Brevet FR2643025A1 — publié le 19900817

La présente invention est relative à un dispositif stabilisateur pour véhicule automobile et, plus particulièrement, à un tel dispositif conçu pour équiper l'essieu arrière d'un véhicule du type auto-caravane (couramment appelé "camping-car" suivant le nom anglais d'un tel véhicule). Un camping-car est couramment construit par des carrossiers à partir d'un chassis de camionnette, le plus souvent du type traction avant, avec donc un essieu arrière rigide sans pont, monté sur des amortisseurs à ressort longitudinaux constituant la suspension de la caisse du véhicule. Celleci constitue une charge qui présente des caractéristiques différentes de celles de la charge d'une camionnette de transport classique, o l'essentiel de cette charge se trouve en appui sur le plancher de la caisse, avec donc un centre de gravité assez bas par rapport au sol. Dans un camping-car, la caisse est haute de manière à permettre à des personnes d'y demeurer debout. En outre les parties hautes sont alourdies de meubles et autres aménagements suspendus alors que le plancher est largement dégagé pour permettre la circulation des personnes. Il en résulte que le centre de gravité de la caisse et de sa charge est placé nettement plus haut que dans la camionnette pour laquelle le chassis utilisé a été conçu. Dans les virages, sur les routes à fort dévers ou en cas de vent latéral, la position haute de ce centre de gravité a pour effet d'accroître le moment de renversement dû aux forces transversales appliquées au véhicule (voir le moment par rapport au sol de l'effort résultant F appliqué au centre de gravité G, sur le schéma d'un véhicule équipé d'un dispositif suivant la présente invention, représenté à la figure 6 du dessin annexé). Ce moment de renversement agit de manière dissymétrique sur la suspension de l'essieu arrière du véhicule et la caisse prend alors une inclinaison latérale qui peut être forte et désagréable pour les passagers, voire dangereuse. Dans une succession de virages la caisse prend un mouvement de roulis qu'il faut minimiser à la fois pour des raisons de confort et de sécurité. En outre, la charge moyenne d'un camping-car est plus importante, mais aussi plus constante, que celle d'une camionnette de transport. Lorsqu'on construit un camping-car à partir d'un châssis de camionnette, on observe alors une surcharge permanente de la suspension de l'essieu arrière, surcharge qu'il faut aussi corriger. En effet, dans un tel camping-car, la surcharge de l'essieu combinée à la position du centre de gravité, à l'inertie de la caisse et à la grande prise au vent latéral de cette caisse, induisent des angles de braquage qui perturbent notablement la trajectoire du véhicule et obligent le conducteur à de constantes corrections de cette trajectoire. Une solution consiste à assurer un rappel en roulis de la caisse à l'aide d'une barre classique dite "antidévers" ou "antiroulis", et à recaler la suspension avec des ressorts à faible raideur. Cette solution, complexe, présente des inconvénients qui découlent de l'encombrement des organes à installer: barre antidévers, attaches de la barre, ressorts additionnels, et du poids de ceux-ci, qui s'ajoute à la masse non suspendue. La présente invention a pour buts de réaliser un dispositif stabilisateur qui ne présente pas ces inconvénients et qui, notamment, permet d'intégrer sous un faible volume et avec un faible poids des fonctions de rappel en roulis et de recalage de la suspension du véhicule, sans modification de la suspension d'origine. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, avec un dispositif stabilisateur pour caisse de véhicule comportant un essieu relié à la caisse par des moyens élastiques de suspension, caractérisé en ce qu'il comprend une lame en matériau composite & fibres longitudinales continues de bout en bout, montée parallèlement à l'essieu entre celui-ci et la caisse, cette lame présentant une partie centrale souple formant articulation pour deux parties terminales rigides, un organe de liaison à chaque extrémité de la lame pour connecter cette extrémité à la caisse, deux supports intermédiaires fixés sur l'essieu et connectés chacun à la lame par des moyens définissant un point d'articulation fixe pour une partie terminale rigide associée qui bascule dans un plan de symétrie commun à la lame et à l'essieu lors d'un mouvement de roulis de la caisse, pour assurer un rappel en roulis de cette caisse par un contre- basculement de l'autre partie terminale de la lame. La lame est constituée de fibres continues et présente une section transversale de surface constante et de géométrie variable, la partie centrale souple étant amincie et élargie par rapport aux parties terminales rigides, le plan de la partie amincie étant perpendiculaire au plan de symétrie commun à la lame et à l'essieu. