Brevet FR2807712A1 — publié le 20011019

La présente invention a pour objet une roue équipée d'un système de suspension intégré de telle manière que cette roue suspendue se monte sur un support standard, par exemple une fourche de vélo, ou un support en porte-à-faux comme sur un fauteuil roulant ou tout autre véhicule roulant, afin d'en améliorer le confort et la tenue de route. La suspension intégrée selon l'invention peut être rajoutée à un véhicule qui n'en n'est pas pourvu, ou prévue dès la conception du véhicule. Les suspensions existantes possèdent généralement un encombrement important du fait de la présence de bras d'articulation qui déportent la roue par rapport au châssis du vehicule. Cela implique notamment un surdimensionnement axes d'articulation qui doivent assurer le maintien de la chasse et de l'angle de carrossage. Par exemple, pour les fauteuils roulants, une suspension externe impliquerait des contraintes d'encombrement ainsi des difficultés de conception du mécanisme de repli fauteuil. Dans le cas de véhicules à deux roues, on trouve généralement pour la suspension de la roue avant, une fourche télescopique qui assure à la fois la fonction ressort-amortissement et le guidage du support de la roue, ce implique des forces de friction qui en diminuent la sensibilité et oblige à un surdimensionnement des éléments de guidage. Il existe également des fourches avant de vélo dont le système de suspension est constitué de biellettes. Dans tous les cas, ces solutions impliquent le remplacement complet de la fourche si le vélo n'est pas équipé initialement d'une suspension. Enfin, la présence d'une suspension passive provoqué un phénomène de plongée au freinage, dû au report du poids du véhicule sur la ou les roues avant. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. La roue à suspension intégrée selon l'invention comporte un moyeu, supporté à rotation par une couronne, liée par l'intermédiaire d'une biellette supérieure et d'une biellette inférieure, à la pièce support permettant le montage de la roue sur le véhicule ; les deux biellettes forment avec la pièce support d'une part et bord de la couronne d'autre part, un quadrilatère déformable. Les axes d'articulation des biellettes sur le support ainsi que l'axe géométrique de rotation de la roue sont tous situés d'un même côté par rapport au plan défini par les axes d'articulation deux biellettes sur la couronne. Dans l'enceinte de la couronne sont disposés un organe à effet de ressort et éventuellement un organe à effet d'amortissement, interposés entre la pièce support et la couronne, éventuellement par l'intermédiaire d'une autre pièce, par exemple une biellette. Dans le cas d'une roue équipée d'un frein, celui-ci est fixé sur la couronne et agit sur le moyeu. Le moyeu de la roue pourra avoir, à titre indicatif et selon le mode de réalisation, un diamètre compris entre une et demi et deux fois le débattement souhaité de la suspension. Ce moyeu est supporté à rotation par une couronne de diamètre légèrement inférieur, au moyen de dispositifs permettant la rotation de la roue avec un minimum de frottement, tout en rendant le moyeu solidaire de la couronne selon tous les degrés de liberté de déplacement et d'inclinaison à l'exception de ladite rotation. L'utilisation de deux roulements à billes annulaires disposés entre la couronne et le moyeu permet d'y répondre selon une technologie éprouvée. Le moyeu peut selon une autre solution, être guidé par au moins trois paires de galets disposés à la circonférence de la couronne. Les deux biellettes assurant le guidage cinématique de la suspension, sont longueurs proches ou identiques et sont articulées sur la pièce support selon deux axes respectifs (AA') et (1313') parallèles à l'axe de rotation de la roue, ce premier entre-axe B donnant sensiblement la direction de débattement de la suspension. Les extrémités biellettes sont articulées sur le bord de la couronne selon des axes respectifs CC' et DD' sensiblement équidistants de l'axe géométrique de rotation de la roue. Les deux biellettes forment ainsi les deux côtés opposés A-C et B-D du quadrilatère, le côté du quadrilatère A-B défini par la pièce support étant sensiblement deux fois plus grand que le côté opposé D défini par le bord de la couronne. mécanisme ainsi défini assure un débattement sensiblement rectiligne de l'axe de la roue permettant un maintien de la chasse tout en assurant un guidage rigide en carrossage et en direction. Il induit par ailleurs un basculement de la couronne dans sens opposé au basculement des biellettes. Les extrémités (CC') et (DD') des biellettes décrivant trajectoire circulaire, le basculement simultané de la couronne par rapport ces mêmes axes (CC') et (DD') induit pour l'axe géométrique de la roue, une trajectoire circulaire opposée, compensant ainsi la variation de chasse. Diferentes variantes géométriques sont possibles pour obtenir la cinématique souhaitée. Une des biellettes peut être