Brevet FR2666279A1 — publié le 19920306

SUSPENSION ELASTIOUE A FIEXIBILITE VARIABLE La présente invention concerne une suspension élastique à flexibilité variable et plus particulièrement destinée aux suspensions de véhicules automobiles. La suspension d'un véhicule a pour tâche d'annihiler reffet produit par les inégalités de la voie de roulement et d'en transmettre la fraction la plus faible possible à la caisse dudit véhicule, qui par ailleurs, porte une charge plus ou moins importante selon son utilisation. L'annihilation des ces inégalités se fait par les amortisseurs, les ressorts n'assurant que la liaison élastique. On sait que la raideur K d'un ressort cylindrique est constante K = F ("K" est la raideur, "F' est l'effort et"d" d est la flèche sous l'effort). Cette raideur ne dépend donc pas du niveau de charge du ressort. Des études physiologiques de confort ont montré que la fréquence propre étant la charge du véhicule) varie dans une fourchette définie (de 0,9 à 1,3 Hz). La charge du véhicule dépendant de son utilisation, "M" varie donc, à raideur constante (K = cts.), la fréquence propre change pour ne pas déborder de la fourchette physiologique de confort. Pratiquement, on raidit simultanément la suspension avec l'accroissement de la charge. Pour palier à cet inconvénient, on utilise des ressorts à flexibilité évolutive qui peuvent être: - des ressorts hélicoïdaux de type tonneau dont les spires entrent les unes dans les autres pendant que la charge augmente. La charge augmentant le nombre de spires utiles diminue et produit une modification des caractéristiques du ressort. - Des ressorts hélicoïdaux de type cylindrique avec des spires à pas progressif sur au moins une partie de sa longueur ; selon le niveau de l'effort, les spires dont le pas est le plus faible viennent en contact les unes sur les autres. Le nombre de spires utiles diminue et les caractéristiques du ressort varient. - Des ressorts hélicoïdaux de type cylindrique avec des spires à pas constant, mais réalisés avec du fil conique, l'effet produit est le même que dans le cas décrit précédemment. L'objet de l'invention est la réalisation d'une suspension de véhicule automobile avec des ressorts à lames, particulièrement en matériau composite, dont le niveau de flexibilité varie avec la charge. Le brevet Anglais N" 1.1167.298 décrit une lame de ressort utilisée pour la suspension d'un véhicule automobile avec une de ses extrémités articulée sur le châssis du véhicule et avec son autre extrémité liée à une biellette de commande. Cette biellette est articulée à un culbuteur qui tourillonne sur le châssis, et qui est muni d'un patin qui appuie la lame de ressort. Sous la charge, la biellette fait pivoter le culbuteur ce qui provoque le déplacement du patin le long de la lame de ressort : la longueur libre de la lame varie ainsi que sa raideur. L'objet de l'invention est de réaliser un train arrière de véhicule automobile à bras tirés avec des demi-lames de ressort en matériaux composites dont leur partie avant est ancrée rigidement sur la caisse et dont leur partie arrière s'appuie sur le bras tiré par l'intermédiaire d'un patin de contact qui produit un effort variable et progressif selon la position angulaire du demi-bras sous la caisse. Par rapport à la position normale du bras de suspension, c'est-à-dire lorsque le véhicule est chargé normalement selon les normes du constructeur, le bras tiré peut occuper deux positions extrêmes: a) une "position de choc". La suspension est totalement écrasée et le bras occupe une position haute. L'effort du ressort sur le bras doit être maximum et la longueur active de la lame plus courte. b) une "position rebond". La suspension est totalement délestée et le bras occupe une position basse. L'effort du ressort sur le bras doit être minimum et la longueur active de la lame la plus longue. Pour produire cette variation de longueur active de manière continue, l'invention propose un patin de contact entre l'extrémité de la lame et le bras, qui assure un contact de roulement ponctuel et continu pendant ladite variation de longueur active de la lame en optimisant et la forme du patin, et la forme du bras au niveau de leur contact mutuel. Les dessins annexés illustrent l'invention. - la figure 1 représente une coupe d'une suspension