Brevet FR2672354A1 — publié le 19920807

RESSRT PNEUMATIOUE A DOUBLE MEMBRANE ROUIANTE ET SUSPENSION PAR BRAS TIRES EOUIPEE DE CE RESSORT L'invention a pour objet, d'une part un ressort pneumatique, et d'autre part une suspension de véhicule reposant sur son utilisation. On peut bien entendu envisager d'autres applications de ce ressort, sans sortir du cadre de rinvention. L'invention concerne plus précisément les suspensions à roues indépendantes par bras tirés. Elle vise à perfectionner ce type de suspension, décrite notamment par la publication FR-2.366.943, en réduisant l'encombrement en hauteur du train de suspension sous le châssis. On sait en effet que l'encombrement en hauteur des structures à bras tirés classiques peut limiter l'application de celles-ci sur certains véhicules. L'adaptation de soufflets hydrauliques en tant que systèmes d'équilibrage de suspension a déjà fait l'objet de nombreuses publications. Par la publication FR-1.157.558, on connaît notamment un dispositif comportant un piston pneumatique et un cylindre, reliés par un soufflet roulant. Ce dispositif joue avant tout un rôle dans l'équilibrage de la suspension. Par ailleurs, l'adaptation d'une cloison souple sur une suspension hydro-pneumatique est illustrée par la publication FR-1.245.701. Celle-ci se rapporte à un perfectionnement aux suspensions pneumatiques hydrauliquement compensées. Selon ce perfectionnement, la liaison entre la chambre hydraulique et la chambre pneumatique est assurée par une cloison souple, "roulante". La mise en oeuvre de cloisons souples, ou membranes roulantes, dans un ressort de suspension n'est donc pas nouvelle en soi. Cependant, l'adaptation de ressorts pneumatiques à membranes roulantes sur une suspension à roues indépendantes par bras tirés n'a pas connu à ce jour de développement. Ce fait tient principalement à la faible force de poussée des ressorts à membrane roulante habituels, au regard des exigences dynamiques de ce type de suspension, ainsi qu'à l'encombrement important des structures mises en oeuvre. L'objet de l'invention est donc de réaliser un ressort pneumatique à membranes roulantes ne présentant pas ces inconvénients. Cet objet couvre également le montage approprié du ressort sur la suspension. Le ressort comporte une première chambre munie d'une arrivée de fluide sous pression, et délimitée par une paroi intermédaire, et une enceinte délimitée par une paroi intérieure. Il est caractérisé en ce qu'il comporte une première membrane roulante, fixée à l'extrémité inférieure de la paroi extérieure et sur la paroi intermédiaire, et une seconde membrane roulante, fixée à l'extrémité inférieure de la paroi intermédiaire et sur la paroi intérieure. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'extrémité inférieure de la paroi extérieure retient une première butée annulaire élastique sur laquelle prend appui le bord supérieur évasé de la paroi intermédiaire, lorsque la première chambre atteint son volume maximum. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'extrémité supérieure de la paroi intérieure est surmontée par une seconde butée annulaire élastique, venant en appui contre le fond de la première chambre lorsque l'extension de la seconde chambre n'est pas entamé. Selon un mode de réalisation de l'invention, le bord supérieur évasé de la paroi intermédiaire est pourvu d'un premier orifice facilitant le déroulement de la première membrane roulante et l'extension de la première chambre. Selon un mode de réalisation de Pinvention, le fond de la première chambre est pourvu d'un second orifice permettant. le déroulement de la seconde membrane roulante et l'extension de la seconde chambre. L'invention concerne également une suspension de véhicule à roues indépendantes par bras tirés comportant un ressort pneumatique articulé d'une part sur un levier solidaire en rotation du bras tiré, autour de l'axe de la roue, et d'autre part sur une partie fixe du châssis. Cette suspension est caractérisée en ce que le ressort pneumatique est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. Selon un mode de réalisation de l'invention, le ressort pneumatique - est orienté verticalement vers le haut au-dessus du bras de la