Brevet FR2679494A1 — publié le 19930129

SUSPENSION POUR VEHICULES, AUTOMOBILES NOTAMMENT. La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux suspensions pour véhicules, automobiles notamment. Il est bien connu que les automobiles sont constituées essentiellement d'éléments suspendus (caisse) et d'éléments non suspendus (train avant et train arrière), reliés entre eux par un ensemble désigné par l'expression "suspension" comprenant des éléments élastiques (ressorts), des éléments dissipateurs d'énergie (amortisseurs) et des systèmes de leviers mécaniques ou hydrauliques. De très nombreuses solutions ont été proposées à ce jour pour réaliser une telle liaison entre les éléments suspendus (caisse) et les éléments non suspendus (trains roulants). Parmi les différents principes envisagés pour réaliser des suspensions, il en est un qui est particulièrement séduisant par sa grande simplicité. Ce principe que l'on peut désigner par le terme "interactif", consiste à associer les roues du véhicule à la carrosserie au moyen d'un ensemble qui prend appui contre les quatre roues et dont la structure et le montage sur le châssis sont tels que les contraintes exercées sur l'une des roues lors des déplacements soient répercutées sur les trois autres. Dans un tel type de suspens ion, envisagé depuis au moins près de quarante ans ainsi que cela ressort du FR-A-949 761, lorsque l'une des roues subit un déplacement vertical, ce déplacement est répercuté aux autres roues. Ainsi que cela resort du brevet précité, la mise en oeuvre d'un tel principe peut être réalisée en faisant appel soit à des ensembles mécaniques mettant en oeuvre des longerons et traverses flexibles (ressorts à lames) soit au moyen d'un ensemble dans lequel le châssis comporte des liaisons hydrauliques (au lieu de liaisons mécaniques) et des ressors pneumatiques. Les solutions faisant appel à des ensembles mécaniques constitués de longerons et traverses sont séduisantes d'un point de vue théorique par le fait qu'elles permettent de réaliser un véritable "cadre" flexible, oscillant et interactif mais, d'un point de vue industriel, pour certains types de véhicules, elles présentent un certain nombre d'inconvénients tel aucun encombrement sous le plancher du véhicule, une augmentation de la garde au sol, des difficultés pour traverser le compartiment moteur et pour incorporer le système amortissant. Par ailleurs, une telle conception de suspension ne permet pas de résoudre avec facilité le problème de contrôle du roulis, de faire varier en continu le transfert de charges entre le train avant et le train arrière dont la valeur est fondamentale pour la tenue de route du véhicule. La solution faisant appel à des liaisons hydrauliques et des ressorts pneumatiques, et qui est illustrée par la figure 31 du brevet français 949 761 précité, figure qui a été reproduite en tant que figure 1 dans la présente demande pour faciliter la compréhension de l'invention, est séduisante par rapport aux solutions faisant appel à des longerons et traverses par les avantages qu'elle procure, notamment en ce qui concerne la diminution des masses suspendues aux roues et en ce qu'elle élimine les problèmes d'encombrement, de lourdeur et de montage que posent les ensembles à base de longerons et traverses. Par ailleurs, une telle solution qui, d'une manière générale, consiste à avoir des ensembles hydrauliques (piston coulissant dans un cylindre), au nombre de deux par roues et reliés entre eux, par deux circuits sur lesquels est interposée une chambre de compression d'air, de telle sorte que l'on réalise ainsi un équilibrage des roues entre elles, d'une part entre deux roues d'un même train et d'autre part, entre les roues avant et arrière situées du même côté, ne permet en aucun cas de résoudre le transfert de charges entre le train avant et le train arrière, ni de régler le rapport de raideur entre lesdits trains et ce, aussi bien lorsque l'on souhaite effectuer un réglage initial de la suspension afin de déterminer le comportement du véhicule (véhicule neutre, sous-vireur ou sur-vireur) et, à plus forte raison, d'effectuer de telles modifications et réglages lors de l'utilisation même du véhicule, alors que cela serait souhaitable pour une bonne tenue de route, notamment sur des parcours sinueux. Enfin, il convient également de noter que tous les véhicules n'ont jamais été véritablement isostatiques, cette caractéristique résultant aussi bien de la charge initiale sur chaque roue lorsque le véhicule est à vide que des variations de charge en fonction du nombre de personnes et de leur répartition à l'intérieur du véhicule. