Brevet FR2832121A1 — publié le 20030516

La présente invention a pour objet un dispositif de guidage d'une roue de véhicule tel qu'un deux-roues ou un trois-roues à roue avant unique. Plus précisément le dispositif visé par l'invention est du type comprenant une fourche rigide articulée à son extrémité inférieure sur un axe de rotation de ladite roue, une pièce de liaison inférieure articulée sur la fourche par une rotule et sur un châssis du véhicule autour d'un axe transversal ; un amortisseur est interposé entre ladite pièce de liaison et le châssis, et une pièce de liaison supérieure est articulée sur la fourche autour d'un axe transversal de rotation, et sur le châssis autour d'un autre axe ; enfin le dispositif comporte un ensemble de direction incluant un guidon, lui-même articulé rotative ment sur le châssis autour d'un axe sensiblement vertical. Les degrés de liberté de cette structure rigide sont donc ménagés verticalement. Un tel dispositif permet la suspension et la direction du véhicule, lequel peut être à deux roues, motorisé ou non (vélo, notamment du type VTT , motocyclette, cyclomoteur) ou à trois roues avec une seule roue avant ( trike , side-car, triporteur, char à voile...). On connaît par le document WO 00/61427 un bicycle comportant une fourche avant reliée à un châssis par l'intermédiaire d'une bielle inférieure articulée sur des axes transversaux et d'un amortisseur. Une bielle supérieure est articulée, d'une part sur l'extrémité supérieure de la fourche et d'autre part sur la colonne de direction du guidon autour d'axes transversaux. Sur la Figure 3A du WO 00/61427 on constate que l'ensemble 13c + 13a pivote autour d'un axe S fixe par rapport au châssis. Dans cette même figure il est relevé que le pivot inférieur reliant 13a à 13b se trouve sur l'axe S , tout comme dans la figure 3c, qui représente le dispositif dans son débattement maximum. Ces deux configurations autorisent la libre rotation de 13a + 13c autour de S . Par contre, dans les autres positions de son débattement vertical, le point de pivot entre 13a et 13b s'écarte de l'axe S (Fig. 3b), l'écart maximum se trouvant à mi-course. Dans cette configuration, lorsque le conducteur tourne le guidon à droite ou à gauche, la rotation de l'ensemble 13c + 13a doit se faire autour d'un axe passant obligatoirement par le pivot entre 13a et 13b : ceci contraint l'axe S à passer par ce point et induit par conséquent une flexion, soit dans le châssis, soit dans un autre élément, afin de satisfaire à cette condition. Cet inconvénient du WO 00/61427 peut devenir très critique pour un véhicule pourvu d'un châssis très rigide, qui n'accepterait pas les déformations nécessaires. D'une manière plus générale, la plupart des systèmes de suspension avant connus des véhicules visés par l'invention sont équipés d'une fourche télescopique, qui présente le désavantage d'une mauvaise rigidité en torsion, préjudiciable à la stabilité du véhicule, notamment dans les virages. Cette fourche présente également l'inconvénient d'induire des contraintes importantes dans la partie avant du châssis (colonne de direction) du fait du dégagement nécessaire au débattement de la roue, qui réduit la longueur de la colonne de direction et l'éloigne de la roue. En outre les usinages longs et précis des tubes et fourreaux font de ce système un élément très onéreux du véhicule. La présente invention a donc pour but de proposer un dispositif de guidage agencé de façon à éliminer largement ces inconvénients, grâce à une structure rigide composée d'éléments reliés au châssis par plusieurs axes d'articulation répartissant les contraintes mécaniques en plusieurs points. Le dispositif visé par l'invention comprend des moyens de liaison supérieure reliant un axe transversal supérieur de la fourche et le châssis. Conformément à l'invention, lesdits moyens de liaison supérieure sont agencés de façon que ledit axe transversal constitue une articulation transversale entre l'extrémité supérieure de la fourche et lesdits moyens de liaison supérieure, et ces moyens