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque partie terminale de la lame est en porte-à-faux à partir du point d'articulation adjacent sur une longueur environ égale à la moitié de celle de la partie centrale souple mesurée entre les deux points d'articulation. En l'absence de charge, la lame est cintrée suivant son axe longitudinal de manière à être précontrainte sous charge pour délester partiellement les moyens élastiques de suspension. Au dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple: - la figure 1 est une vue perspective d'un essieu arrière d'un véhicule automobile, du type "auto-caravane", équipé du dispositif stabilisateur suivant l'invention, - la figure 2 est une vue en plan d'une lame en matériau composite formant partie du dispositif représenté sur la figure 1, quand cette lame n'est pas chargée, - la figure 3 est une vue de profil de la lame de la figure 2, et - les figures 4, 5 et 6 sont des schémas d'un essieu de véhicule équipé du dispositif suivant l'invention, expliquant le fonctionnement de ce dispositif, au repos, sous charge verticale et sous effort de renversement, respectivement. On se réfère à la figure i du dessin annexé o il apparait que l'essieu 1 représenté porte des roues 2, 3 équipées de pneumatiques, cet essieu étant suspendu par ses extrémités à des moyens élastiques de suspension tels que des ressorts 5, 6 à lames parallèles. Des moyens d'assemblage classiques tels que référencés 7 assurent la liaison entre les ressorts et l'essieu. Un essieu rigide ainsi équipé correspondant à l'essieu arrière d'un châssis de camionnette, couramment utilisé par les carrossiers pour construire des camping-cars, comme on l'a vu plus haut. Des amortisseurs classiques 4, 4' complètent la suspension de l'essieu. Les ressorts 5, 6 sont ainsi agencés parallèlement à l'axe longitudinal du châssis et leurs extrémités sont équipées de blocs 8, 9 et 8', 9' respectivement assurant la liaison entre les ressorts et la caisse du véhicule. Chacun des ressorts 5, 6 peut comprendre classiquement un empilage de lames assurant une flexibilité du ressort variable avec la charge. Un essieu ainsi suspendu convient bien pour des camionnettes supportant une charge, certes variable, mais de centre de gravité relativement baspar rapport au plancher de cette caisse et donc par rapport au sol. En particulier il supporte correctement les forces centrifuges subies par le véhicule dans les virages, sur route à fort dévers ou lors de coup de vent latéral. Il n'en est pas de même si le châssis comportant un tel essieu arrière reçoit la caisse d'un camping-car. En effet, comme on l'a vu plus haut, le centre de gravité élevé d'une telle caisse rend celle-ci plus sensible aux forces centrifuges car le-moment de ces forces (moment de "renversement") est proportionnel à la distance entre le centre de gravité de la caisse et le sol. En outre la caisse volumineuse d'un camping-car rend un tel véhicule particulièrement sensible au vent latéral. Enfin le poids, relativement constant mais important d'une telle caisse, écarte le point de fonctionnement des ressorts de suspension de celui qui a été choisi alors qu'on destinait un tel chassis à une camionnette. Il résulte de toutes ces -caractéristiques particulières qu'un châssis de camionnette suspendu classiquement ne donne pas satisfaction lorsqu'on l'utilise pour construire un camping-car. En particulier, un tel véhicule est alors sujet à un fort roulis. C'est le but principal de la présente invention que de réduire ce roulis de manière à le contenir dans des limites compatibles avec le confort et la sécurité nécessaires à la conduite