matériau composite particulièrement léger, tel que par exemple les fibres de carbone et couplée audit élément extérieur par trois biellettes 33. Un axe d'entraînement 34, couplé audit élément 32, est lié d'une manière conventionnelle aux organes de transmission du véhicule. Les biellettes sont articulées à leurs deux extrémités, respectivement sur la jante et sur la pièce tronconique. Les fig. 3 et 4 représentent une autre forme de réalisation d'une roue directrice 35 d'un véhicule routier. Comme précédemment cette roue comporte un roulement 36 comprenant une partie extérieure 37 et une partie intérieure 38. La partie intérieure 38 du roulement 36, est fixée à la structure de base du véhicule en au moins un point 39. Pour utiliser cette roue sur des véhicules comportant deux bras de suspension classiques 40 et 41 connus en soi, la partie intérieure 38 du roulement peut comporter deux points de fixation 39 et 39'. Un troisième point d'attache 42, également prévu sur l'élément intérieur 38 du roulement 36, permet de coupler une barre de direction 43 connue en soi. On notera que, contrairement au système classique o les trois points d'attache sont prévus sur le moyeu, c'est-à-dire répartis sur un périmètre relativement petit, les trois points d'attache 39, 39' et 42 de la roue représentée par les figures 3 et 4, sont relativement éloignés les uns des autres, ce qui augmente considérablement leur efficacité et permet, aussi bien au niveau de la direction qu'au niveau de la suspension de réduire fortement les contraintes, et par conséquent de diminuer le poids des pièces utilisées et d'augmenter l'efficacité des composants. Il en résultera en particulier une direction extrêmement précise du véhicule. Un autre avantage du système provient du fait que le centre de la roue est totalement dégagé, ce qui met à la disposition du constructeur un - 8 espace libre permettant de loger différentes pièces telles que par exemple des silencieux pour l'échappement, etc. En outre, sur le plan esthétique et aérodynamique, la roue peut être presque entièrement carénée et des solutions nouvelles peuvent être proposées pour le refroidissement des systèmes de freinage dont l'efficacité et la précision seront considérablement augmentées. Pour des véhicules d'utilisation particulière, tels que les véhicules toOs terrains o une garde au sol ausi grande que possible est beaucoup plus importante que les performances routières, la roue selon l'invention présente également des avantages tout à fait uniques. Certains tracteurs à vignes doivent avoir une garde au sol très importante pour permettre au viticulteur d'enjamber les cépages. La roue selon l'invention permet de réaliser de tels véhicules d'une manière simple et économique. Il suffit dans ce cas de prévoir un point d'ancrage de la roue dans une zone décentrée aussi élevée que possible. Un tel agencement est illustré par les fig. 5A et 5B. La roue 50 comporte, comme précédemment, un roulement 51. L'élément annulaire extérieur rotatif du roulement est solidaire de la jante. L'élément annulaire intérieur fixe du roulement est rendu solidaire d'un bras de suspension 52 en un point décentré 53 qui est localisé dans la zone de la partie centrale de la roue la plus haute, c'est-à-dire la plus éloignée de la surface d'appui. Il en résulte une garde au sol h qui est très proche du diamètre de la roue. Pour des remorques à suspension intégrée dans la roue, qui comportent traditionnellement un axe transversal portant à chaque extrémité un bras relié au moyeu d'une roue, la roue selon l'invention, représentée par les fig. 6A et 6B, permet une construction simple et efficace. La roue 60, qui comporte un roulement 61, est fixée à un arbre transversal 62 ou un pivot au moyen d'une liaison élastique du type à torsion-friction qui constitue une suspension 63. Le point d'attache s'effectue dans une zone décentrée située à mi-hauteur de la roue. Ce système est équivalent, au point de vue suspension, à un système classique à bras de suspension reliant le moyeu. La plate-forme ou la carcasse 64 de la remorque peut être fixée directement au pivot 62. -9- Pour des remorques à charges lourdes, on peut prévoir, comme le montrent les fig. 7A et 7B, une roue 70 ayant au moins un roulement 71 dont l'élément annulaire extérieur porte la jante et dont l'élément annulaire intérieur est pourvu d'un point d'attache 72, disposé en un point aussi proche que possible de la surface d'appui 73. Un châssis 74, portant par exemple une plate-forme 75, est directement fixé au point d'attache décentré 72. Une variante de ces différents modes de fixation est illustrée par les fig. SA et 8B. Pour réaliser par exemple un véhicule de dépannage à chargement rapide, on peut monter une plate-forme 80 en deux zones décentrées 81 et 82 de deux roues 83 et 84 à roulement, telles que décrites ci-dessus. Pour une utilisation routière, les deux points d'attache 81 et 82 se trouvent en position haute. Lorsque l'on abaisse, par un moyen approprié, le point d'attache 82 de la roue 84 dans une position basse, la plate-forme 80 devient une rampe de chargement rapide particulièrement appropriée pour le dépannage de véhicules. Pour effectuer cette opération il faut prévoir un dispositif solidaire du chassis de la remorque permettant de faire tourner l'élément annulaire intérieur du roulement de 180 autour d'un axe central (non représenté). Outre ces avantages, le fait, mentionné précédemment, que la partie centrale de la roue, qui est de construction tubulaire, offre un espace disponible. pour la mise en place de composants, qui, jusqu'à présent, devaient être logés à l'extérieur de la roue, présente un avantage considérable. En particulier, l'intérieur de la roue arrière d'une motocyclette peut être utilisé pour loger le silencieux de l'échappement. Les cale-pieds du passager