suspension. Selon un mode de réalisation de Pinvention, le ressort est orienté obliquement vers le haut du côté opposé au bras de la suspension. Selon un mode de réalisation de l'invention, le rapport du bras de levier B du ressort sur le bras de suspension, sur la longueur R du bras de suspension, est égal à un lorsque la suspension est à vide. Selon un mode de réalisation de l'invention, le rapport est supérieur à un lorsque la suspension est en position de rebond. Selon un mode de réalisation de l'invention, le rapport est inférieur à un lorsque la suspension est en position de choc. Selon un mode de réalisation de l'invention, à vide, la seconde chambre de ressort est dans une position d'extension partielle. Selon un mode de réalisation de l'invention, la compression du ressort en cas de choc débute par le retrait de la seconde chambre et se poursuit éventuellement par le retrait de la première chambre. Selon un mode de réalisation de l'invention, la transition entre la phase de retrait de chaque chambre s'effectue entre la position de la suspension à vide et une position de choc maximal autorisé. Selon un mode de réalisation de l'invention, la première chambre du ressort est reliée à une réserve d'air sous pression alimentée par un compresseur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, en liaison avec les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 se rapporte à une suspension à bras tirés classique, munie d'un ressort hélicoïdal, - la figure 2 est une coupe longitudinale du ressort de l'invention en position de repli maximum, - la figure 3 présente une coupe longitudinale du même ressort en position d'élongation intermédiaire sur sa partie gauche, et en position d'élongation maximale sur sa partie droite, - la figure 4 illustre un premier montage du ressort de l'invention, - la figure 5 illustre un second montage du ressort pneumatique de l'invention, - la figure 6 représente sous forme graphique, la variation de la force de poussée du ressort en fonction de la position d'une suspension conforme à la figure 5, - la figure 7 illustre, également sous forme graphique, la variation du rapport du bras de levier du ressort sur le bras de suspension, sur la longueur du bras de suspension, selon le montage de la figure 5. La figure 1 se rapporte à un train de suspension à roues indépendantes par bras tirés, classique, comportant un amortisseur 33 orienté verticalement au-dessus du bras de supension 23. Autour de l'amortisseur est enroulé un ressort hélicoïdal 36. L'ensemble amortisseur-ressort s'avance à l'intérieur du plancher 35 dans une chapelle d'amortisseur 34. Ce type de montage, a pour principal inconvénient d'encombrer l'espace habitacle disponible au-dessus du plancher 35 du véhicule. La figure 2 montre que le ressort I de l'invention comporte trois parois rigides, à savoir une paroi extérieure 4, une paroi intermédiaire 5 et une paroi intérieure 6, ainsi que deux membranes roulantes 7, 8. La paroi intérieure 6 délimite une enceinte fermée 22. La seconde membrane 8 roulante, la paroi intermédiaire 5, la première membrane roulante 7 et la paroi extérieure 4 sont regroupées dans cet ordre autour de l'enceinte fermée 22. Dans la paroi extérieure 4 débouche une arrivée de fluide sous pression 9. La figure 2 indique également la présence d'une première butée élastique 10 retenue à l'extrémité inférieure 11 de la paroi extérieure 4 et une seconde butée élastique 12 disposée à l'extrémité supérieure 13 de la paroi intérieure 6 et en appui contre le fond 14 de la première chambre 15. La partie gauche de la figure 3 représente le ressort 1 lorsque la première chambre 15 a atteint son volume maximum, et que l'extension de la seconde chambre 16 n'est pas encore entamée. Sur cette figure, il apparaît que la première membrane 7 est déroulée par rapport à la figure 2 et que le bord supérieur évasé 17 de la paroi intermédiaire 5 est en appui contre la première butée élastique 10, qui est retenue au bas de la paroi extérieure 4. Le déroulement de la première membrane 7 et le remplissage de la première chambre 15 sont facilités par la présence d'un premier orifice 18 dans le bord supérieur évasé 17 de la paroi intermédiaire 5. Lorsque le ressort a