de liaison supérieure permettent à l'axe transversal des possibilités de débattement par rapport au châssis, soit autour de trois axes sensiblement perpendiculaires, soit par tout autre moyen lui laissant les mêmes possibilités de débattement, le dispositif incluant en outre un ensemble de direction rotatif autour de l'axe vertical mais non lié en rotation autour de l'axe transversal, ce dernier étant lié à la rotation autour de l'axe vertical. Ce système d'articulation offre au dispositif un degré de liberté supplémentaire par rapport au WO 00/61427, qui permet d'éliminer très largement les flexions et contraintes indésirables, notamment dans les virages, et qui de ce fait évite toute usure prématurée des pièces du dispositif, augmentant d'autant la longévité de celui-ci. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de liaison supérieure comportent une pièce de liaison supérieure articulée sur le châssis par une rotule. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés qui en illustrent plusieurs formes de réalisation à titre d'exemples non limitatifs. - La Figure 1 est une vue en perspective simplifiée de la roue avant d'un véhicule du type visé par l'invention et de son dispositif de guidage et de suspension conforme à l'invention. - Les Figures 2,3, 4 et 5 sont des vues en perspective analogues à la Figure 1 de quatre formes de réalisation du dispositif de guidage selon l'invention. Le dispositif représenté à la Figure 1 est destiné à guider et diriger la roue avant unique 1 d'un véhicule tel que mentionné précédemment, à savoir une bicyclette, un VTT , une motocyclette, un triporteur, un char à voile etc... Il comprend une fourche rigide 2 articulée à son extrémité inférieure sur un axe 3 de rotation de la roue 1, une pièce de liaison inférieure 4 articulée sur la fourche 2 par une rotule 5 et sur un châssis 6 du véhicule autour d'un axe transversal 7. Un combiné suspension-amortisseur 8 est interposé entre ladite pièce de liaison 4 et le châssis 6, la pièce 4 formant un triangle dont la rotule 5 constitue un sommet. L'amortisseur 8 est articulé sur la pièce de liaison 4 et sur le châssis 6. Une pièce de liaison supérieure 9, en forme de triangle dans cette forme de réalisation, est articulée sur la fourche 2 autour d'un axe transversal de rotation AT constituant la base du triangle, et sur le châssis 6 autour d'une rotule 12. Cette dernière autorise des oscillations dans toutes les directions et notamment autour d'un axe longitudinal, perpendiculaire aux axes transversaux 3,7 et AT. La roue avant 1 est ainsi guidée par la structure 2 assurant la rigidité entre l'axe 3 de la roue 1 et l'axe AT, qui doivent rester parfaitement parallèles, d'une part, et entre ces deux axes et l'articulation de la rotule 5 d'autre part. De la rigidité de cet élément dépend la stabilité du véhicule. Les articulations 5 et 12 offrent tous les degrés de liberté d'un élément par rapport à l'autre autour d'un point (rotule), ou une combinaison d'axes de rotation offrant les mêmes libertés de mouvement des éléments entre eux (exemple : joint de transmission à cardan). Les axes 7 et AT peuvent être matérialisés soit par un axe d'articulation unique, soit par deux segments d'axes coaxiaux, soit encore par deux articulations du type rotule. La pièce inférieure 4 transmet les mouvements verticaux de la fourche 2 à l'élément 8 combiné suspension-amortisseur fixé au châssis 6, identique à ceux utilisés pour les suspensions arrière à amortisseur unique dont les capacités sont adaptées pour l'avant. Cette disposition permet de transmettre directement au châssis 6 la plus grande partie des efforts de suspension et d'amortissement, et ainsi, d'en préserver la partie supérieure constituée par la pièce de liaison 9, qui peut être allégée. La Figure 1 met en évidence la capacité du système représenté à assurer à la fois la direction du véhicule autour de l'axe fictif XX passant par les rotules 5 et 12, et le débattement vertical de la fourche 2 avec la roue 1 quel que soit l'angle de direction de ceux-ci. Les