plus grande que l'autre, ou les positions des axes (CC') et (DD') sur le bord de la couronne peuvent varier, il suffit d'adapter la distance entre axes (AA') et (1313') pour obtenir une trajectoire rectiligne sur une course utile égale environ à une longueur de biellette, avec une tolérance inférieure à un pour-cent la course utile. Par ailleurs, pour équiper une roue avec un frein, celui-ci est monté sur la couronne et agit sur le moyeu ou sur une pièce solidaire du moyeu, un disque de freinage par exemple. La roue en rotation, lorsqu'elle est freinée, exerce un couple sur la couronne tendant ' la faire basculer dans le sens de rotation de la roue. Cela induit un effort de compression ou détente la suspension selon que les biellettes sont articulées respectivement sur le bord avant ou arrière de la couronne. Ainsi dans le cas d'une roue avant les biellettes seront articulées selon leurs axes respectifs (CC') et (DD') au ni veau du bord arrière de la couronne, le freinage induisant ainsi une détente de la suspension s'opposant au phénomène de plongée, et ce, de façon proportionnelle à l'effort de freinage exercé sur la roue avant. Le mécanisme ainsi intégré dans le moyeu permet de réaliser guidage de la roue d'une grande rigidité pour un poids relativement réduit, et d'assurer le guidage cinématique de la suspension. Le comportement dynamique de la suspension est assuré par organe élastique de type ressort hélicoïdal, élastomère ou pneumatique qui s'oppose à la compression de la suspension, et éventuellement par un organe de dissipation de l'énergie de déplacement de type amortisseur à air ou à huile. Ces deux organes peuvent être soit indépendants, soit reunis sous la forme d'un combiné oléo-pneumatique par exemple. Un organe de suspension étant constitué généralement d'un premier élément de corps lié au support et d'un deuxième élément de corps lié à la partie mobile de la suspension, les deux points de liaison peuvent selon une première solution, être solidaires respectivement de la couronne et du support. Selon une deuxième solution, l'organe de suspension peut être disposé entre la couronne et un point de liaison solidaire de l'une des biellettes situé à une distance intermédiaire entre les deux extrémités de la biellette. Ce point de liaison subissant un léger déplacement dans le même sens que la couronne lorsque la suspension se comprime, le déplacement relatif des deux éléments de corps de l'organe de suspension est inférieur au débattement de la suspension. Dans ce cas, on utilise un organe de suspension possédant une course réduite, ses caractéristiques dynamiques de raideur et/ou d'amortissement étant alors augmentées en conséquence. Cette solution permet de réduire l'encombrement de l'organe de suspension, et donc de limiter diamètre de la couronne et du moyeu à l'intérieur desquels il est disposé. Selon une autre solution, l'organe de suspension peut être disposé entre le support et un point de liaison solidaire de l'une des biellettes. Selon emplacement du point de liaison, le débattement propre de l'organe de suspension pourra être inférieur au débattement total de la suspension. L'organe à effet de ressort selon une variante de l'invention, peut être confondu avec l'une des deux biellettes, celle-ci étant alors constituée d'une pièce du type lame flexible ou ressort de torsion dont l'une au moins des deux articulations est remplacée par un encastrement. La longueur et la géométrie de cette pièce doivent être adaptées afin de respecter les caractéristiques cinématiques du mécanisme, puisque remplace une biellette articulee par une biellette flexible. En fonction des caractéristiques géométriques des différents organes, on peut libérer l'espace disponible à l'intérieur du moyeu en réalisant une ou deux biellettes en forme de U ou H, c'est-à-dire dont les branches sont situées à l'extérieur du moyeu de part et d'autre de la roue, la branche horizontale traversant le centre de la couronne et assurant la rigidité de la biellette en torsion . En particulier, l'articulation (AA') ou (BB') selon la biellette, est réalisée en deux éléments de liaison, respectivement sur chaque branche de la biellette. Cette solution permet d'augmenter le débattement de la suspension sans augmenter le diamètre du moyeu, puisque les axes (AA') ou (BB') ne constituent plus un obstacle physique à l'intérieur de la couronne. Par ailleurs, cette solution permet d'améliorer la rigidité du mécanisme par un élargissement biellettes et de la portée de leurs articulations. De cette manière et selon le débattement souhaité lors de la conception d'une roue à suspension intégrée selon l'invention, on aura intérêt d'une à limiter au maximum le diamètre du moyeu et de l'organe de guidage à rotation, exemple de type roulement à billes, et d'autre part à élargir la portée des articulations des biellettes de façon à offrir une plus grande rigidité. Les organes d'amortissement sont généralement constitués premier élément