Brevet FR2663267A1 — publié le 19911220

La présente invention est relative à une suspension hydropneumatique notamment pour véhicule automobile et, plus particulièrement, à une telle suspension du type isostatique. On décrit à la demande de brevet français No. 8816374 du 13 décembre 1988, déposée au nom de la demanderesse, une suspension mécanique du type isostatique pour véhicule automobile. Cette suspension comprend des premier et deuxième berceaux articulés en leur partie centrale sur la structure du véhicule et portant chacun un ressort à lame transversale en appui sur les portefusées des roues avant et arrière. Les mouvements angulaires des berceaux sont conjugués par une timonerie qui n'autorise que des rotations en sens inverse des berceaux. Comme on l'explique dans la demande de brevet précitée, on obtient ainsi une répartition isostatique des charges au sol, au droit des roues du véhicule, c'est-àdire une répartition entièrement déterminée par les équations d'équilibre du véhicule. Cette répartition n'est pas influencée par le gauchissement du quadrilatère d'appui au sol. Ainsi, la circulation lente ou le stationnement sur un sol très dénivelé ne produisent pas de torsion de la caisse du véhicule ni de délestage d'une roue. Par rapport à une suspension hyperstatique classique, une suspension isostatique permet d'améliorer la motricité du véhicule par un meilleur appui des roues sur le sol et de diminuer les sollicitations de la structure du véhicule ce qui permet à la fois d'alléger cette structure et d'obtenir une diminution des bruits. La présente invention a pour but de réaliser une suspension isostatique pour véhicule automobile faisant appel à des moyens hydropneumatiques plutôt que mécaniques pour l'incorporation du caractère isostatique. La présente invention a aussi pour but de réaliser une telle suspension permettant d' obtenir, sur sol dénivelé, une motricité optimale du véhicule et une absence de torsion de la caisse de ce véhicule. La présente invention a encore pour but de réaliser une telle suspension destinée à équiper notamment des véhicules du type "tout terrain" conçus pour circuler sur des sols très accidentés. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, avec une suspension hydropneumatique pour véhicule automobile équipé d'un premier et d'un deuxième trains de deux roues associées chacune à un vérin à double effet, chaque vérin comportant un corps et un piston solidaires respectivement de la masse suspendue du véhicule et d'un support de roue, le piston divisant le corps du vérin en une première chambre connectée à un accumulateur de fluide sous pression et une deuxième chambre traversée par une tige solidaire du piston et mécaniquement couplée à un support de roue. Suivant l'invention, des moyens sont prévus pour transmettre la pression de fluide régnant dans la première chambre de chaque vérin, dans la deuxième chambre du vérin associé à l'autre roue du même train de roues. Par un choix approprié du rapport des sections des pistons à celles des tiges associées, on peut donner à la raideur antiroulis de la suspension une valeur prédéterminée. Suivant une caractéristique essentielle de la suspension hydropneumatique selon l'invention, propre à lui assurer le caractère isostatique recherché, celle-ci comprend en outre un dispositif d'équilibrage constitué d'un piston double comprenant un premier et un deuxième étages coulissant dans des chambres de section correspondantes, et des conduits pour transmettre les pressions de fluide des accumulateurs associés aux vérins des première et deuxième diagonales de la suspension à deux faces des premier et deuxième étages du piston double, respectivement, sur lesquelles ces pressions agissent dans le même sens. L'équation qui exprime l'équilibre du piston double dans ce dispositif d'équilibrage introduit une contrainte supplémentaire liant les pressions dans les accumulateurs, et donc les forces portantes au sol du véhicule, qui