Brevet FR2743760A1 — publié le 19970725

La présente invention concerne un dispositif de butée interne pour suspension, telle qu'une suspension hydropneumatique de véhicule automobile. La fonction suspension d'un véhicule automobile est assurée pour une plage de débattement vertical de roue donné et lorsque la roue arrive en phase de débattement, elle doit être arrêtée dans sa course par une butée de fin de course de suspension. Les butées de fin de course de suspension peuvent être classées en deux types : le type de butée externe à l'élément de suspension du véhicule et le type de butée interne à l'élément de suspension. Par élément de suspension, on entend l'ensemble des pièces qui assurent la fonction ressort/amortisseur. Dans le cas d'une suspension hydropneumatique, il s'agit sommairement de l'ensemble constitué par la sphère de suspension, le cylindre et le piston de suspension, cet ensemble étant clos vis-à-vis de l'air ambiant. Une butée externe est une butée extérieure à l'ensemble clos ci-dessus, tandis qu'une butée interne y est intégrée. Une butée doit ainsi assurer un freinage progressif du mouvement de la roue jusqu'à un arrêt complet de celle-ci sur une plage de débattement réduite, ce freinage ne pouvant pas être affecté par la fréquence des sollicitations de la roue ou la vitesse verticale de la roue. Une butée de fin de course externe à l'élément de suspension est constituée d'un matériau élastique fixe par rapport à la caisse du véhicule et chargée d'arrêter un élément mobile attaché au mouvement vertical de la roue, par exemple un bras. Actuellement, seule une butée en polyuréthanne expansé est jugée satisfaisante du fait que ce matériau possède une raideur indépendante de la fréquence des sollicitations de la roue et également une raideur augmentant exponentiellement avec l'écrasement de la butée. Cependant, il existe des situations où il n'est pas possible d'envisager d'utiliser une butée externe à l'élément de suspension, par exemple par des raisons d'encombrement. De plus, il subsiste une incertitude quant aux aptitudes de la butée externe en polyuréthanne expansé face au vieillissement de ce matériau. La butée interne à l'élément de suspension d'un véhicule automobile telle qu'utilisée actuellement est du type butée hydraulique consistant en l'obstruction progressive d'une section de passage du liquide sous pression dans le cylindre de suspension, liquide servant d'interface entre le piston de suspension et la membrane de la sphère de suspension. Une butée hydraulique agit ainsi comme un amortisseur variable et le freinage de la roue est donc progressif jusqu'à l'arrêt complet lorsque la section de passage est fermée. Cependant, comme tout amortisseur visqueux, la fonction amortissante de cet amortisseur variable est dépendante de la fréquence des sollicitations. Pour une grande vitesse de débattement de roue, ce qui est fréquemment le cas lorsque la roue arrive en fin de course, l'arrêt de la course de la roue est brutal, sans progressivité. De plus, la butée hydraulique, comme tout amortisseur, dissipe de l'énergie, ce qui peut contrarier le mouvement de retour de la roue et limiter l'élasticité fin de course de l'amortisseur. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus d'une butée interne à un élément de suspension d'un véhicule automobile. A cet effet, l'invention propose un dispositif de butée interne pour suspension, telle qu'une suspension hydropneumatique de véhicule automobile comprenant un piston de suspension mobile dans un cylindre de suspension et une sphère de suspension pneumatique, et qui caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour augmenter la compression du gaz dans la sphère de suspens ion assurant la fonction de ressort pneumatique pour un déplacement donné du piston de suspension en phase finale de la course de celui-ci. De préférence, le moyen pour augmenter la compression du ressort pneumatique comprend un moyen pour augmenter la section efficace du piston refoulant le liquide sous pression présent dans le cylindre de suspens ion vers la sphère de suspension. Le moyen pour augmenter la section efficace du piston de suspens ion comprend un élément monté mobile dans le cylindre de suspension, qui, s'accouplant avec le piston quand ce dernier atteint la phase finale de sa course, a une partie à section efficace de refoulement du liquide sous pression supérieure à celle du piston de suspension. Avantageusement, le piston de suspension est inséré à l'intérieur de l'élément mobile coaxialement à ce dernier, qui comprend une butée sur laquelle vient en appui le