du véhicule. C'est un autre but de la présente invention que' de prévoir des moyens de rappel en roulis qui intègrent une fonction de délestage des ressorts de suspension de manière à replacer le point de fonctionnement de ceux-ci dans une région correspondant à celui pour lequel ils ont été construits. Ces buts sont atteints, suivant l'invention, à l'aide d'une lame élastique 10 en matériau composite à fibres longitudinales, montée au- dessus de l'essieu 1, parallèlement à celui-ci, en dessous de la caisse du véhicule. La lame comprend une partie centrale souple 11, large et amincie et deux parties terminales identiques 12, 13 rigides, de section transversale sensiblement carrée et de surface constante. Des organes de liaison 14, 15, tels que des colliers sont montés aux extrémités de la lame 10 pour relier ces extrémités à la caisse du camping-car, au niveau de longerons supportant celle-ci, par exemple. Des garnitures (non représentées) en matériau élastique tels que du caoutchouc, sont interposées entre les extrémités de la lame et les colliers 14, 15 pour autoriser une certaine rotation des parties terminales rigides 12, 13 de la lame autour des colliers. Des supports intermédiaires 16, 17 sont fixés sur l'essieu 1 dont ils débordent verticalement et ces supports sont conformés en paliers 18, 19, respectivement, dans lesquels passe la lame 10, ces paliers définissant des points d'articulation fixes pour cette lame, à une distance prédéterminée de l'axe de l'essieu 1. Pour ce faire, des garnitures en matériau élastique, en caoutchouc par exemple, peuvent être montées dans les paliers, autour de la lame 1. Comme représenté aux figures 2 et 3, qui se correspondent verticalement, la partie centrale 11 de la lame comprend une région lla souple et mince, d'épaisseur et de largeur sensiblement constante, raccordée par deux régions llb, à section de géométrie évolutive, aux deux parties 12, 13 rigides. La partie centrale amincie 11 de la lame 10 s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à un plan de symétrie, normalement vertical, commun à la lame 10 et à l'essieu 1. Grâce à la souplesse de la région 11a de la partie centrale de la lame 10, celle-ci peut fléchir dans ce plan, comme on le verra plus loin. Suivant la présente invention, le rapport de la longueur 1 de la partie en porte-à-faux d'une partie terminale 12, 13 à la longueur de la zone centrale 11 est d'environ 0,5, ceci pour optimiser le rappel en roulis obtenu, comme on le verra dans la suite. Suivant un mode de réalisation préféré de la lame 10 du dispositif selon l'invention, la lame est réalisée en un matériau composite à fibres longitudinales non coupées, noyées dans un liant. A titre d'exemple une telle lame peut comprendre des fibres de verre noyées dans une résine synthétique telle qu'une résine époxy, la proportion en volume des fibres de verre étant de l'ordre de 50 %. Une telle lame peut âtre réalisée par moulage, comme celle décrite au brevet français No. 2.516.455 au nom de la demanderesse. Une telle structure de lame permet avantageusement de faire varier la géométrie de la section transversale de la lame en épanouissant à plat les fibres de la lame dans la partie centrale, et en les rassemblant dans une section de forme compacte dans les parties terminales. La lame présente ainsi des sections transversales de surface constante et de moment d'inertie variable, nécessaires dans la présente application et avantageuses du point de vue de la simplicité de fabrication et de la tenue en fatigue de la lame. L'épaisseur de la zone centrale lla de la partie I1 est définie par les contraintes admissibles tandis que la largeur de cette zone est commandée par la charge du véhicule et par le débattement demandé à la partie 11, comme on le verra plus loin. La longueur llb des zones de raccordement à profil évolutif est déterminée par des conditions technologiques de réalisation et les contraintes transversales à encaisser. Sur la figure 3, on remarquera que la lame 10 est cintrée dans son plan vertical de flexion, suivant une caractéristique avantageuse du dispositif selon l'invention. On rappelle que ce dispositif est destiné, notamment, à équiper des camping-cars réalisés à partir de chassis de camionnettes. Dans