permet de déterminer celles-ci à partir des charges agissant sur la caisse du véhicule et de ces charges seules, ceci sans faire intervenir ni la dénivellation entre les appuis au sol ni l'élasticité de la suspension. Le dispositif d'équilibrage assure donc l'isostatisme recherché. Vautres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel la figure unique représente schématiquement la suspension hydropneumatique suivant l'invention. Sur cette figure il apparaît que la suspension suivant l'invention comprend quatre vérins à double effet VAVD, VAVG, VARD, VARG, associés respectivement aux roues à l'avant droit, l'avant gauche, l'arrière droit et l'arrière gauche du véhicule. Ces roues (non représentées) sont montées classiquement sur des supports de fusée mécaniquement couplés chacun à des pistons PAVE, PAVG, PARIS r PARG, par l'intermédiaire de tiges de piston associées TAUD, T T T . TARG. Les corps de vérins AVG' ARD' ARG CAVD' CAVG' CARD' CARG' sont liés à la caisse du véhicule, cette caisse constituant la masse suspendue de ce véhicule.Les vérins VAVD et VAVG sont associés aux deux roues du train avant du véhicule et constituent ainsi la suspension avantn tandis que les vérins VARD et VARG sont associés aux roues du train arrière et constituent la "suspension arrière". Chaque piston divise le corps du vérin associé en des première et deuxième chambres. Les premières chambres des vérins VAVD VAVG, VARD, VARG communiquent respectivement avec des accumulateurs de pression Ald, Alg, A2d, A2g Les deuxièmes chambres sont traversées axialement par les tiges des pistons associées. Les accumulateurs peuvent être de tout type connu, hydropneumatiques ou élasto-hydrauliques à membranes, par exemple. Suivant la présente invention, des moyens sont prévus pour transmettre la pression de fluide régnant dans la première chambre de chaque vérin, dans la deuxième chambre du vérin associé à l'autre roue du même train de roues. Ces moyens sont constitués par des conduits croisés, référencés 1, 2 pour les vérins du train avant et 3, 4 pour ceux du train arrière. Considérons maintenant l'une quelconque des deux paires de vérins en posant que, dans les deux vérins de la paire, les pistons et les tiges de pistons sont de surface S et s respectivement, les pressions dans les accumulateurs étant respectivement Pd et p g (les indices d et g désignant, comme dans la suite, les côtés droit et gauche de la suspension).Les forces Fd et F g délivrées par les vérins ont alors pour expression Fd =Spd - (S - s)pg et Fg = Spg - (S - s)pd On tire de ces expressions les forces portantes au sol d et Z en faisant intervenir un coefficient de g démultiplication \ qui résulte de la présence d'une liaison articulée entre chaque roue et le vérin associé (1) Zd = # [Spd - (S - s)pg] et Zg = #[Spg - (S On tire de ces expressions les deux relations suivantes (2) Zd + Zg = AS(Pd + pg) (3) Zd z Zg = X(2 S - s) (pd Pg) (Zd + Zg) représente l'effort porteur total du train tandis que (Zd - Z ) permet d'atteindre le moment de g rappel antiroulis d'expression E (Zd - Z )/2 où E est la g voie du train considéré, c'est-à-dire la distance qui sépare les plans médians des deux roues du train. Il ressort de la relation (2) ci-dessus que si s, et p g sont constants, l'effort porteur (Z d + Zg) ) du train g est constant. En outre, on peut démontrer que, si on compare le moment du couple de rappel antiroulis E (Zd- Zig)/2 obtenu par l'utilisation de vérins à double effet avec le moment correspondant obtenu avec des vérins à simple effet, l'utilisation de vérins à double effet permet d'accroître ce moment dans le rapport 2(S s s)/s 2S/s - 1, rapport qui est donc toujours plus grand que 1. Une comparaison complète montre que la raideur linéaire en translation verticale n'est pas modifiée par l'utilisation de vérin à double effet tandis que la raideur angulaire (en roulis) est augmentée. Par un choix approprié du rapport S/s on maîtrise donc à volonté la