arrière de véhicule automobile avec des ressorts à lame en matériau composite qui appuient par l'intermédiaire de patins sur les bras tirés qui portent les roues. - la figure 2 est une représentation théorique d'un ressort à lame avec deux niveaux de raideur. - la figure 3 est une courbe qui représente la flexibilité variable du ressort. - la figure 4 montre le débattement du ressort à lame dans ses trois positions (normal, chargé et délesté). - la figure 5 est une vue de la face de contact du patin avec le bras tiré. - la figure 6 est la coupe suivant 6.6 du patin. - la figure 7 représente la position du patin sur le bras en position de "choc". - la figure 8 représente la position du patin sur le bras en position de "charge normale". - la figure 9 représente la position du patin sur le bras en position complètement "délestée". La suspension selon l'invention et qui est représentée dans son ensemble sur la figure 1 est d'un type à essieu souple composé de deux bras tirés 1 en forme de caisson creux et reliés entre eux. par un profil 2. L'ensemble est articulé 3 à la partie avant de chaque bras 1 dans une charge 4 fixée sous le plancher 5 du véhicule. La liaison entre la chape 4 et le plancher 5 est prévue pour fixer rigidement 6 la partie avant de la lame de ressort en matériau composite 7. De ce fait, l'articulation 3 du bras tiré 1 se trouve décalé dans le plan vertical avec la fixation 6 de la lame de ressort 7. Le contact entre la lame de ressort 7 et le bras tiré 1 se fait par l'intermédiaire d'un patin 8. Les formes du patin et de la zone d'appui 9 de celui-ci sur la face interne du bras sont optimisés pour obtenir l'effet revendiqué par l'invention. I1 a été décrit précédemment que la courbe caractéristique d'un ressort produisait une suspension "souple" à vide et "raide" en charge. I1 a été également décrit comment on pouvait palier à cet inconvénient en obtenant plusieurs niveaux de raideur avec le même ressort en utilisant des artifices mécaniques. La figure 2 représente une lame de ressort dont une de ses extrémités est encastrée 6 avec deux points d'appui sur la lame. - le point d'appui F est à une distance L de l'encastrement de la lame : cette lame procure une grande raideur. - le point d'appui F2 est à une distance L2 de l'encastrement de la lame : cette lame procure une faible raideur. Si on peut réaliser un dispositif où la lame appuie sur le bras en F lorsque l'on a besoin d'une grande raideur, et qui appuie en F2 lorsque l'on a besoin d'une faible raideur on obtient deux niveaux de raideur avec cette lame. La figure 3 est une représentation graphique d'un tel dispositif: - Les efforts appliqués à la suspension sont représentés sur l'axe des "Y" et la flèche correspondante du ressort est représentée sur l'axe des "X". - La courbe A est la courbe d'un ressort de faible raideur (longueur L de la figure 2) et procure une flexibilité souhaitée pour le véhicule "à vide". - La courbe B est la courbe du même ressort mais de plus forte raideur (Longueur L2 de la figure 2) et procure une flexibilité souhaitée pour le véhicule "en charge". La courbe C est la courbe "lissée" de la combinaison des deux courbes A et B obtenue par le dispositif qui va être décrit et qui est l'objet de l'invention: - h, est la position de charge normale avec un effort F1 sous une flèche E. - g, est la position de charge minimum ou "délesté" avec un effort F2 sous une flèche D. - i, est la position de charge maximum en "choc" avec un effort F sous une flèche G. Cette courbe C est obtenue par le déplacement du patin 8 sur la face interne du bras tiré 1. Ce déplacement, d'une valeur t. qui est la différence de longueur b1-L de la lame de ressort 7, est proportionnel au déplacement angulaire du bras tiré 1, donc de l'effort appliqué audit bras par la roue. Une autre représentation de cette différence de longueur apparaît sur la figure 4 où la lame est représentée dans ses trois états de flèche: - F1 est le point d'appui du patin sur la face interne du bras sous une charge normale. - F2 est le point d'appui du patin sur la face interne du bras sous une charge minimum comme lorsque la suspension est délestée. - F est le point d'appui du patin sur la face interne du bras sous une charge maximum comme lorsque la suspension est en position de choc. - d est