piston de suspension en phase finale de sa course pour permettre l'accouplement du piston et de l'élément mobile. L'élément mobile est placé à l'intérieur d'une partie élargie du cylindre de suspension et a sa partie à section efficace circulaire. L'élément mobile a une hauteur inférieure à la course du piston de suspens ion et comprend, de préférence, au moins deux bras reliés entre eux d'une part par une couronne formant la butée d'accouplement du piston et de l'élément mobile et d'autre part par sa partie à section de refoulement. La couronne et la partie à section de refoulement de l'élément mobile sont situées respectivement en haut et en bas de l'élément mobile. Avantageusement, le piston de suspension comprend un moyen pour assurer un accostage progressif entre celui-ci et l'élément mobile en phase finale de la course du piston. De préférence, le moyen d'accostage comprend un élément élastique, tel qu'un ressort, monté sur le piston de suspension coaxialement à celui-ci. La hauteur du ressort d'accostage est inférieure à la longueur des bras de l'élément mobile entre lesquels est disposé le ressort d'accostage. Le piston de suspens ion comprend dans sa partie supérieure un éperon traversant la couronne de l'élément mobile et sur lequel est enfilé le ressort d'accostage, de façon à assurer le guidage du piston et du ressort d'accostage durant la course du piston. La partie inférieure à section de refoulement et la partie supérieure des bras de l'élément mobile présentent des formes complémentaires respectivement de celle de la zone inférieure et celle de la zone supérieure de la partie élargie du cylindre de suspension. Le dispositif comprend enfin un moyen de mise à la pression atmosphérique du cylindre de suspension pour permettre la libre descente de l'élément mobile. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'un cylindre de suspension d'un élément de suspension comprenant une butée interne hydropneumatique conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'élément de suspension de l'invention dans le plan contenant la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2 - la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV IV de la figure 2 - la figure 5 est une vue semblable à celle de la figure 2 et représentant le piston de suspension en fin de plage de fonctionnement normal - la figure 6 représente une courbe caractéristique de la raideur du ressort pneumatique en fonction de la course du piston de suspension , sans élément mobile. - la figure 7 est une vue semblable à celle des figures 2 et 5 et représentant le piston de suspension de l'élément de suspension pendant la plage de fonctionnement fin de course de ce piston - la figure 8 représente une courbe caractéristique de la raideur du ressort pneumatique en fonction de la course du piston de suspens ion par un ensemble avec élément mobile mais sans dispositif d'accostage progressif ; et - la figure 9 représente une courbe caractéristique semblable à celle de la figure 8 et modifiée par l'adjonction d'un ressort d'accostage. Le dispositif formant butée interne de l'invention est du type hydropneumatique comme cela ressortira de la description qui va suivre. En se reportant aux figures, la référence 1 désigne un élément de suspens ion hydropneumatique de véhicule automobile constitué d'un cylindre de suspension 3 qui est relié à la caisse et d'un piston de suspension 4 mobile dans le cylindre de suspension 3 (et relié indirectement au pivot de roue), et d'une sphère de suspension 5. Le cylindre de suspension 3 contient un liquide sous pression, tel que de l'huile, ainsi que la partie inférieure de la sphère de suspension 5 délimitée par la membrane 6, la partie supérieure de cette sphère contenant un gaz comprimé, tel que de l'azote. Le dispositif formant butée interne de l'invention est adapté pour augmenter la compression du gaz dans la sphère de suspension 5 assurant la fonction de ressort pneumatique, pour un déplacement donné du piston de suspens ion 4 en phase finale de la course de celui-ci. A cet effet, ce dispositif comprend un élément 7 monté mobile dans une partie élargie du cylindre de suspens ion 3 et comprenant une partie inférieure 8 présentant une section efficace ou utile circulaire pour le refoulement du liquide sous pression dans le cylindre de suspension 3 vers la sphère 5 et supérieure à la section efficace circulaire du piston de suspension 4. L'élément mobile 7 comprend au moins deux bras 9 diamétralement opposés s'étendant sensiblement dans un même plan et ayant leurs extrémités inférieures solidaires de la partie