dispositions relatives des articulations sont déterminantes pour le comportement du véhicule, notamment lors du freinage de la roue, et doivent par conséquent faire l'objet d'un étude précise adaptée à chaque cas. Bien que la Figure 1 illustre l'essentiel de l'invention, on comprend que si l'ensemble de direction (non représenté sur la Figure 1) est monté directement sur la pièce triangulaire 9 de liaison, elle permettrait effectivement la direction du véhicule, mais elle subirait aussi les oscillations de la pièce de liaison 9 dues à la suspension de la roue 1. Or ces oscillations rendraient la conduite très inconfortable, voire impossible, sur des sols irréguliers. Les formes de réalisation de l'invention illustrées aux Figures 2 à 5 permettent de résoudre ce problème. Ainsi le dispositif de guidage de la roue 1 représenté à la Figure 2 comprend un châssis 6 qui porte un pivot de direction 13 supportant un guidon 14 et apte à transmettre la direction au triangle 9 de liaison ainsi qu'à la fourche 2, par une biellette intermédiaire pourvue d'une rotule 16,17 à chacune de ses extrémités. La rotule 17 est elle-même articulée sur une plaquette 18 entraînée en rotation par le guidon 14 et la colonne 19 de l'ensemble de direction, cette colonne 19 supportant le guidon 14 de commande de direction. Le guidon 14 articulé dans le pivot 13 transmet avantageusement le mouvement de rotation de celui-ci à la pièce de liaison supérieure 9 ou à la fourche 2 par l'intermédiaire de la bielle 15 et de ses rotules terminales 16,17. Dans le mode de réalisation de la Figure 3, la pièce de liaison supérieure 21 est rectangulaire et formée par quatre tubes 21 a, 21 b, 21 c, 21d. Le tube 21 d constituant l'un de ses côtés transversaux est articulé autour d'un axe transversal ZZ sur une chape 22 de l'ensemble de direction 23 supportant le guidon 24 rotatif autour d'un axe sensiblement vertical AV. La chape 22 est elle-même articulée sur le châssis 24 par un tube 25 emboîté dans un tube longitudinal 26 dudit châssis, de sorte que l'ensemble de direction 23 et la chape 22 peuvent osciller par rapport au châssis 24 (flèche F sur la Figure 3) autour de l'axe longitudinal AL du tube 25, sensiblement horizontal lorsque le véhicule est sur un plan horizontal. La chape 22 et le guidon 23 sont articulés autour de l'axe sensiblement vertical AV sur un pivot (non visible à la Figure 3) lié au tube 25, en entraînant la pièce de liaison supérieure 21 et la fourche 2 articulée sur la rotule 5 de la pièce de liaison inférieure 4. De ce fait l'ensemble de direction 23 présente des articulations autour d'un axe longitudinal AL, d'un axe transversal AT et d'un axe AV sensiblement vertical. L'axe longitudinal AL permet une légère oscillation de l'ensemble de direction 23 par rapport au châssis 24. Cette oscillation peut également être assurée, en variante, par flexion d'un support souple, réalisé par exemple en acier à ressort, composite ou élastomère. Le deuxième axe vertical AV, embarqué sur le premier mouvement, supporte la commande de direction 23 qui autorise l'angle de direction voulu par le conducteur. Le troisième axe transversal AT est embarqué sur les deux autres (AV et AL) et permet l'articulation de la pièce de liaison 21, laquelle présente dans cette réalisation la forme d'un rectangle conférant la meilleure rigidité possible entre les axes transversaux AT et ZZ. Dans la forme de réalisation du dispositif illustrée à la Figure 4, la pièce de liaison supérieure 27 est articulée sur un côté 28 par une rotule 29 sur l'extrémité supérieure de la fourche 2. Le côté 31 opposé au côté 28 est formé par une bielle munie à ses deux extrémités d'une première rotule 32 d'articulation sur la fourche 2, et d'une seconde rotule 33 d'articulation sur ledit axe transversal ZZ de la chape 22. Les deux rotules 29,32 articulées sur la fourche 2 définissent le second axe transversal AT. Une entretoise tubulaire 10 relie le côté 28 au côté transversal 20 articulé sur la chape 22, afin d'améliorer la rigidité de la pièce 27. La bielle 31 permet