Brevet FR2717123A1 — publié le 19950915

La présente invention est relative à une suspension pour roue de véhicule notamment pour remorque et, plus particulièrement, à une telle suspension du type comprenant a) un bras de suspension de la roue articulé sur le châssis du véhicule et b) une lame élastique en appui sur le bras de suspension de manière à équilibrer la charge développée sur ce bras par les efforts de réaction appliqués à la roue au niveau du sol. Les suspensions de ce type présentent classiquement une raideur sensiblement constante, celle de la lame élastique, la fréquence propre f de la suspension étant liée à cette raideur K par la relation où M est la fraction de la masse suspendue supportée par la suspension considérée. Dans un véhicule à quatre roues, la masse M est alors sensiblement égale au quart de la masse constituée par la caisse du véhicule et sa charge. Quand le véhicule considéré est une remorque, la masse suspendue varie considérablement suivant que cette remorque circule à vide ou en charge. Cette masse peut alors évoluer de plusieurs centaines de kilos à plusieurs tonnes par exemple, suivant la charge maximum supportée par la remorque. L'expression de la fréquence propre f donnée cidessus fait apparaître que cette fréquence varie avec la masse suspendue et qu'elle est beaucoup plus élevée quand la remorque circule à vide que lorsqu'elle circule à pleine charge. A vide, la remorque peut alors être sujette à des vibrations affectant à la fois le confort de conduite et la sécurité du conducteur, la tenue de route de la remorque en étant défavorablement affectée. Il serait souhaitable de disposer, au contraire, d'une remorque présentant un comportement routier stable, quelle que soit la charge supportée, et donc une fréquence propre sensiblement constante. La présente invention a donc pour but de réaliser une suspension présentant une telle fréquence propre, assurant à un véhicule équipé de cette suspension un comportement routier stable et dépourvu de vibrations sous faible charge. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec une suspension pour roue de véhicule, du type qui comprend a) un bras de suspens ion de la roue articulé sur le châssis du véhicule et b) une lame élastique en appui sur le bras de suspens ion de manière à équilibrer la charge développée sur ce bras par les efforts de réaction appliqués à la roue au niveau du sol. Suivant l'invention, la suspension comprend une came fixe par rapport au châssis et installée de manière que la lame soit chargée contre cette came par le bras de suspens ion, entre une extrémité fixe de la lame et son autre extrémité en appui libre sur le bras, la distance séparant les appuis de cette lame sur la came et sur le bras décroissant quand la charge supportée par la lame croît. Comme on le verra dans la suite, cette variation de la distance des appuis de la lame élastique sur la came et sur le bras de suspension donne à la suspension une fréquence propre sensiblement constante, assurant ainsi un comportement routier stable au véhicule équipé de cette suspension. Avantageusement, la lame est constituée d'un matériau composite à fibres unidirectionnelles continues d'un bout à l'autre de la lame et noyées dans un liant. Plus avantageusement encore, la lame élastique présente une section transversale de surface constante et de forme évolutive, son épaisseur étant maximale au niveau de son appui sur le bras de suspension. D'autres 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 1 est une vue perspective schématique de la suspension suivant l'invention, - la figure 1A est une vue en coupe d'une partie de la suspension de la figure 1, prise suivant le trait de coupe A de cette figure, - la figure 2 est un schéma utile à l'explication du fonctionnement de la suspension de la figure 1, - la figure 3 représente les graphes de la fréquence et de la raideur de la suspension suivant l'invention et d'une suspension classique, en fonction de la charge, et - les figures 4 et 5 sont des graphes des efforts subis, au passage d'un "nid de poule", par la lame élastique de la suspension suivant l'invention et par la lame d'une suspension classique, à vide et en charge respectivement. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où la suspension représentée est associée à une roue 1 d'un véhicule (non représenté) telle qu'une remorque par exemple, cette suspens ion comprenant un bras de suspension 2 de la roue, fixé sur un tube d'articulation 3 tournant autour d'un axe 4 fixé à ses extrémités sur deux ailes 5',5" d'un support 5. Sur la vue en coupe axiale de la figure 1A, il apparaît que l'axe 4 passe dans des paliers 4',4" cylindriques en matière élastique, qui assurent la suspension du tube 3 sur l'axe 4, suivant un montage classique anti-vibration. Le support 5 est conçu pour être fixé sous la caisse du véhicule, par exemple à l'aide de boulons passés dans des trous 61,62,63 de ce support. La roue est montée de manière amovible sur une fusée 7 montée à rotation sur un arbre 8 fixé lui-même sur une plaque 18 soudée sur le bras de suspension 2. Celui-ci porte, à son extrémité libre, un tube 9 constituant un appui pour une extrémité d'une lame élastique 10 dont l'autre extrémité (non visible sur la figure 1) est retenue au niveau du tube d'articulation 3 par tout moyen convenable, par exemple à