inférieure 8 et leurs extrémités supérieures solidaires d'une couronne 10 disposée transversalement dans le cylindre de suspension 3. Les deux bras 9 de l'élément mobile 7 délimitent un espace dans lequel peut se déplacer le piston de suspension 4 coaxialement à l'élément mobile 7 et la couronne 10 sert de butée du piston de suspens ion 4 en fin de course de celui-ci pour permettre l'accouplement du piston 4 et de l'élément mobile 7 comme cela sera expliqué ultérieurement. La partie inférieure 8 de l'élément mobile 7 et la partie supérieure 9a de chaque bras 9 de cet ensemble ont des formes inclinées par rapport à l'axe longitudinal du piston de suspension 4 complémentaires respectivement de celles de la zone inférieure 3a et de la zone supérieure 3b du cylindre de suspension 3 et l'élément mobile 7 a une hauteur inférieure à la course du piston de suspension 4. Le piston de suspension 4 comprend dans sa partie supérieure une partie formant éperon 4a traversant l'orifice circulaire central de la couronne 10 coaxialement à celle-ci et sur laquelle est enfilé un ressort hélicoïdal 11 servant de moyen d'accostage progressif de l'élément mobile 7 par le piston de suspension 4. Le ressort d'accostage 11 est en appui par sa spire inférieure sur la partie d'épaulement 4b du piston 4 de la laquelle part la partie formant éperon 4a. La partie formant éperon 4a assure ainsi le guidage du piston 4 et du ressort d'accostage 11 durant la course de piston 4. La hauteur du ressort d'accostage 11 est inférieure à la longueur des bras 9 de l'élément mobile 7 entre lesquels est disposé le ressort 11. Bien entendu, le ressort 11 peut être remplacé par tout autre moyen élastique susceptible d'assurer un accostage progressif entre le piston de suspension et l'élément mobile 7 en phase finale de la course du piston 4. Enfin, le cylindre de suspension 3 comporte dans sa zone inférieure 3b un conduit 3c permettant la mise à la pression atmosphérique du cylindre de suspension 3 pour assurer la libre descente de l'élément mobile 7. Le fonctionnement du dispositif de butée interne de l'invention ressort déjà de la description qui précède et va être maintenant expliqué. Dans la plage de fonctionnement normal FN de l'élément de suspension 1 définie par la double flèche FN aux figures 2 et 5, seul le piston de suspension 4 refoule du liquide sous pression du cylindre de suspension 3 à la sphère de suspension 5 avec la section efficace de refoulement du liquide telle que représentée en figure 4, de sorte que le ressort pneumatique (gaz comprimé dans la sphère 5) a un fonctionnement linéaire comme cela ressort de la figure 6 pour une course donnée cl du piston 4. Dans ce mode de fonctionnement normal de l'élément de suspension 1, aucune butée n'est ainsi activée. Lorsque le piston de suspension 4 aborde la plage de fonctionnement en fin de course FC représentée aux figures 2 et 7, le piston 4 accoste l'élément mobile 7 pour l'entraîner concomitamment dans sa course, ce qui a pour effet d'accroître la section efficace de refoulement du liquide sous pression du cylindre de suspens ion 3 à la sphère de suspension 5, la figure 3 représentant cette section efficace de refoulement qui correspond à la somme des sections efficaces de refoulement respectivement du piston 4 et de la partie inférieure 8 de l'élément mobile 7 vues de dessus. Dans ce cas, comme représenté en figure 8, la raideur du ressort pneumatique est accrue par rapport à la courbe de la figure 6 pour un même déplacement c2 du piston de suspens ion 4. Dans le but d'éviter un changement brutal de caractéristique du ressort pneumatique comme représenté à la figure 8 lorsque le piston de suspension 4 aborde la plage de fonctionnement de fin de course FC de l'élément de suspension 1, l'accostage de l'élément mobile 7 sur le piston 4 est assuré de manière progressive par le ressort d'accostage 11, la figure 5 représentant le moment où le piston 4 accoste l'élément mobile 7. La figure 9 représente cette phase d'accostage progressif PA. Ainsi, pour toute la plage de débattement de la roue associée à l'élément de suspension 1, on obtient une courbe de raideur du ressort pneumatique augmentant progressivement en fin de course de la roue. Comme cela ressort de ce qui précède, plutôt que de freiner le mouvement vertical de la roue arrivant en fin de course par dissipation d'énergie, le dispositif de l'invention convertit l'énergie cinétique de ce mouvement en énergie potentielle par un "sur-acroissement" de la compression du gaz dans la sphère de suspension. Une mise à l'atmosphère par la conduite 3c est effectuée pour