de corps contenant un fluide, le deuxième élément de corps étant une tige pénétrant par un côté du premier élément de corps et entraînant un dispositif freiné par le fluide à l'intérieur du premier élément, par exemple un piston. Selon une nouvelle solution, la tige peut être traversante, ses deux extrémités étant fixées en deux points de la circonférence de la couronne ; la tige est ainsi montée avec une précontrainte en traction par exemple à l'aide d'une fixation par vis, permettant d'éliminer tout risque de flambage de la tige et autorisant de cette manière l'emploi d'une tige de petit diamètre. Cette solution nécessite cependant de disposer une pièce intermédiaire liant cinématiquement le premier élément de corps soit au support, soit à l'une des biellettes. Dans le cas d'un véhicule à 3 roues ou plus, il peut être nécessaire, afin d'améliorer son comportement routier, d'assortir le système de suspension selon l'invention, d'un dispositif antiroulis ou plus généralement d'un élément de suspension externe. La couronne est alors conçue de manière à recevoir une liaison avec un tel dispositif de suspension externe. Dans le cas d'une roue arrière de vélo, le système se monte en porte ' faux sur le côté opposé à la chaîne, le moyeu étant entraîné par la cassette rassemblant pignons. Le cadre doit être alors renforcé du côté qui supporte la roue en porte-à-faux. Le système de suspension peut par ailleurs être secondé par un deuxième jeu de biellettes faible encombrement, disposées entre le cadre et l'axe de la cassette lui -même solidaire de la couronne. Ce deuxième jeu de biellettes dont la cinématique est parallèle à celle du système principal, permet de reprendre les efforts perpendiculaires au plan de déplacement, notamment de traction de la chaîne. Selon la présente invention, on peut concevoir tout système qui serait constitué de deux jeux de biellettes parallèles disposées de part et d'autre du moyeu. Dans le cas d'une roue arrière de motocycle, il suffit que le pignon de transmission ait diamètre au moins égal à celui du moyeu. On peut alors réaliser une suspension selon l'invention, comme pour une roue libre. Dans tous les cas d'adaptation à une roue arrière l'articulation des biellettes se fait sur le bord avant de la couronne, afin de compenser le phénomène de plongée au freinage. Selon principe de l'invention, le support assurant le montage de la roue sur le châssis du véhicule peut être lui-même une partie du châssis du véhicule ; cette partie peut être démontable ou non. Dans ce cas, cette roue à suspension ne sera pas facilement adaptable à un autre véhicule. En revanche on peut attendre de cette disposition gain de poids et de rigidité. Dans le cas de l'application au vélo, on pourra ainsi trouver pour des vélos tout terrain performants, une fourche avant supportant directement les axes d'articulation biellettes au lieu du logement d'axe de roue habituel. Cette dernière variante conserve ses qualités inhérentes à la suspension intégrée, en particulier par ce que la suspension reste attachée au moyeu creux, les biellettes étant au moins partiellement inscrites dans son enceinte. On peut également envisager dans cet esprit, que l'organe de suspension soit placé à l'extérieur du moyeu, et agisse entre le châssis-support et soit la couronne, soit une biellette. Dans ce cas, on peut avoir un seul organe de suspension qui sera placé d'un côté, les biellettes assurant de toute façon le guidage de la roue dans son plan ; on peut le cas échéant, placer deux organes de suspension placés de part et d'autre du moyeu de roue. Les dessins associés à la description présentent les différentes caractéristiques et variantes - la figure 1 présente une vue du principe d'assemblage des différents organes régissant le fonctionnement de la suspension - la figure 2 montre le même système position d'écrasement de la suspension où l'on constate d'une part le respect de l'empattement du véhicule (angle de chasse vertical) et d'autre part que la couronne a subi rotation opposée au basculement des biellettes. - la figure 3 illustre une variante de réalisation dans laquelle la biellette inférieure est remplacée par un ressort de torsion encastré le support, permettant d'assurer à la fois l'effet de ressort de la suspension et le guidage cinématique de la couronne. La biellette supérieure qui est en forme de U, confère mécanisme sa rigidité en roulis et en lacet, de par sa rigidité en torsion et en flexion. - la figure 4 illustre une autre variante comportant un organe d'amortissement à tige traversante, celle-ci étant fixée sur la couronne en ses deux extrémités par des vis permettant d'appliquer une précontrainte de traction. - la figure 5 montre un autre mode réalisation comportant un ensemble combiné ressort-amortisseur articulé entre la couronne et la biellette supérieure, la biellette inférieure ayant une forme de H. On représenté partiellement un disque de freinage vissé au moyeu ainsi que le positionnement