atteint cette position, la seconde butée élastique 12 est toujours en appui sur le fond 14 de la première chambre 15. La partie -droite de la figure 3 montre le ressort 1 dans sa position d'élongation maximale. La paroi intermédiaire 5 et la première membrane déroulante 7 n'ont pas changé de position par rapport à la partie gauche de la figure. Par contre, la seconde chambre 16 s'est développée, et la seconde membrane 8 s'est déroulée. Dans cette position, le fond 19 de la seconde chambre 16 et la seconde butée élastique 12 se sont abaissés. Le déroulement de la seconde membrane 8 et le remplissage de la seconde chambre 16 sont obtenus grâce à la présence d'un second orifice 20 dans le rebord périphérique incliné 21 du fond 14 de la première chambre 15. La figure 4 représente un train de suspension à roues indépendantes par bras tirés sur lequel l'amortisseur et le ressort hélicoïdal présents sur le montage de la figure 1 ont été remplacés par un ressort pneumatique 1 conforme à l'invention. On remarque sur ce schéma que l'encombrement restreint de ce ressort pneumatique en position repliée permet de réduire au minimum la chapelle 34 prévue dans le plancher 35. La figure 5 représente un autre montage de suspension sous le plancher d'un véhicule, faisant égalemment l'objet de l'invention. Selon un schéma, le bras de suspension 23 pivote au point 25 sur le châssis du véhicule, par sa première extrémité. A sa seconde extrémité 26, le bras 23 porte la roue 24, dont seule la périphérie est figurée, pour des raisons de clarté. Le ressort pneumatique 1 est conforme à la description qui vient d'en être faite et aux figures précédentes. li est articulé d'une part sur un élément fixe 27 solidaire du châssis, et d'autre part sur un levier 28, solidaire en rotation du bras de suspension, autour de l'axe 26 de la roue 24. Sa première chambre 15 est reliée à une réserve d'air 30 sous pression alimentée par un compresseur 31. Le ressort 1 est orienté obliquement vers le haut du côté opposé au bras de suspension 23, c'est-à-dire vers l'arrière du véhicule. On comprend aisément que cette disposition diminue considérablement l'encombrement en hauteur de la suspension, par rapport au montage de la figure 4. Sur ce schéma, la suspension est représentée à vide, le point d'articulation 32 du ressort 1 sur le levier 28 occupant la position V, tandis qu'en position de choc ce point vient en P, et qu'en position de rebond, il vient en M. A vide, la seconde chambre 16 du ressort 1 est en position d'extension partielle, tandis que la première chambre 15 est en position d'extension maximale. Le montage du ressort 1 du côté opposé au bras 23 ne se justifie que pour réduire l'encombrement en hauteur de la suspension sous le châssis, car il présente un défaut de cinématique évident. Ce défaut tient au rapprochement progressif, lors de la compression, de la direction d'action de sa force de poussée F (confondu avec son axe longitudinal), avec le centre de rotation du bras 23 sur le châssis. Autrement dit, lors de la compression du ressort 1, son bras de levier B par rapport au bras de suspension 23 diminue. Géométriquement, on peut exprimer ce rapprochement par la diminution du rapport X entre la projection B du centre de rotation du bras sur l'axe longitudinal de ressort, et la longueur du bras R. La diminution du rapport ) = B/R est illustré par la figure 7. Dans l'exemple décrit, on a choisi arbitrairement que le rapport \ soit égal à un, à vide, mais ceci ne présente aucun caractère d'obligation. L'utilisation d'un ressort 1 à membrane roulante conforme à l'invention permet de palier au défaut de cinématique mentionné. Soit p la pression pneumatique instantanée régnant dans le ressort. Si les sections de Ia première et de la seconde chambre 15, 16 sont égales respectivement à S1 età S2 la force de poussée F vaut S2P pendant la première phase de la compression correspondant à la diminution de la seconde chambre puis elle vaut Slp après la disparition de celle-ci. La section S1 étant supérieure à S2 on comprend que la force de poussée croît plus vite pendant la seconde phase de la compression. Cette augmentation de la force de poussée du ressort compense la réduction de son bras