arrière peuvent être fixés directement sur l'élément intérieur du roulement. Cet espace pourrait également être utilisé pour loger d'autres composants tels que par exemple le réservoir à essence, la boîte de vitesses, etc. Une géométrie tout à fait nouvelle des véhicules peut en résulter. Des avantages particuliers en découlent, notamment l'abaissement considérable du centre de gravité, ce qui confère à ce type de véhicules une grande stabilité et une bonne tenue de route et, par conséquent, une sécurité jamais atteinte. _ 10 - Bien que les figures ne représentent que des roues correspondant à des véhicules routiers, il est bien entendu que ce type de roue peut également être utilisé pour des véhicules sur rails. Dans ce cas, les pneumatiques peuvent être remplacés par des pièces annulaires profilées de façon appropriée pour s'adapter au profil des rails. L'existence d'une partie centrale tubulaire non rotative facilite également considérablement l'accouplement de deux ou plusieurs roues, ce qui peut être relativement intéressant pour des véhicules spéciaux destinés à se déplacer dans des terrains marécageux ou particulièrement mous, ou pour des véhicules militaires. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisations décrites mais peut subir différentes modifications et se présenter sous diverses variantes évidentes pour l'homme de l'art. La caractéristique fondamentale réside dans le couplage de la partie intérieure et de la partie extérieure de la roue par un roulement de grande dimension, cette roue se comportant alors comme une chenillette rigide. Les conséquences sont essentiellement dues au fait que la partie centrale de la roue est évidée ce qui permet de réaliser d'importantes innovations techniques et esthétiques. _ Il I- Revendications 1. Roue pour véhicule motorisé ou tracté, destinée à se déplacer sur une surface d'appui déterminée, comportant une partie centrale liée à la structure de base du véhicule et une partie périphérique concentrique par rapport à ladite partie centrale et agencée pour tourner autour de cette dernière, caractérisée en ce que ladite partie centrale ( 1l) et ladite partie périphérique (12) sont couplées entre elles par au moins un roulement (19) comprenant au moins un élément annulaire intérieur solidaire de ladite partie centrale et au moins un élément annulaire extérieur, concentrique audit élément annulaire intérieur et solidaire de ladite partie périphérique, cette dernière portant un organe de contact (20) correspondant à la nature de la surface d'appui du véhicule et en ce que ladite partie centrale (Il) est liée à la structure de base du véhicule en au moins un point d'ancrage décentré (21) de la roue. 2. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour un véhicule à performances élevées ou des véhicules lourds du type routier ou sur rails, ledit point d'ancrage décentré (21) est localisé à proximité de la surface d'appui de la roue. 3. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour un véhicule à garde au sol importante, ledit point d'ancrage décentré (53) est localisé dans la zone de ladite partie centrale la plus éloignée de la surface d'appui de la roue. 4. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour un véhicule tracté comprenant des roues à amortisseurs intégrés, ledit point d'ancrage décentré (62) est localisé dans la zone de ladite partie centrale disposée à mi-hauteur entre le point le plus proche et le point le plus éloigné de la surface d'appui de la roue. 5. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément annulaire intérieur du roulement (28) comprend des organes de fixation (30) pour coupler cette roue à la structure de base (29) du véhicule. - 12- 6. Roue selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits organes de fixation comportent des moyens (39, 39') pour coupler ledit élément annulaire intérieur à au moins un bras de suspension du véhicule (40, 41). 7. Roue selon la revendication 5, destinée à servir de roue directrice, caractérisée en ce que lesdits organes de fixation comportent des moyens (42) pour coupler ledit élément annulaire intérieur à au moins une tige de direction du véhicule (43). 8. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément annulaire extérieur (37) du roulement (36) est lié à des organes pour accoupler cette roue aux moyens d'entraînement du véhicule. 9. Roue selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits organes pour accoupler cette roue aux moyens d'entraînement du véhicule comprennent une structure tronconique (32) attachée à l'élément annulaire extérieur par au moins trois biellettes articulées (33). 10. Roue selon la revendication 9, caractérisée en ce que la structure tronconique (32) est réalisée en un matériau composite allégé. I 1. Roue selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits organes pour accoupler cette roue aux moyens d'entraînement du véhicule comprennent une couronne dentée (26a) agencée pour recevoir une chaîne ou pour engrener un pignon d'entraînement. 12. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément annulaire extérieur du roulement porte une pièce annulaire comportant deux faces sensiblement planes constituant un anneau de freinage (22) et en ce que l'élément annulaire intérieur du roulement porte au moins une mâchoire de freinage (23) agencée pour coopérer avec ledit anneau. 13. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément annulaire intérieur est associé à un support tubulaire, et en ce que l'espace intérieur de ce support tubulaire contient des organes de fonctionnement du véhicule. - 13- 14. Véhicule motorisé ou tracté, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une roue selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intérieur des roues est utilisé pour loger des organes de fonctionnement du véhicule.