l'aide d'un manchon 11 représenté à la figure 2 où il apparaît que ce manchon est libre de pivoter autour du tube 3. Comme représenté aux figures 1 et 2, la lame 10 repose librement sur le tube d'appui 9. Un raidisseur 12 en forme de barre est fixé entre le tube d'appui 9 et le tube 3 pour renforcer mécaniquement l'ensemble formé par le bras de suspension 2 et les tubes 3 et 9. Un amortisseur 13 classique est articulé d'une part en 14 sur le support 5 et d'autre part sur des biellettes 15,15' solidaires du tube d'articulation 3, ces biellettes lui transmettant les mouvements du bras de suspension 2. On comprend que la lame 10 fléchit sous l'effet de la transmission, par le bras de suspension 2, des efforts de réaction subis par la roue 1 au niveau du sol. Dans un montage classique de la lame, la déflexion de celle-ci est fonction de la seule charge supportée, la raideur de la lame étant constante par hypothèse. La suspension suivant l'invention présente une raideur qui diffère de celle de la seule lame, et qui croît avec la charge. Pour obtenir ce résultat, la suspension est équipée d'une came 16 convenablement profilée et fixée sur le support 5 dans une position telle que la lame 10 soit chargée contre cette came, entre ses extrémités, la position de la surface d'appui de la lame sur cette came se déplaçant sur celle-ci quand la charge appliquée par l'axe d'appui 9 à la lame 10 varie. Le profil de la came 16 est limité par deux arrondis 16',16" définissant des longueurs maximum et minimum, respectivement, pour le porte-à-faux de la lame 10. I1 apparaît sur le schéma de la figure 2 que la came est profilée de manière que, lorsque la charge appliquée à la lame au niveau de l'axe d'appui 9 s'accroît, la zone d'appui de la lame sur la came passe par des positions 17, 17', 17" qui se rapprochent progressivement de l'extrémité de la lame en appui sur le tube 9. Le bras de levier de l'effort appliqué à la lame décroissant quand l'effort croît, le couple qui en résulte est réduit par rapport à celui que l'on observerait si ce bras de levier restait classiquement de longueur constante. Les accroissements de la déflexion de la lame pour des accroissements d'efforts constants diminuent alors, ce qui est significatif d'un accroissement de la raideur de l'ensemble lame/came, quand l'effort croît. Si la raideur K peut être considérée comme strictement proportionnelle à l'effort, c'est-à-dire à la masse suspendue M, soit K = k.M, k étant une constante, la fréquence propre f de la suspension devient constante, quel que soit M. Bien entendu, on pourra utiliser des relations autres que de stricte proportionalité entre f et M, dans la mesure où ces relations permettent néanmoins d'obtenir une forte diminution des variations de f en fonction des variations de M. On obtient telle ou telle relation en profilant convenablement la came 10. La lame de la suspension est, suivant l'invention, avantageusement réalisée en un matériau composite à fibres unidirectionnelles continues d'un bout à l'autre de la lame et noyées dans un liant. Les fibres peuvent être classiquement en verre et le liant peut être constitué par une résine thermoplastique ou thermodurcissable. Bien entendu de nombreux autres matériaux composites connus pourraient être utilisés pour constituer la lame 10 en lieu et place de ceux cités ci-dessus. Plus avantageusement encore, la lame présente une section transversale de surface constante et de forme évolutive. C'est ainsi que la lame 10 représentée en section longitudinale à la figure 2 peut présenter une épaisseur qui croît et une largeur qui décroît, de l'extrémité 10' située au niveau du tube d'articulation 3, à son autre extrémité 10", cette évolution de la forme de la section étant rendue possible par l'utilisation du matériau composite décrit cidessus pour réaliser la lame. On comprend que la raideur de la lame, vis-à-vis d'efforts de flexion s'accroît alors de l'extrémité 10' à l'extrémité 10", caractéristique que l'on peut alors conjuguer au dessin du profil de came pour établir une relation prédéterminée entre la raideur de l'ensemble lame/came et la charge. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, donné seulement à titre d'exemple, la lame présente une longueur de 550 mm, une largeur décroissant linéairement de 90 à 52 mm et une épaisseur variant concomitamment de 7,5 à 13 mm. Une telle lame est susceptible d'équiper une suspension suivant l'invention prévue pour un essieu à deux roues calculé pour supporter une charge maximum de 1 tonne. Moyennant un dessin approprié du profil de came, on peut alors obtenir entre la raideur de la suspension et la charge, la relation illustrée par le graphe A de la figure 3. Ce profil de came peut être dessiné point par point à partir d'un graphe A prédéterminé donnant la raideur recherchée de l'ensemble lame/came en fonction de la charge, et à partir de la connaissance de la géométrie de la lame. Pour une charge donnée, on recherche à l'aide d'un calcul itératif la position de l'appui de la lame qui donne la raideur recherchée. L'enveloppe de tous les points d'appui ainsi trouvés donne le profil de la came. Le profil du graphe A est borné par un pied A1 et une épaule A2 définissant les zones de contact extrêmes entre la lame et la came, pour les charges minimum et maximum considérées. Les graphes de la figure 3 permettent