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un perfectionnement apporté aux suspensions dans lesquelles le châssis comporte des liaisons hydrauliques (comparables à celles faisant l'objet du brevet français 949 761 - figure 31), qui permet de résoudre ces problèmes et conduit à la réalisation d'un ensemble qui, non seulement présente la caractéristique d'être isostatique, c'est-à-dire d'être tel que, lorsqu'une roue reçoit un effort vertical, cet effort est répercuté aux autres roues, ce qui permet ainsi d'assurer une détermination exacte des actions au sol des roues avant et des roues arrière et ce, même si la répartition des charges entre lesdites roues n'est pas identique et qui, par ailleurs, autorise également un réglage automatique ou piloté en roulant, lors d'un transfert de charge entre les trains avant et arrière, par exemple lors d'accélérations, de freinage ou passage dans des courbes, permettant ainsi de modifier à volonté les caractéristiques du véhicule et d'accentuer, également à volonté, si cela est souhaitable, le caractère sur-vireur ou sousvireur. D'une manière générale, l'invention concerne donc un perfectionnement apporté aux suspensions pour véhicules dans lesquels les trains avant et arrière comportent des moyens permettant de répercuter les efforts exercés sur lune des roues sur l'ensemble des autres roues, lesdits moyens étant constitués par des ensembles hydrauliques au nombre de deux par roue, et reliés entre eux de telle sorte que l'on réalise un équilibrage des roues entre elles, d'une part entre deux roues d'un même train et d'autre part, entre les roues avant et arrière situées d'un même côté.La suspension conforme à l'invention se caractérise en ce que la liaison deux à deux, des ensembles hydrauliques, est obtenue au moyen de quatre circuits de transfert distincts, reliant les roues deux à deux, chacun des quatre circuits comportant un conduit unique pour la circulation du fluide des ensembles hydrauliques, conduit ayant un diamètre défini de telle sorte qu'il n'y ait qu'un minimum de perte de charge en fonction de sa longueur, et sur lequel est branché un circuit de connexion permettant au fluide d'agir sur un ensemble formant ressort, ledit conduit de connexion provoquant une perte de charge faisant remplir à l'en- semble la fonction d'amortisseur du système, perte de charge définie de manière précise par la relation entre la longueur et le diamètre dudit circuit de connexion, un tel ensemble permettant donc au fluide d'agir en combinant les fonctions ressort et amortisseur. Selon l'invention, les ensembles hydrauliques peuvent être constitués soit par des vérins classiques avec cylindres et pistons coulissants soit, de préférence, par des vérins souples en élastomère de synthèse. Dans la suite de la description, de tels ensembles hydrauliques seront définis par l'expression commune "vérins", et ce quel que soit le type de vérins utilisés. Par ailleurs, les ensembles conformes à l'invention peuvent être constitués soit par des ensembles purement mécaniques, soit par un système pneumatique ou tout autre système élastique. Grâce à une telle conception particulièrement simple, il est possible de réaliser une suspension globalement isostatique étant donné que lorsqu'une roue subit un déplacement vertical, ce déplacement est répercuté aux autres roues en assurant une répartition exacte des actions axiales des roues avant et arrière. Par ailleurs, une telle suspension permet également de remplir la fonction amortisseur, le tout pouvant être fixé une fois pour toute ou éventuellement commandé ou piloté. Le réglage initial d'une suspension conforme à l'invention est obtenu en jouant sur le rapport des sections entre les différents vérins constituant les ensembles hydrauliques et en ajustant la pression des ressorts pneumatiques. De plus, un tel ensemble permet de régler facilement les caractéristiques de la suspension en fonction de la répartition des charges et ce, aussi bien pour réaliser un réglage initial du véhicule que pour modifier les réglages en cours d'utilisation, par exemple lors d'un freinage ou d'un passage en courbe comme cela sera vu dans la suite de la description, soit en jouant sur le rapport de section entre les différents vérins constituant un tel ensemble et/ou en agissant sur les circuits hydrauliques eux-mêmes, par exemple en y incorporant des moyens permettant de faire varier automatiquement ou de manière commandée ou pilotée, la raideur des ensembles formant ressorts dans chaque