cette application, non limitative, on a observé que les ressorts de suspension, prévus pour-supporter la caisse d'une camionnette, étaient surcharges par la caisse d'un camping-car. En moulant la lame 10 du dispositif suivant 1 'invention de manière à lui donner la forme cintrée de la figure 3, dans son plan de flexion, on obtient un délestage des ressorts de suspension 5, 6 après redressement de la lame 10, sous l'effet du poids de la caisse, dans un plan horizontal de précontrainte, comme représenté à la figure 1. Pour obtenir ce résultat il faut bien sûr monter la lame sur les supports 16, 17 de manière qu'en l'absence de liaison avec la caisse, la concavité de la lame soit orientée vers le haut. L'importance du délestage peut être réglé en ajustant convenablement la raideur verticale de la lame, dont on peut calculer toutes les sections transversales, et en tenant compte aussi du débattement nécessaire à prévoir pour la lame dans sa fonction de rappel en roulis, comme on le verra plus loin. Ainsi le point de fonctionnement des ressorts de suspension 5, 6 d'origine peut-il être ramené à celui prévu dans l'application à une camionnette. Ceci sans accroitre l'encombrement du dispositif puisque, par précontrainte, la lame cintrée d'origine occupe sous charge statique moyenne une position horizontale d'encombrement minimal. On se réfère maintenant aux figures 4 à 6 du dessin annexé pour expliquer le fonctionnement du dispositif stabilisateur selon l'invention. A la figure 4 on a représenté schématiquement la caisse 20 d'un camping-car montée sur un chassis dont l'essieu arrière est équipé de ce dispositif. Comme on l'a expliqué ci-dessus, sous charge moyenne, la lame 10 est précontrainte dans un plan sensiblement horizontal et cette précontrainte applique à la caisse, par les organes de liaison 14, 15, des efforts verticaux orientés de bas en haut qui délestent les ressorts de suspension 5, 6 pour les ramener à leur point de fonctionnement normal, point auquel ils se maintiennent grâce à la relative constance de la charge développée par la caisse d'un camping-car. A la figure 5 on a illustré le comportement de la lame en cas d'application d'une surcharge verticale f éventuellement variable; pouvant conduire à des oscillations verticales de la caisse, phénomène couramment désigné sous le nom de "pompage". Avec une lame 10 conçue comme décrit ci-dessus, on peut ajuster la raideur verticale de la lame pour que celle-ci n'influence que modérément la raideur globale de l'ensemble constitué par les ressorts 5, 6 et la lame 10, pour ne pas modifier sensiblement le rapport de cette raideur à celle du train avant du véhicule prévue par le constructeur. L'influence de la lame 10 agit donc dans ce cas surtout pour recaler le point de fonctionnement des ressorts à un point optimal. On notera que le cintrage symétrique renforcé de la lame 10 en cas de pompage (illustré à la figure 5) ne perturbe pas l'équilibre latéral de la caisse du véhicule. La raideur verticale de la lame doit cependant être ajustée en fonction du débattement maximal des extrémités de la lame. A cet égard il faut remarquer aussi que l'on peut agir, pour admettre ce débattement, sur la position des points d'articulation 18, 19 par rapport à l'essieu, en les écartant convenablement des bases de leurs supports 16, 17, ancrés sur cet essieu. A la figure 6, on a illustré l'influence d'une force résultante F appliquée au centre de gravité G de la caisse, lors du passage du véhicule dans un virage ou sur une route à fort dévers, ou du fait d'un fort vent latéral. Comme on l'a vu plus haut, la position élevée du centre de gravité G amplifie le moment de cette force par rapport au sol, moment dit "de renversement", ce moment ayant pour effet de faire basculer la caisse. Couramment on observe alors des angles de caisse supérieurs à 10 qui, alternés d'un côté ou de l'autre de la caisse lors d'une circulation du véhicule dans une suite de virages par exemple, rendent la conduite de ce véhicule fatigante, inconfortable et peu sure. Grâce au dispositif stabilisateur suivant l'invention on limite ces angles de caisse à une valeur maximale de l'ordre de 4 , par exemple, pour laquelle ils ne constituent pas une gêne ou un danger