raideur antiroulis du train équipé des deux vérins à double effet et des deux accumulateurs connectés suivant l'invention, comme décrit ci-dessus. Ces caractéristiques de la suspension suivant l'invention ne lui donnent cependant pas le caractère isostatique annoncé plus haut. On va maintenant décrire les moyens mis en oeuvre à cet effet à l'aide de la figure unique où il apparaît que cette suspension comprend en outre un dispositif d'équilibrage constitué d'un piston double comprenant un premier étage central P1 et un deuxième étage annulaire P2, ce piston à deux étages coulissant dans des chambres de diamètre complémentaire creusées dans un corps étagé CE. Les deux faces de surface a et b des étages P1 etP2 respectivement, situés à gauche (du point de vue de la figure) de l'étage P2, limitent des chambres dans lesquelles débouchent des conduits (5, 7) de connexion hydraulique avec les accumulateurs Ald et A2g respectivement d'une même diagonale de la suspension. I1 en est de même pour les deux autres faces des étages P1 et P2 qui sont soumises à des pressions établies par les accumulateurs A2d et A de l'autre diagonale, grâce à des lg conduits 8, 6 respectivement. L'équilibre du piston double impose entre les quatre pressions Pîgf Pld' P2gr Par la relation aPlg + bP2d aPld + bP2g ou encore (4) a(Plg - P1d) = b(P3... P2d) L'équilibre du véhicule impose aux quatre charges d'appui, et par conséquent aux quatre pressions Plgr P1d, P2gr P2d dans les quatres accumulateurs de satisfaire trois équations qui expriment que les charges sur les quatre roues, combinées deux à deux, sont bien égales, respectivement, aux charges sur l'essieu avant, sur l'essieu arrière et sur deux roues d'un même côté du véhicule.L'équation (4) ci-dessus fournit la quatrième équation nécessaire pour déterminer les forces portantes au sol à partir des seules charges agissant sur la caisse du véhicule, sans faire intervenir ni la dénivellation entre les appuis au sol ni l'élasticité de la suspension. Le dispositif d'équilibrage incorporé à la suspension selon l'invention assure donc l'isostatisme recherché. Si on désigne par Zld' Z19 d'une part, Z2d, Z2g Z1d, 2g d'autre part, les forces portantes au sol dans le train avant et le train arrière respectivement, et si on désigne par S1 et sl, S2, s2, d'autre part, les sections des pistons et des tiges dans les vérins du train avant et du train arrière respectivement, on peut écrire en utilisant les relations (3) et (4) ci-dessus Z1d-Z1g = 2S1-S1 P1d-P1g = 2S1-s1 . b2 q1 Z2d-Z2g 2S2-S2 P2d-P2g 2S2 S2-s2 a1 q2 avec (2S1 - s1)/a1 = q, (2S2 - s2)/b2 = q2, q1 et q2 étant deux nombres positifs sans dimension. Des égalités précédentes on peut tirer l'équation (5) (Zld - Z 1g)/1 = (Z2d Z2g)/q2' qui exprime la proportionnalité des moments antiroulis El(Zld - Z1g)/2, E2(Z2d - Z )/2, à l'avant et à l'arrière 2g de la suspension respectivement, E1 et E2 étant les voies du train avant et du train arrière respectivement. Les moments antiroulis sont donc de même signe et dans un rapport constant. Ces moments ne sont donc pas susceptibles de mettre la caisse du véhicule en torsion (ce qui exigerait deux couples antagonistes). (ce qui exigerait deux couples antagonistes). Dans la suspension suivant 1 l'invention, il est souhaitable que le piston double du dispositif d'équilibrage ne s'écarte de sa position nominale (médiane) qu'en fonction du gauchissement du quadrilatère d'appui du véhicule. Quand ce quadrilatère d'appui est plan, le piston double doit rester en position médiane. Il en est de même pour les déplacements symétriques de la caisse : pompage (translation verticale) et tangage. En effet la symétrie de la répartition de pression entre le côté droit et le côté gauche du véhicule assure l'équilibre du piston double sans transfert de fluide. Suivant l'invention, on peut faire en sorte que les mouvements de roulis du véhicule n'influencent pas non plus la position du piston double. Ce résultat est