circuit, par exemple en associant à chaque ressort hydraulique qu'il comporte un réservoir additionnel, modifiant automatiquement les caractéristiques dudit ressort. Enfin, pour réaliser le réglage initial qui dépend de la conception même du véhicule, la répartition des charges n'étant jamais identique sur les quatre roues, notamment en ce qui concerne la répartition entre les roues avant et arrière, on agira sur le rapport de section entre les vérins hydrauliques associés à chaque roue ainsi que sur celle de l'élément formant ressort relié au circuit principal par le circuit de connexion. Il convient également de noter que dans le cas où l'on utilise des vérins souples en élastomère, une telle suspens ion permet également un filtrage additionnel des vibrations. La suspension conforme à l'invention peut être utilisée sur tout type de véhicule, pouvant posséder des trains de roues multiples, et permet même, dans le cas où elle est mise en oeuvre sur des poids lourds ou véhicules similaires, d'obtenir une suspension présentant un effet anti-renversement, une telle possibilité étant obtenue en faisant varier le volume de fluide à l'intérieur des circuits latéraux. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à la description qui suit et aux exemples donnés à titre indicatif mais non limitatif, et qui sont illustrés par les schémas annexés dans lesquels - la figure 1 illustre, comme dit précédemment, l'état de la technique le plus proche constitué par le brevet français 949 761 (figure 31) - la figure 2 est un schéma de principe établi d'une manière similaire à celui de la figure 1, et destiné à montrer la manière dont est réalisée une suspens ion conformément à l'invention dans un véhicule comportant quatre roues, et comment s'effectue la liaison des roues entre elles deux à deux afin que les contraintes exercées sur l'une des roues soient répercutées sur les trois autres roues tout en remplissant la fonction amortissement ;; - la figure 3 est une vue schématique en perspective montrant la manière dont une telle suspens ion est associée aux roues et châssis du véhicule ; - la figure 4 est une vue en perspective d'une variante réalisée conformément à l'invention, et comportant des moyens permettant de contrôler automatiquement le roulis du véhicule - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques de détail montrant la manière dont s'effectue un tel contrôle du roulis sur la suspension réalisée telle qu'à la figure 4 - la figure 7 illustre le principe de réalisation d'une suspension conforme à l'invention pour un véhicule comportant huit roues et ; - la figure 8 est une vue schématique de détail en perspective d'un véhicule à huit roues comportant une suspension conforme à l'invention. Dans la suite de la description, les mêmes références seront utilisées pour les mêmes éléments en les affectant des indices (a,b,c,d) pour préciser la roue du véhicule à laquelle ils sont associés, l'indice (a) étant utilisé pour la roue avant droite, l'indice (b) pour la roue avant gauche, l'indice (c) pour la roue arrière droite et l'indice (d) pour la roue arrière gauche. Si l'on se reporte aux schémas de principe illustrés par les figures 2 et 3, la suspension conforme à l'invention comprend, en ce qui concerne les trains avant (AV) et arrière (AR), des ensembles hydrauliques permettant de répercuter les efforts exercés sur l'une des roues sur l'ensemble des autres roues. Dans la suite de la description, les ensembles hydrauliques utilisés pour illustrer l'invention, seront représentés sous la forme d'un vérin comportant un piston coulissant dans un cylindre mais, comme dit précédemment, un tel mode de réalisation n'est pas limitatif, les ensembles hydrauliques pouvant être réalisés par tout moyen ou tout système équivalent, et plus particulièrement être constitués de vérins souples moulés en élastomère de synthèse. Lesdits ensembles hydrauliques sont au nombre de deux par roue et comportent essentiellement, pour chaque roue (la,lb,lc,ld), deux cylindres (5a,6a), (5b,6b), (5c,6c), (5d,6d), fixés au châssis (C) et des pistons (7a,8a), (7b,8b), (7c,8c), (7d,8d), dont les tiges sont, quant à elles, reliées aux roues (la,lb,lc,ld).Les éléments de liaison au châssis (C) et aux roues, sont réalisés par l'intermédiaire des tringleries (20a,21a), (20b,21b), (20c,21c), (20d,21d). Lesdits ensembles hydrauliques sont donc au nombre de deux par roue et sont reliés entre eux de telle sorte que l'on réalise un équilibrage des roues entre elles, d'une part entre deux roues d'un même train (respectivement entre les