notable. Cette limitation est obtenue grâce à un rappel en roulis développé par la lame 10 lorsque, par exemple, un côté de la caisse se soulève plus que l'autre par suite du basculement imprimé à la caisse par la force È. Si alors, comme représenté à la figure 6, l'organe de liaison 14 remonte, il fait basculer vers le bas l'autre extrémité de la partie terminale 12 de la lame. Ce basculement est transmis à son tour à l'autre partie terminale 13 de la lame, par la partie centrale souple 11 de la lame 10, de manière à rappeler vers le bas l'extrémité gauche (du point de vue de la figure 6) de la partie terminale rigide 13 qui bascule dans le sens contraire de celui des aiguilles d'une montre. L'autre extrémité de la partie 13, liée à la caisse par l'organe de liaison 15, remonte alors pour contrer l'effort d'écrasement du ressort 6 dû au roulis, ce qui a pour effet de diminuer l'importance de ce roulis. On comprend que ce comportement est symétrique et qu'on pourrait inverser la partie droite et la partie gauche de la caisse dans la description qui précède. Il est à noter que les ressorts 5, 6 de la suspension ont eux-mêmes un comportement antiroulis du fait de leur écrasement différentiel. Celui-ci n'est cependant pas suffisant dans le cas d'un camping-car monté à partir d'un châssis de camionnette et c'est l'objet de la lame 10 que d'ajouter sa propre raideur en roulis à celle des ressorts 5, 6 pour assister le comportement antiroulis de ceux-ci. A cet effet on peut prévoir une lame stabilisatrice présentant une forte raideur en roulis telle que l'ensemble présente une raideur en roulis de 2 à 3 fois supérieure à celle des ressorts 5, 6 seuls. Le calcul permet de déterminer les formes et les dimensions à donner à une telle lame pour atteindre ce résultat. On a illustré sur la figure 6 une particularité avantageuse de la lame 10, tenant à la souplesse en déformation de la zone centrale 11, qui peut prendre une forme en "S" lors de la transmission d'efforts d'une partie terminale vers l'autre. Cette propagation longitudinale des efforts de rappel en roulis dans la zone centrale assure un certain déphasage entre l'effort transmis et la réaction à cet effort, déphasage qui contribue à amortir les à-coups dus aux efforts appliqués au véhicule. A titre d'exemple, on donne ci-dessous les caractéristiques mécaniques et géométriques essentielles d'un dispositif suivant l'invention, conçu pour équiper un camping-car monté sur un châssis PEUGEOT J5 équipé de ressorts de suspension de l'essieu arrière du "châssis cabine 1400": - longueur utile de la lamne: 1300 mm - section: 1600 mm2 environ, carrée en bout, aplatie au centre - longueur porte-a-faux parties 12,13: 325 mm La lame est en matériau composite à fibres de verre unidirectionnelles noyées dans une résine époxy, avec 50 à % en volume de fibres, supportant une contrainte de traction supérieure à 100 hbar et présentant un module d'élasticité longitudinale de 4000 hbar. Installé dans un tel camping-car le dispositif suivant l'invention permet de limiter le roulis de la caisse à un angle de caisse inférieur à 4 , avec un facteur de charge latérale de 0,3 g. La réalisation de la lame 10 en matériau composite permet de réaliser un dispositif stabilisateur léger et peu encombrant. Par comparaison une réalisation en acier de la lame conduirait à une zone centrale 11 de 940 mm de largeur, d'encombrement inacceptable. Le dispositif suivant l'invention se prête à un conditionnement en kit, comprenant sous forme de pièces détachées la lame 10, deux organes de liaison 14, 15 et deux supports 16, 17, de manière à pouvoir être installé commodément sur un camping-car existant dont on souhaite améliorer la stabilité de trajectoire du véhicule, par limitation du déversement latéral de la caisse et donc des perturbations du comportement du train roulant, notamment par braquage induit. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, les supports 16 et 17 pourraient être conçus de manière à basculer sur l'essieu alors que leur extrémité liée à la lame serait fixe par rapport à la partie terminale rigide adjacente. En outre, il est clair que l'invention peut trouver application à la stabilisation de véhicules autres que les camping-cars construits à partir d'un châssis de camionnette, dans la mesure o ces autres véhicules peuvent tirer parti des fonctions de rappel en roulis et/ou de délestage de la suspension mises en oeuvre dans le dispositif suivant l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif stabilisateur pour caisse de véhicule comportant un essieu (1) relié à la caisse par des moyens élastiques de suspension (5, 6), caractérisé en ce qu'il comprend une lame (10) en matériau composite à fibres longitudinales continues de bout en bout, montée parallèlement à l'essieu (1) entre celui-ci et la caisse, cette lame présentant une partie centrale souple (11) formant articulation pour deux parties terminales (12, 13) rigides, un organe de liaison (14, 15) à chaque extrémité de la lame (10) pour connecter cette extrémité à la caisse, deux supports intermédiaires (16, 17) fixes sur l'essieu (1) et connectés chacun à la lame (10) par des moyens définissant un point d'articulation fixe (18, 19) pour une partie terminale (12, 13) rigide associée qui bascule dans un plan de symétrie commun à la lame et à l'essieu lors d'un mouvement de roulis de la caisse, pour assurer un rappel en roulis de cette caisse par un contre- basculement de l'autre partie terminale de la lame. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la lame (10) est constituée de fibres continues et présente une section transversale de surface constante et de géométrie variable, la partie centrale souple (11) étant amincie et élargie par rapport aux parties terminales rigides (12, 13), le plan de la partie amincie étant perpendiculaire à un plan de symétrie commun à la lame et à l'essieu. 3. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque partie terminale (12, 13) est en porte-à-faux à partir du point d'articulation adjacent (18, 19) sur une longueur environ égale à la moitié de celle de la partie centrale souple (11) mesurée entre les deux points d'articulation (18, 19). 4. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, en l'absence de charge, la lame est cintrée suivant son axe longitudinal de manière à être précontrainte sous charge pour délester partiellement les moyens élastiques de suspension. 5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la lame est constituée d'environ 50 % en volume de fibres continues de bout à bout, noyées dans une résine synthétique. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la raideur de la lame est telle que la raideur en roulis de l'ensemble constitué par les moyens élastiques de suspension et la lame connectée aux organes de liaison et aux moyens d'articulation, est de 2 à 3 fois supérieure à celle des moyens élastiques de suspension seuls. 7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les organes de liaison (14, 15) définissent chacun un point d'articulation d'une extrémité de la lame sur la caisse du véhicule. 8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que chaque organe de liaison (14, 15) comprend une garniture en un matériau élastique passée sur l'extrémité de la lame pour autoriser une rotation de la partie terminale de la lame ancrée dans cet organe autour du point d'articulation. 9. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, -caractérisé en ce que chaque support intermédiaire (16, 17) est ancré sur l'essieu et comprend, à une distance de l'essieu au moins égale au débattement maximal de la lame, un palier dans lequel passe la lame et qui définit pour celle-ci un point d'articulation fixe (18, 19). 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que le palier comprend une garniture en un matériau élastique qui enveloppe la lame au niveau du point d'articulation. 11. Ensemble du type "kit" pour le montage du dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes sur un véhicule existant, caractérisé en ce qu'il comprend, en pièces détachées, la lame (10), deux organes de liaison (14, 15) et deux supports intermé- diaires (16, 17). 12. Véhicule automobile comprenant au moins un essieu rigide, caractérisé en ce que ledit essieu est équipé d'un dispositif stabilisateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10. 13. Véhicule conforme à la revendication 12, de type auto-caravane, caractérisé en ce que ledit essieu est l'essieu arrière.