de levier. La figure 6 illustre graphiquement la variation de la force de poussée du ressort en fonction de sa position. Les points M, V, N, P, correspondent respectivement à une position de rebond, à la position à vide, à la disparition de la seconde chambre et à une position de choc. Cette figure met en évidence le changement de pente de la force de poussée au point de transition N. REVENDICATIONS [1] Ressort pneumatique (1) à membranes roulantes comportant une première chambre (15) munie d'une arrivée de fluide sous pression (9) et délimitée par une paroi extérieure (4), une. seconde chambre (16) délimitée par une paroi intermédiaire (5), et une enceinte fermée (22), délimitée par une paroi intérieure (6), caractérisé en ce qu'il comporte une première membrane roulante (7) fixée à l'extrémité inférieure de la paroi extérieure (4) et sur la paroi intermédiaire (5), et une seconde membrane roulante (8) fixée à l'extrémité inférieure de la paroi intermédiaire (5) et sur la paroi intérieure (6). [2] Ressort pneumatique (1) selon la ' revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité inférieure (11) de la paroi extérieure (4) retient une première butée annulaire élastique (10) sur laquelle prend appui le bord supérieur évasé (17) de la paroi intermédiaire (5), lorsque la première chambre (15) a atteint son volume maximum. [3] Ressort pneumatique (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité supérieure (13) de la paroi intérieure (6) est surmontée par une seconde butée élastique annulaire (12) venant en appui contre le fond (14) de la première chambre (15) lorsque l'extension de la seconde chambre (16) n'est pas entamé. [4] Ressort pneumatique (1) selon la revendication 2 caractérisé en ce que le bord supérieur évasé (17) de la paroi intermédiaire (5) est pourvu d'un premier orifice (18) facilitant le déroulement de la première membrane roulante (7), et l'extension de la première chambre (15). [5] Ressort pneumatique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fond (14) de la première chambre (15) est pourvu d'un second orifice (20) permettant le déroulement de la seconde membrane roulante (8) et l'extension de la seconde chambre (16). 6 Suspension de véhicule à roues indépendantes par bras tirés comportant un ressort pneumatique 1 articulé d'une part sur un levier (28) solidaire en rotation du bras tiré (23), autour de l'axe (26) de la roue (24), et d'autre part sur une partie fixe (27) du châssis, caractérisée en ce que le ressort pneumatique est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. [7] Suspension selon la revendication 6 caractérisée en ce que le ressort pneumatique (1) est orienté verticalement vers le haut au-dessus du bras de suspension (23). [8] Suspension selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ressort (1) est orienté obliquement vers le haut du côté opposé au bras de suspension (23). [9] Suspension selon la revendication 8 caractérisée en ce que le rapport X du bras de levier B du ressort (1) sur le bras de suspension (23), sur la longueur R du bras de suspension (23), est égal à un lorsque la suspension est à vide. [10] Suspension selon la revendication 9, caractérisée en ce que le rapport ;t est supérieur à un lorsqu'elle est en position de rebond. [îîj Suspension selon la revendication 9 caractérisée en ce que le rapport ;\ est inférieur à un lorsqu'elle est en position de choc. [12] Suspension selon la revendication 9 caractérisée en ce que, à vide, la seconde chambre (16) du ressort (1) est dans une position d'extension partielle. [13] Suspension selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisée en ce que la compression du ressort (1) en cas de choc débute par le retrait de la seconde chambre (16) et se poursuit éventuellement par le retrait de la première chambre (15). [14] Suspension selon la revendication 13, caractérisée en ce que la transition N entre le retrait de chaque chambre (15, 16) s'effectue entre la position de la suspension à vide V et la position de choc maximale P prévue. [15] Suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première chambre (15) du ressort (1) est reliée à une réserve (30) d'air sous pression, alimentée par un compresseur (31).