aux axes transversaux AT et ZZ de ne pas rester parallèles lors des rotations de l'ensemble de direction 23 autour d'un axe sensiblement vertical et fixe par rapport au châssis. La commande de direction 23 est articulée directement sur le châssis et entraîne dans sa rotation la chape 22 comportant l'articulation transversale de l'axe ZZ, permettant d'articuler la pièce supérieure 27 suivant un mouvement d'oscillation vertical. La rotule 33 est alignée sur l'axe ZZ, tandis que la seconde rotule 32 de la bielle 31 est fixée sur la fourche 2, sur l'axe AT. La bielle 31 permet aux axes ZZ et AT de ne pas rester parallèles lors de la rotation de l'ensemble de direction 23, ce qui revient à remplacer par cet agencement l'axe longitudinal AL de la Figure 3. C'est ce degré de liberté supplémentaire qui rend cette solution équivalente à celle de la Figure 1, en laissant à l'axe AT les mêmes possibilités de déplacement que s'il était relié au châssis 24 par le triangle 9 et la rotule 12. La forme de réalisation du dispositif de guidage illustrée à la Figure 5 diffère des précédentes par le fait que la pièce supérieure de liaison 34 est constituée en forme de V ou de triangle. Un sommet 35 de ce triangle est lié à la commande de direction 23 : il s'appuie sur un pivot 13 et est traversé par la colonne de direction 19 du guidon 14. Les deux autres sommets 36,37 sont articulés sur les extrémités supérieures de la fourche 2, autour de deux points définissant l'axe transversal AT. Le pivot 13 est solidaire du châssis 6 et supporte l'ensemble de direction 23, lui-même articulé autour de l'axe sensiblement vertical AV. La commande de direction, articulée directement sur le châssis 6 du véhicule, entraîne dans sa rotation la pièce supérieure 34, dont le matériau, par exemple un acier à ressort, est choisi suffisamment souple pour suivre les déplacements verticaux de l'axe transversal AT. Cette flexion de la pièce 34 peut aussi contribuer à la suspension du véhicule. Dans les différents modes de réalisation décrits ci-dessus, le dispositif selon l'invention se différencie du système antérieur du WO 00/61427 par la possibilité de l'axe transversal AT de se débattre suivant trois degrés de liberté par rapport au châssis, au lieu de deux : - un axe AV de commande de direction dans tous les cas - un mouvement vertical assuré par l'axe ZZ dans les modes de réalisation des Figures 3 et 4, par la rotule dans les réalisations des Figures 1 et 2, et par la flexion de l'élément 34 à la Figure 5. - Un mouvement d'oscillation longitudinal assuré par la rotule aux Figures 1 et 2, par l'axe longitudinal AL à la Figure 3, par la biellette 31 qui permet à l'axe AT de ne pas rester parallèle à l'axe ZZ dans la réalisation de la Figure 4, et par la souplesse de l'élément 34 à la Figure 5. Les trois axes AV, AL et ZZ peuvent être remplacés par une rotule, ou par un axe (AV) et une pièce de liaison flexible 34 (Fig. 5). L'invention peut comporter diverses variantes d'exécution. Par exemple le tube 25 constituant l'axe longitudinal AL peut être équipé à ses extrémités de blocs élastiques travaillant en flexion. REVENDICATIONS 1) Dispositif de guidage d'une roue (1) de véhicule tel qu'un deux-roues ou un trois-roues à roue avant unique, comprenant : une fourche rigide (2) articulée à son extrémité inférieure sur un axe (3) de rotation de ladite roue, une pièce de liaison inférieure (4) articulée sur la fourche par une rotule (5) et sur un châssis (6) du véhicule autour d'un axe transversal (7), un combiné suspension-amortisseur (8) interposé entre ladite pièce de liaison et le châssis auxquels il est articulé, des moyens de liaison supérieure (9,21, 27..) reliant un axe transversal supérieur (AT) de la fourche au châssis, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison supérieure sont agencés de façon que ledit axe transversal (AT) constitue une articulation transversale entre la fourche et lesdits moyens de liaison supérieure, et en ce que ces moyens de liaison supérieure permettent à l'axe transversal (AT) des possibilités de débattement par rapport au châssis, soit autour de trois axes (AV, AL, ZZ) sensiblement perpendiculaires, soit par tout autre moyen lui laissant les mêmes possibilités de débattement, ledit dispositif incluant en outre un ensemble de direction (14, 19 ; 23..) rotatif autour de l'axe vertical (AV) mais non lié en rotation autour de l'axe transversal (AT), ce dernier étant lié à la rotation autour de l'axe vertical (AV). 