roues (la,ib) et (lc,ld)), et d'autre part, entre les roues avant et arrière situées d'un même côté du véhicule (respectivement roues (la,lc) et roues (lb,ld)). Conformément à l'invention, cette liaison entre les roues du véhicule, est obtenue au moyen de quatre circuits de transfert distincts, similaires, circuits désignés par la référence générale (9), affectés des indices (AV, AR, D, G) à la figure 2 suivant qu'ils correspondent aux liaisons entre les roues d'un même train (AV avant ou AR arrière) où les roues de trains différents situés d'un même côté (droite ou gauche) ont, comme dit précédemment, une structure identique et, dans la suite de la description, par mesure de simplification, un seul de ces circuits sera détaillé, à savoir reliant les deux roues (la,lb) du train avant, les mêmes références étant utilisées pour désigner les mêmes éléments des autres liaisons (roues arrière entre elles, roues avant et arrière d'un même côté entre elles). Conformément à l'invention, chaque circuit de transfert comporte un conduit unique (10), qui relie entre eux les deux cylindres (6a,6b) des ensembles hydrauliques associés aux roues (la,lb). Ce conduit unique permet la circulation du fluide entre les deux ensembles hydrauliques précités. Il a un diamètre important, par exemple de l'ordre de vingt millimètres, de telle sorte qu'il n'y ait qu'un minimum de perte de charge dans ledit circuit. Sur ce circuit (10), est branché un circuit de connexion (11) permettant de dériver le fluide hydraulique dans un ensemble (12) formant ressort. Le circuit de connexion (11) a, quant à lui, une section telle qu'il permet de provoquer une perte de charge faisant remplir à l'ensem- ble la fonction d'amortissement du système. A titre indicatif, pour une voiture moyenne, le circuit de connexion arrière peut avoir un diamètre de douze millimètres pour une longueur pouvant varier de 0,5 m à 3 m ; cette longueur et ce diamètre sont fonction du taux d'amortissement souhaité. Les autres circuits de connexion sont déterminés d'une manière similaire. Eventuellement, il peut être possible de réduire la longueur du circuit en interposant tout moyen donnant une perte de charge équivalente. Grâce à un tel ensemble de conception simple, on obtient une suspension véritablement isostatique, tel que lors du passage d'une roue sur un obstacle, tout se passe comme si la raideur de la roue était diminuée en répartissant les efforts sur les trois autres roues. Un tel système permet de contrôler par lui-même, totalement ou partiellement le roulis et de régler le rapport de transfert de charges entre l'avant et l'arrière, étant donné que ce rapport ne dépend que du rapport des sections des vérins entrant dans la réalisation de chaque circuit de transfert entre les trains avant et arrière. En jouant sur le rapport des sections des vérins, il est possible de régler le comportement du véhicule ainsi que les caractéristiques de confort en fonction de la charge variable dudit véhicule.On peut également obtenir une suspension à caractéristiques variables, réglable et pilotée soit automatiquement soit manuellement. La caractéristique de ce type de suspens ion et son originalité peuvent être résumées par la formule 1 1 (Zld - Zlc) ~~~~~~~ - (Zlb - Zla) ~~~~~~~~ =O S22.b22 S12.bl2 formule dans laquelle - S22 est la section du vérin hydraulique lié à une extrémité du levier transversal - S12 est la section du vérin hydraulique liée à l'ex- trémité de l'autre levier transversal - b22 et b12 sont les longueurs utiles des bras de suspens ion et - Zld, Zlc, Zlb, Z1a sont les résultantes des actions de liaison verticale sur chacune des roues. Il ressort clairement de la formule précitée qu'il est donc possible d'effectuer tous les réglages souhaités et d'adapter la suspension à volonté en jouant sur les différents paramètres entrant dans la réalisation d'une telle suspens ion, à savoir : longueur des bras de leviers transversaux et sections des vérins. Il ressort qu'une telle suspension permet d'obtenir un ensemble parfaitement isostatique assurant de façon optimale une permanence de contact au sol des quatre roues, alors qu'il n'en n'est rien dans les véhicules à suspens ions classiques ni même dans celles du type oléopneumatique. Si selon une forme de réalisation simple, les rapports de section entre les différents vérins qui composent une telle suspens ion peuvent être déterminés une fois pour toute, un tel ensemble est cependant adapté pour permettre également de réaliser un réglage en cours d'utilisation, notamment pour diminuer le roulis sans