de comparer les performances de la suspension suivant l'invention et d'une suspension classique. C'est ainsi que le graphe A comprend une zone de pente sensiblement constante, comme recherché, bornée par deux plateaux au-delà des charges extrêmes considérées (ici 100 kg et 700 kg respectivement). Le graphe A est à comparer au graphe B illustrant la constance de la raideur d'une suspension classique. Ces graphes A et B correspondent à des graphes A' et B' illustrant les variations des fréquences propres des suspensions comparées. I1 apparaît que la fréquence propre de la suspension suivant l'invention reste étroitement centrée sur 3 Hz environ, dans le domaine de variations de charge considéré, alors que la fréquence propre d'une suspension classique à raideur constante varie de 2 Hz à plus de 4 Hz. Les graphes des figures 4 et 5 illustrent les répercussions de ces différences de caractéristiques sur le comportement des suspensions comparées, illustré ici lors d'un passage sur un "nid de poule" N à vide (figure 4, 200 kg/essieu) et à pleine charge (figure 5, 1000 kg/essieu). Sur ces figures, on a représenté en trait plein et en trait mixte l'évolution temporelle de l'effort appliqué à la lame dans une suspension classique et dans la suspens ion suivant l'invention, respectivement. Le temps (en secondes) est porté en abscisses et compté à partir de l'entrée de la roue dans le "nid de poule" N, de 50 mm de profondeur, à 60 km/h. A vide comme en charge, on observe un écrêtage substantiel des chocs produits par le passage dans le nid de poule et un amortissement plus rapide, notamment à vide, des oscillations qui s'ensuivent, ce qui est significatif d'une amélioration du confort de conduite. La présente invention trouve avantageusement application dans la suspens ion de remorques de véhicule de transport de matériels fragiles : laboratoires, matériels informatiques, etc... ou d'animaux tels que des chevaux. Elle n'est toutefois pas limitée à de telles applications et peut utilement en trouver d'autres dans tout véhicule de transport de personnes ou de marchandises. 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. C'est ainsi que la lame 10 pourrait présenter une section de forme et de surface constantes, plutôt qu'une section de forme évolutive, sans que l'on sorte du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Suspension pour roue de véhicule, du type qui comprend a) un bras de suspension (2) de la roue (1) articulé sur le châssis du véhicule et b) une lame élastique (10) en appui sur le bras de suspension (2) de manière à équilibrer la charge développée sur ce bras par les efforts de réaction appliqués à la roue (1) au niveau du sol, caractérisée en ce qu'elle comprend une came (16) fixe par rapport au châssis et installée de manière que la lame (10) soit chargée contre cette came (16) par le bras de suspension (2), entre une extrémité fixe (10') de la lame et son autre extrémité (10") en appui libre sur le bras (2), la distance séparant les appuis de cette lame sur la came (16) et sur le bras (2) décroissant quand la charge supportée par la lame (10) croît. 2. Suspension conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que le profil de la came (16) est déterminé par la forme donnée à la lame (10) et par une relation prédéterminée liant la raideur de la suspension (10) à la charge qu'elle supporte. 3. Suspension conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que ladite relation est telle que la fréquence propre de la suspens ion est sensiblement constante. 4. Suspension conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que le profil de la came (16) est limité par deux arrondis (16',16") définissant la longueur du porte-à-faux de la lame (10) sous des charges maximum et minimum prédéterminées, respectivement. 5. Suspension conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la lame (10) est constituée d'un matériau composite à fibres unidirectionnelles continues d'un bout à l'autre de la lame et noyées dans un liant. 6. Suspension conforme à la revendication 5, caractérisée en ce que ladite lame élastique (10) présente une section transversale de surface constante et de forme évolutive, son épaisseur étant maximale au niveau de son appui (9) sur le bras de suspension (2). 7. Suspension conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un support (5) conçu pour être fixé au châssis du véhicule, et portant d'une part, un axe d'articulation (4) du bras de suspension (2) et, d'autre part, la came (16). 8. Suspension conforme à la revendication 7, caractérisée en ce que le bras de suspension (2) porte un tube d'appui (9) d'une extrémité (10") de la lame élastique (10), un raidisseur (12) s'étendant entre l'extrémité libre de ce tube (9) et un tube d'articulation (3) du bras (2) monté sur l'axe (4), l'autre extrémité (10') de la lame (10) s'appuyant sur le tube (3). 9. Suspension conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un amortisseur (13) monté entre la pièce de support (5) et le bras de suspension (2). 10. Suspension conforme à la revendication 8, caractérisée en ce que l'amortisseur (13) est connecté à au moins une biellette (15,15') solidaire du tube d'articulation (3) du bras (2) de suspension. 11. Véhicule équipé d'un ensemble de suspensions de roue conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 9.