2) Dispositif de guidage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison supérieure comprennent une pièce de liaison supérieure (9) articulée sur le châssis (6) par une rotule (12). 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de liaison supérieure comprennent une pièce de liaison supérieure (9) reliant d'une façon rigide l'axe (AT) à une rotule (12) d'articulation sur le châssis, et ce dernier porte un pivot (13) de direction supportant le guidon (14) et apte à transmettre la direction audit triangle de liaison et à la fourche (2) par une biellette intermédiaire (15) pourvue d'une rotule (16,17) à chacune de ses extrémités. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison supérieure comportent une pièce de liaison supérieure (21) reliant d'une façon rigide l'axe transversal (AT) à un axe transversal (ZZ) sur une chape (22) de l'ensemble de direction supportant le guidon (14), en ce que cette chape est elle-même articulée sur le châssis (24) sur un tube (25) définissant ledit axe longitudinal (AL) afin de permettre des oscillations de l'ensemble de direction par rapport au châssis, et en ce que la chape et le guidon sont articulés autour d'un axe sensiblement vertical (AV) sur un pivot lié au tube (25), en entraînant la pièce de liaison supérieure (21) et la fourche (2), de telle sorte que l'ensemble de direction (23) présente des articulations autour d'un axe longitudinal (AL), d'un axe transversal (AT) et d'un axe sensiblement vertical (AV). 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce supérieure (21,27) est articulée autour d'un premier axe transversal (ZZ) sur une chape (22) solidaire du guidon (14) en rotation autour d'un axe sensiblement vertical (AV) et fixe par rapport au châssis. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de liaison supérieure comportent une pièce (27) articulée sur un côté (28) par une rotule (29) sur l'extrémité supérieure de la fourche (2), tandis que le côté opposé (31) est formé par une bielle munie à ses extrémités d'une première rotule (32) d'articulation sur la fourche, et d'une seconde rotule (33) d'articulation sur ledit axe transversal (ZZ) de la chape (22), les deux rotules articulées sur la fourche définissant un second axe transversal (AT), ladite bielle (31) permettant aux deux axes transversaux (AT et ZZ) de ne pas rester parallèles lors des rotations de l'ensemble de direction (23), qui peut ainsi osciller autour d'un axe longitudinal (AL) fictif. 7) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison supérieure comportent une pièce (34) conformée en V ou en triangle, dont un sommet (35) est lié à la colonne (19) de l'ensemble de direction (23), et les deux autres sommets (36,37) sont articulés aux extrémités supérieures de la fourche (2), ladite pièce de liaison (34) étant réalisée en un matériau suffisamment souple pour permettre sa déformation en transmettant la direction à la fourche. 8) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la pièce de liaison supérieure (9,21, 27,34) est articulée sur la fourche (2) par des rotules. 9) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe longitudinal (AL) est réalisé par une liaison du pivot sur le châssis (6) par des blocs élastiques travaillant en flexion, de sorte que l'ensemble de direction peut osciller légèrement autour dudit axe longitudinal. 10) Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 à un véhicule à deux roues tel qu'une bicyclette, un vélo tout terrain VTT , un cyclomoteur, une motocyclette, et à un véhicule à trois roues dont une roue avant unique tel qu'un triporteur, un side-car, un char à voile..