l'amplitude du débattement qui est la valeur G-D de la courbe illustrée en figure 3. La variation de distance n du point d'application de l'effort du ressort sur le bras est obtenu par le dessin particulier de la face d'appui du patin 8 et par le dessin particulier de la zone d'appui 9 de la face interne du bras 1. A titre d'exemple, le ressort utilisé est une lame de matériau composite du type fibres de verre noyées dans de l'epoxy avec un module d'élasticité longitudinal de 4000 daN/mm2. Sa section transversale présente une largeur constante de 60 mm et une épaisseur de 17,8 mm à l'encastrement, décroissant régulièrement pour atteindre 8,9 mm à l'extrémité libre. A vide, la longueur L2 est de 465 mm, l'effort au point F2 est de 384 daN et la flexibilité est de 0,557 mm/daN (raideur de la courbe A de la figure 3). En charge, la longueur L est de 410 mm, l'effort au point F est de 435 daN et la flexibilité est de 0,456 mm/daN (raideur de la courbe B de la figure 3). Le patin 8 est un bloc de caoutchouc ou d'élastomère qui est fixé à l'extrémité de la lame 7 par un moyen connu. La face inférieure 10 du patin 8 présente dans sa partie la plus proche de l'encastrement de la lame et de l'articulation du bras, une zone sensiblement plane 11 parallèle à la lame de ressort 7 et à une distance relativement faible de ladite lame. A son autre extrémité, c'est-à-dire vers l'extrémité libre de la lame, le patin 8 possède un renflement 12 de forme sensiblement cylindrique convexe dont la génératrice 13 est nettement plus éloignée de la lame de ressort 7 que la zone plane 11. Ces deux surfaces sont reliées entre elles par une surface de forme sensiblement concave 14. De même, la face intérieure du bras tiré 1 possède en vis-à-vis du patin 8 une surface 15 sur laquelle s'appuie celui-ci, et qui est sensiblement complémentaire à la face inférieure 10 dudit patin. Cette surface 15 présente: - une surface sensiblement plane 16 dans la partie la plus proche de l'axe d'articulation du bras 1 et en vis-à-vis de la surface sensiblement plane 11 du patin 8. - une surface sensiblement concave 17 dans la partie la plus éloignée de l'axe d'articulation du bras 1 et en vis-à-vis de la surface sensiblement convexe 13 du patin 8. - une surface sensiblement convexe 18 de raccordement entre les surfaces 16 et 17 précédemment décrites et en vis-à-vis de la surface sensiblement concave 14 du patin 8. Les deux surfaces 10 et 15 sont optimisées pour présenter un contact ponctuel avec une cinématique de roulement pendant le débattement du bras tiré 1. Ainsi en position de charge maximum, le contact se fait au point F de la figure 7 entre la face 11 du patin 8 et la face 16 du bras tiré 1. A la raideur du bras de levier de faible longueur caractéristique de cette position s'ajoute la raideur K2 du patin 8 qui est assez élevée dans cette zone de faible volume. En position de charge normale, le contact se fait au point F1 de la figure 8 entre la face 13 du patin 8 et la face 17 du bras tiré 1. La raideur de la suspension dans cette position est moyenne car elle est fonction de la longueur du bras de levier qui est moyenne dans cette position ainsi que de la raideur K1 du patin 8 dont le volume est important dans cette zone. En position de charge faible, ou "délestée" le contact se fait au point F2 de la figure 9 entre la face 14 du patin 8 et la face 18 du bras tiré 1. La encore, à la raideur de la suspension procurée par la longueur du bras de levier doit s'ajouter la raideur propre du volume du patin 8 dans la zone du contact 14, 18. Suivant une autre forme de réalisation du patin 8, le volume du caoutchouc ou d'élastomère situé entre la lame de ressort 7 et le bras tiré 1 possède une forme qui: - a) lui permet de faire varier sa raideur propre en fonction de sa zone d'appui. - b) lui procure une souplesse dans le sens longitudinal qui lui permet d'échapper au glissement par rapport au bras, car le coefficient de frottement du patin 8 sur le bras 1 peut perturber le roulement prévu par la cinématique et induire un léger glissement générateur d'usure. Comme le montre les figures 5 et 6, des fentes verticales disposées transversalement par rapport à la lame de ressort 7 sont aménagées dans le volume compris entre ladite lame et la face d'appui 10 du patin 8 sur le bras 