avantageux en ce qu'il permet de supprimer le surdimensionnement du dispositif d'équilibrage qu'il faut, sinon, prévoir pour autoriser la course inutilement demandée au piston double quand celui-ci se déplace sous l'effet du roulis du véhicule sur un seul plan. Suivant l'invention, on atteint ce résultat en choisissant les surfaces a et b des étages P1 et P2 du piston double de manière que (6) (2S1 - s1)b/(2S2 - s2)a = C1/C2, C1 et C2 étant les raideurs en roulis des premier et deuxième trains de roues, respectivement. Cette condition étant supposée réalisée, il apparaît que la présence du dispositif d'équilibrage dans la suspension hydropneumatique suivant l'invention est sans influence sur les trois raideurs de pompage, tangage et roulis, qui sont donc les mêmes que si les circuits de fluide associés au train avant et arrière étaient séparés, comme dans une suspension classique hyperstatique. I1 est clair que le piston double atteint son élongation maximale lorsque les deux roues d'une même diagonale sont en position "choc" et les deux autres roues en position "rebond". Le transfert de fluide d'un vérin à l'autre dans cette configuration, qui s'effectue par déplacement du piston double (P1, P2), indique quel volume celui-ci doit balayer en parcourant sa demi-course. Le choix des sections détermine donc la course et inversement le choix de la course détermine les sections a et b dont, par ailleurs, le rapport est imposé par les raideurs en roulis choisies, conformément à la relation (6) ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Suspension hydropneumatique pour véhicule automobile équipé d'un premier et d'un deuxième trains de deux roues associées chacune à un vérin à double effet, chaque vérin (VAVD, VAVG, VARD, VARG) comportant un corps et un piston solidaires respectivement de la masse suspendue du véhicule et d'un support de roue, le piston divisant le corps du vérin en une première chambre connectée à un accumulateur de fluide (Aid, Aîg, A2d, A2g) sous pression et une deuxième chambre traversée par une tige solidaire du piston et mécaniquement couplée à un support de roue, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (1, 2, 3, 4) pour transmettre la pression du fluide régnant dans la première chambre de chaque vérin, dans la deuxième chambre du vérin associé à l'autre roue du même train de roues. 2. Suspension conforme à la revendication 1, dans laquelle le piston et la tige de chaque vérin présentent des sections de surface S et s, respectivement, caractérisée en ce que le rapport S/s est choisi de manière à donner à la raideur antiroulis de la suspension une valeur prédéterminée. 3. Suspension conforme à la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif d'équilibrage constitué d'un piston double comprenant un premier (P1) et un deuxième (P2) étages coulissant dans des chambres de sections correspondantes, et des conduits (5, 6, 7, 8) pour transmettre les pressions de fluide des accumulateurs associés aux vérins des première et deuxième diagonales de la suspension à deux faces des premier et deuxième étages du piston double, respectivement, sur lesquelles ces pressions agissent dans le même sens, de manière à assurer l'isostatisme de la suspension. 4. Suspension conforme à la revendication 3, dans laquelle les premier (P1) et deuxième (P2) étages du piston double du dispositif d'équilibrage présentent des faces de sections utiles a et b respectivement. les pistons et tiges des vérins associés au premier et deuxième trains de roues présentent des sections utiles S1, s1 et S2, 82, respectivement, caractérisée en ce que le rapport a/b des sections utiles du piston double du dispositif d'équilibrage est choisi de manière à satisfaire à la relation (2S1 - sl)b/(2S2 - s2)a = C1/C2, C1 et C2 étant les raideurs en roulis des premier et deuxième trains de roues, respectivement. 5. Véhicule automobile comprenant une suspension conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4.