du frein sur la couronne. - la figure 6 est une coupe du mode de réalisation présenté dans la figure 5. Pour faciliter la représentation, on a placé les mâchoires de frein en haut de la couronne. La demi-coupe gauche est effectuée dans le plan diamétral vertical ; la demi-coupe droite passe par les axes d'articulation (AK), (BB') biellettes sur le support. - la figure 7 représente une fourche avant de vélo supportant directement les axes d'articulation des biellettes, comme exemple d'un support de roue intégré au châssis du véhicule. Cette figure permet de présenter également une variante du mode de fonctionnement de l'organe de suspension qui agit entre le support et une biellette. Le mode de réalisation présenté dans les figures 1 et 2 permet de décrire le comportement du mécanisme lors de l'écrasement de la suspension. En particulier, le support (3) étant solidaire du châssis du véhicule, il demeure en position verticale. L'action des biellettes au niveau de chacune de leurs articulations, induit un basculement de la couronne, mis en évidence par les deux figures proposées. L'organe de suspension (6) agit en compression entre le support et la couronne. L'interface entre la couronne (2) et le moyeu (1) n'est pas détaillée, mais peut être par exemple assurée par deux roulements à billes. Enfin, dans ce cas de figure, on constate que l'ensemble du mécanisme est inclus rigoureusement à l'intérieur de la couronne, et que le diamètre de celle-ci doit être égal à environ deux fois la course utile de la suspension. Conformément à la figure 3, on peut remplacer la biellette inférieure une pièce flexible (5') bridée sur le support (3). Sur le dessin présenté, celle-ci est un ressort à spirales qui travaille en torsion dans la zone désignée (6'), prolongé d'une branche articulée en son extrémité sur la couronne (2). La biellette flexible peut selon cas posséder une branche unique ou double. Le guidage de la roue et notamment la reprise des efforts de torsion en roulis et en lacet sont assurés par la biellette supérieure (4). Ses articulation (AA') (CC') doivent de ce fait présenter le minimum de jeux possibles. Pour cela, chaque articulation est constituée de deux paliers à billes coaxiaux montés avec des précontraintes axiales opposées permettant d'annuler tout jeu mécanique résiduel, tout en conférant au mécanisme un niveau de friction très faible. Le guidage entre la couronne (2) et le moyeu (1) est assuré par un roulement à billes représenté. En pratique, une cage permet de maintenir une répartition réguliere des billes un joint assurant l'étanchéité du roulement. Sur la figure 4, on présente partiellement une suspension intégrée dans laquelle l'organe d'amortissement (6 ") est constitué d'une part d'une tige traversante fixée entre deux points de la couronne (2), et d'autre part d'un élément de corps contenant le fluide amortisseur. Cet élément de corps est lié cinématiquement à la biellette supérieure (4). Dans cette disposition qui s'intègre bien dans l'enceinte de la couronne la tige traversante est précontrainte en traction ce qui permet d'en diminuer le diamètre celui des joints d'étanchéité dans le cas d'un amortisseur à huile et par conséquent de diminuer les frictions générées par cet organe. Le mode de réalisation décrit ci-après concerne la roue avant d'un véhicule à deux roues, selon les figures 5 et 6. Le support de la roue étant une fourche avant, la pièce (3) permettant le montage de la roue à suspension intégrée sur la fourche comporte un axe de dimension standard, serré classiquement sur les deux branches de la fourche par deux écrous par un dispositif de fixation rapide. Le blocage doit toutefois être suffisant pour éviter le basculement de la pièce de liaison, notamment lors du freinage. L'axe de montage sur la fourche est solidaire des supports d'articulation des biellettes, par exemple flancs soudées à l'axe, et percés de manière à recevoir les axes (AA') et (BB'). Pour un positionnement correct lors du montage, on pourra adjoindre au support (3) petit bras qui bloque sur l'un des montants de la fourche à l'aide d'un collier ou tout système simple de serrage. Les articulations sont assurées avec un minimum de frottements grâce à des guidages par roulements à billes, avec une précontrainte axiale permettant d'annuler les jeux ; obtient ainsi une grande précision de guidage des biellettes (4) et et une grande rigidité pour le maintien du plan de la roue. L'organe de suspension (6) est articulé entre la couronne (2) et biellette supérieure (4), le rapport de réduction entre le débattement total de la suspension et la compression propre du ressort (6), est d'environ deux et demi. couronne (2) peut être une pièce tournée en aluminium par exemple, et elle reçoit sur son bord arrière les articulations des deux biellettes (4) et (5), son bord avant montage du frein (7), et sur sa circonférence, le montage des roulements à billes qui guident le moyeu (1). Enfin, le moyeu (1) peut