1. Ces fentes qui débouchent sur la face d'appui 10, forment des lèvres verticales qui offrent une résistance à la compression mais autorisent, par leur flexion, une certaine liberté de déplacement longitudinal du patin 8 sur le bras tiré 1. La partie du patin 8 qui est la plus proche de l'encastrement de la lame de ressort est la zone devant offrir la plus grande raideur K2. Pour cela, ladite partie avant présente, entre la lame de ressort 7 et la face d'appui 10, un volume plein avec de chaque côté des fentes verticales symétriques 20. Leur longueur augmente jusqu'au tiers avant de la longueur du patin. La zone K1 de plus faible raideur est munie de fentes 21 occupant toute la largeur du patin 8. Une telle réalisation procure ainsi un deuxième étage de raideur à celui offert par le déplacement du point d'appui F, F1, F2 du patin 8 du ressort à lame 7 sur le bras tiré 1. REVENDICATIONS [1] Suspension élastique à flexibilité variable particulièrement destinée à assurer la suspension arrière d'un véhicule automobile comprenant: a) Un bloc arrière avec deux bras tirés (1) pouvant être en forme de caisson creux, reliés entre eux par un profil souple (2) et articulés (3) à leur partie avant sur la caisse du véhicule (5). b) Deux lames de ressort (7) de faible longueur et pouvant être en matériau composite, fixés rigidement (6) à proximité et au-dessus des articulations (3) des bras tirés (1) et qui prennent appui soit à l'intérieur soit sur la partie supérieure desdits bras tirés (1). c) Un patin (8) fixé à l'extrémité libre de chaque lame de ressort (7) servant de contact entre ladite lame de ressort (7) et le bras tiré (I). caractérisé en ce que le contact entre le patin (8) et le bras tiré se fait: - sur une partie très étroite du patin (8), - que cette partie s'approche de l'encastrement (6) de la lame lorsque la suspension est chargée, - que cette partie s'éloigne de l'encastrement (6) de la lame de ressort lorsque la suspension est délestée. [2] Suspension élastique à flexibilité variable selon la revendication. 1 caractérisée en ce que la forme du patin (8) produit: - une zone (K2) proche de l'encastrement (6) de la lame de ressort (7) avec une surface (11) sensiblement plane, parallèle et proche de ladite lame de ressort (7), - une zone (K1) la plus éloigné de l'encastrement (6) de la lame de ressort (7) avec un renflement (12) de forme sensiblement cylindrique convexe dont la génératrice (13) est nettement plus éloignée de la lame de ressort (7) que la surface (11), - une surface de forme concave (14) assurant la liaison entre la surface (11) et la surface (13). 3 Suspension élastique à flexibilité variable selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que le patin (8) est constitué d'un bloc de caoutchouc ou d'élastomère de structure massive. [4] Suspension élastique à flexibilité variable selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que le patin (8) est constitué d'un bloc de caoutchouc ou d'élastomère dont la structure présente: - une zone (K2) proche de l'encastrement (6) de la lame de ressort (7) avec un volume plein (19) avec, de chaque côté, des fentes transversales verticales symétriques (20) et perpendiculaires à l'axe longitudinal de ladite lame, dont la longueur augmente jusqu'au tiers avant de la longueur du patin (8) pour procurer une raideur propre progressive audit patin, - une zone (K1) plus éloignée de l'encastrement (6) de la lame de ressort (7) avec des fentes transversales (21) verticales et perpendiculaires à l'axe longitudinal de ladite lame de ressort, et dont la longueur occupe la plus grande largeur du patin (8). 5} Suspension élastique à flexibilité variable selon les revendications 1, 2 et 4 caractérisé en ce que les fentes 20 et 21 débouchent sur la surface (11, 13, 14) inférieure (10) du patin (8). [6] Suspension élastique à flexibilité variable selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5 caractérisé en ce que la partie de chaque bras tiré (1) qui est en contact avec le patin (8) d'appui de chaque lame de ressort (7) à une forme: - sensiblement plane (16) en vis-à-vis de la surface sensiblement plane (11) du patin (8), - convexe (18) en vis-à-vis de la surface de forme concave (14) du patin (8), - concave (17) en vis-à-vis de la surface de forme convexe (13) du patin 8.