changer la répartition du transfert de charge. Une telle possibilité ressort de la figure 4 et consiste, par exemple, à associer aux deux ensembles hydrauliques latéraux, et plus particulièrement aux ensembles formant ressort (12), des réservoirs addtionnels (13) modifiant automatiquement les caractéristiques de l'ensemble ressort (12). Le schéma de principe d'une telle adaptation est illustré par les figures 5 et 6 montrant la manière dont fonctionnent de tels ensembles. Lorsque le véhicule est en ligne droite (figure 5), le réservoir auxiliaire est en communication avec le réservoir principal de l'ensem- ble formant ressort, ce qui donne une raideur prédéterminée, minimale, audit ensemble. En virage, par l'intermédiaire d'un clapet (14) ou similaire commandé automatiquement sous l'effet des contraintes exercées lors de cette manoeuvre, on supprime la communication entre le réservoir auxiliaire et le réservoir principal, ce qui permet d'augmenter (de doubler par exemple) la raideur de l'élément (12) formant ressort. Un tel type de suspens ion est non seulement adapté pour des véhicules à quatre roues, mais convient également pour la réalisation de suspensions pour des véhicules comportant plus de quatre roues, par exemple huit, tel que schématisé aux figures 7 et 8. Dans une telle adaptation, et si l'on considère, par exemple le train avant, les deux roues additionnelles seront également équipées de deux vérins hydrauliques (15a,16a) (15b,16b), chaque vérin étant branché directement sur le circuit principal de transfert (10) d'une manière similaire aux deux vérins (6a,6b) par exemple, reliant les roues entre elles deux à deux. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. REVENDICATIONS 1/ Suspension pour véhicules, automobiles notamment, dans lesquels les trains avant (AV) et arrière (AR) comportent des moyens (9) permettant de répercuter les efforts sur l'une des roues sur l'ensemble des autres roues, lesdits moyens étant constitués par des ensembles hydrauliques au nombre de deux par roue, et reliés entre eux de telle sorte que l'on réalise un équilibrage des roues entre elles, d'une part entre deux roues d'un même train et d'autre part entre les roues avant et arrière situées d'un même côté, caractérisée en ce que la liaison deux à deux des ensembles hydrauliques (5a,6a) - (5b,6b) - (5c,6c) et (5d,6d), est obtenue au moyen de quatre circuits de transfert (9) distincts, reliant les roues (la,lb,lc,ld) deux à deux, chacun des quatre circuits (9) comportant un conduit unique (10) pour la circulation du fluide des ensembles hydrauliques, conduit ayant un diamètre défini de telle sorte qu'il n'y ait qu'un minimum de perte de charge en fonction de sa longueur, et sur lequel est branché un circuit de connexion (11) permettant au fluide d'agir sur un ensemble (12) formant ressort, ledit circuit de connexion (11) provoquant une perte de charge, faisant remplir à l'ensemble la fonction d'amortisseur du système, perte de charge définie de manière précise par la relation entre la longueur et le diamètre dudit circuit de connexion, un tel ensemble permettant donc au fluide d'agir en combinant les fonctions ressort et amortisseur. 2/ Suspension selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ensembles hydrauliques sont constitués soit par des ensembles du type piston coulissant dans un cylindre, soit de préférence par des vérins souples moulés en élastomère de synthèse. 3/ Suspension selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que son réglage initial est obtenu en jouant sur le rapport des sections entre les différents vérins constituant les ensembles hydrauliques et en ajustant la pression de l'ensemble formant ressort. 4/ Suspension selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens complémentaires permettant de faire varier (automatiquement ou de manière commandée) la pression de l'ensemble formant ressort. 5/ Suspension selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens permettant de faire varier la raideur de l'ensemble formant ressort de chaque circuit, sont constitués par un réservoir additionnel (13) associé au moins à chaque ressort (12) reliant les roues avant aux roues arrière, et permettant de modifier automatiquement les caractéristiques des ensembles formant ressort (12). 6/ Suspension selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque train de roue est multiple. 7/ Suspension selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle présente un effet anti-renversement obtenu en faisant varier le volume du fluide dans les circuits latéraux.