permettre à l'élément mobile 7 de descendre librement au fond du cylindre de suspension 3. Le dispositif de butée interne pour suspension de l'invention assure, par un ressort à raideur variable, le freinage progressif du mouvement vertical de la roue. Ce freinage est quasiment indépendant de la fréquence de sollicitation de la roue. De plus, ce dispositif n'est pas dissipatif d'énergie. Ainsi, en roulage, si la roue subit des chocs dans la plage de fonctionnement de fin de course de l'élément de suspension, la fonction ressort est maintenue, contrairement à ce qui se produirait dans le cas d'une butée hydraulique, grâce au ressort pneumatique à raideur augmentée, à déplacement de piston égal. REVENDICATIONS 1. Dispositif de butée interne pour suspension, telle qu'une suspension hydropneumatique de véhicule automobile comprenant un piston de suspension (4) mobile dans un cylindre de suspension (3) et une sphère de suspension pneumatique (5), caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (7,8) pour augmenter la compression du gaz dans la sphère de suspension (5) assurant la fonction de ressort pneumatique pour un déplacement donné du piston de suspension (4) en phase finale de la course de celui-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen pour augmenter la compression du ressort pneumatique comprend un moyen (7, 8) pour augmenter la section efficace du piston (4) refoulant le liquide sous pression présent dans le cylindre de suspension vers la sphère de suspension (5). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen (7, 8) pour augmenter la section efficace du piston de suspension (4) comprend un élément (7) monté mobile dans le cylindre de suspension qui, s'accouplant avec le piston (4) quand ce dernier atteint la phase finale de sa course, a une partie (8) à section efficace de refoulement du liquide sous pression supérieure à celle du piston de suspension (4). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le piston de suspension (4) est inséré à l'intérieur de l'élément mobile (7) coaxialement à ce dernier qui comprend une butée (10) sur laquelle vient en appui le piston de suspension (4) en phase finale de sa course pour permettre l'accouplement du piston (4) et de l'élément mobile (7). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément mobile (7) est placé à l'intérieur d'une partie élargie du cylindre de suspension (3) et a sa partie à section efficace (8) circulaire. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément mobile (7) a une hauteur inférieure à la course du piston de suspension (4). 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'élément mobile (7) comprend au moins deux bras (9) reliés entre eux d'une part par une couronne (10) formant la butée d'accouplement du piston (4) et de l'élément mobile (7) et d'autre part par la partie à section de refoulement (8). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couronne (10) et la partie à section de refoulement (8) de l'élément mobile (7) sont situées respectivement en haut et en bas de l'élément mobile (7). 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le piston de suspension (4) comprend un moyen (11) pour assurer un accostage progressif entre celuici et l'élément mobile (7) en phase finale de la course du piston (4). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen d'accostage précité comprend un élément élastique (11), tel qu'un ressort, monté sur le piston de suspension (4) coaxialement à celui-ci. 11. Dispositif selon les revendications 7 et 10, caractérisé en ce que la hauteur du ressort (11) précité est inférieure à la longueur des bras (9) de l'élément mobile (7) entre lesquels est disposé le ressort (11). 12. Dispositif selon les revendications 7 et 10, caractérisé en ce que le piston de suspension (4) comprend dans sa partie supérieure un éperon (4a) traversant la couronne (10) de l'élément mobile (7) et sur lequel est enfilé le ressort d'accostage (11), de façon à assurer le guidage du piston (4) et du ressort d'accostage (11) durant la course du piston (4). 13. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que la partie inférieure à section de refoulement (8) et la partie supérieure (9a) des bras (9) de l'élément mobile (7) présentent les formes complémentaires respectivement de celle de la zone inférieure (3b) et celle de la zone supérieure (3a) de la partie élargie du cylindre de suspension (3). 14. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (3c) de mise à la pression atmosphérique du cylindre de suspension (3) pour permettre la libre descente de l'élément mobile (7).