être une pièce tournée ou bien réalisée en matériaux composites de manière à gagner du poids, du fait de ses grandes dimensions. Le disque de freinage est assemblé par son diamètre extérieur, au moyeu (1). Dans la figure 7, on présente une variante du mode de réalisation dans laquelle le support est plus une pièce assurant le montage de la roue sur le châssis, mais une partie intégrante du châssis. Dans ce mode de réalisation, les articulations (AA') et (BB') des biellettes respectives (4) et (5), sont directement montées sur une fourche vélo, au niveau pattes soudées en extrémité des montants de la fourche qui fait ainsi office de support (3'). L'organe de suspension est ici un combiné oléo-pneumatique (6) agissant entre la biellette supérieure et le support (3'). Cet organe de suspension peut être modèle standard avec des caractéristiques de raideur et d'amortissement adaptées selon les préférences de l'utilisateur. Le combiné est placé le long de l'un des montants de la fourche, les efforts de torsion étant intégralement repris par les biellettes. Dans mode de réalisation, le débattement de la suspension peut avoir une valeur proche diamètre intérieur de la couronne. En revanche, le débattement propre nécessaire du combiné est égal à environ la moitié du débattement de la roue. réalisation d'une telle roue à suspension intégrée selon les différents modes de réalisation présentés, fait appel à des technologies simples et maîtrisées plan industriel. REVENDICATIONS 1/ Roue de véhicule à suspension intégrée caractérisée en ce qu'elle est constituée - d'un moyeu (1) supporté à rotation par une couronne (2) liée cinématiquement ' un support (3, 3') qui assure le montage de la roue sur le véhicule par l'intermédiaire d'une biellette supérieure (4) et d'une biellette inférieure (5, 5'), lesdites biellettes (4 ; 5, étant articulées à pivotement d'une part par rapport à la pièce support (3, 3') selon des axes respectifs (AA') et (1313'), d'autre part par rapport à la couronne (2) selon des axes respectifs (CC') et (DD'), lesdits axes d'articulation (AA', BB', DD') étant parallèles à l'axe géométrique (00') de rotation de la roue et étant disposés tels que les axes (AA'), (BB') et (00') se situent d'un même côté par rapport au plan défini par les axes (CC') et (DU), et - d'un dispositif de suspension (6, 6', 6") interposé entre le support (3, 3') et la couronne (2). 2/ Roue de véhicule à suspension intégrée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de suspension (6) est constitué de 2 dispositifs : le premier étant organe à effet de ressort interposé entre le support (3, 3') et la couronne (2), le deuxième dispositif étant un organe d'amortissement constitué d'un premier élément de corps lié support (3, 3') et d'un deuxième élément de corps lié à la couronne (2). 3/ Roue de véhicule à suspension intégrée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de suspension (6) est interposé entre le support (3) et l'une des deux biellettes. 4/ Roue de véhicule à suspension intégrée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de suspension (6) est interposé entre la couronne (2) et l'une des deux biellettes. 5/ Roue de véhicule à suspension intégrée selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif d'amortissement (6") est constitué d'un premier élément de corps lié cinématiquement au support (3) et guidé le long d'une tige formant le deuxième élément de corps, ladite tige étant par ses deux extrémités solidaire de la couronne (2) et traversant le premier élément de corps contenant le dispositif d'absorption d'énergie. 6/ Roue de véhicule à suspension intégrée selon la revendication 2 ou la revendication 5, caractérisée en ce que au moins l'un des deux dispositifs à effet de ressort ou d'amortissement est interposé entre le support (3) et l'une des deux biellettes. 7/ Roue de véhicule à suspension intégrée selon la revendication 2 ou la revendication 5, caractérisée en ce que au moins l'un des deux dispositifs à effet de ressort ou d'amortissement est interposé entre la couronne (2) et l'une des deux biellettes. 8/ Roue de véhicule à suspension intégrée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe à effet de ressort (6' est confondu avec l'une des deux biellettes, celle-ci étant constituée d'une pièce élastique (5') dont l'une au moins des deux articulations est remplacée par un encastrement. 9/ Roue de véhicule à suspension intégrée selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le montage d'un frein (7) sur la couronne (2) et agissant sur le moyeu (1) ou sur une pièce (8) solidaire du moyeu. 10/ Roue de véhicule à suspension intégrée selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le système comporte un double jeu de biellettes disposées de part et d'autre du moyeu. 1 Roue de véhicule à suspension intégrée selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le support (3') est le châssis du véhicule constitue une partie du châssis du véhicule.