Brevet FR2864188A1 — publié le 20050624

Description L'invention concerne une jambe de suspension du type comprenant un ressort dont la direction de force est inclinée par rotation de la direction du ressort autour d'un axe, perpendiculairement au plan de mouvement et/ou décalée par rapport à l'axe de mouvement, suivant un décalage latéral, en vue d'une compensation des forces transversales dans l'amortisseur, et un amortisseur intégré servant en particulier de support de la superstructure d'un véhicule automobile où l'ensemble formé par le ressort / par l'amortisseur présente une butée de pression configurée comme un ressort supplémentaire, où le ressort supplémentaire, quant à lui, se compose du ressort supplémentaire proprement dit constitué d'un matériau élastique en caoutchouc (par exemple un élastomère cellulaire à base de polyuréthane), d'une armature (logement, cavité de logement) servant au logement du socle du ressort supplémentaire proprement dit, et d'une surface de rebondissement sur la partie - placée à l'opposé de l'armature et variable en distance - du ressort ou de l'ensemble formé par le ressort / par l'amortisseur. Etat actuel de la technique 1/ Ressorts ou jambes de suspension symétriques en rotation comprenant à chaque fois un ressort supplémentaire En fonction de la conception, un ressort supplémentaire sert seulement de tampon de butée pour la limitation de la course de débattement ou de vrai ressort supplémentaire à l'aide duquel la courbe caractéristique de ressort de la jambe de suspension est influencée sur une plage plus importante. Dans le cas d'un ressort supplémentaire symétrique en rotation, de type habituel, qui est disposé de façon concentrique par rapport à l'amortisseur, la ligne d'effet dynamique du ressort supplémentaire se trouve sur l'axe médian de l'amortisseur et produit ainsi une force purement axiale dans le sens longitudinal de l'amortisseur. De telles butées de pression ou de tels tampons de butée conçu(e)s comme des ressorts supplémentaires sont connu(e)s par exemple d'après le document DE 100 37 026 Cl (colonne 2, ligne 7) et d'après le document DE 198 34 092 Al (tampon 18; chapeau d'extrémité 20). De même, la figure 1 du document DE 197 19 301 Al montre un ressort supplémentaire non décrit de façon plus détaillée. Le document DE 101 21 918 Al décrit, dans la colonne 4, colonnes 8 et suivantes, un "ressort supplémentaire (62)" concentrique à "perçage central (63)". 2/ Forces transversales s'appliquant sur des ressorts ou des jambes de suspension sans ressort supplémentaire Dans le cas de jambes de suspension guidant les roues, il se produit, dans l'ensemble d'étanchéité de l'amortisseur, en raison du type et de la cinématique spéciale de l'essieu, des forces importantes dans le sens transversal (forces transversales) par rapport à l'axe médian de l'amortisseur. Si ces forces transversales ne sont pas compensées par des mesures appropriées, le confort de suspension de la jambe de suspension se dégrade de façon extrêmement importante et la durée de vie de l'ensemble d'étanchéité de l'amortisseur est nettement réduite. En principe, ces forces transversales peuvent être réduites lorsque la ligne d'effet dynamique du ressort porteur de la jambe de suspension est disposée de façon inclinée suivant un angle déterminé résultant de la construction de l'essieu. En fonction de la construction et de la cinématique de l'essieu et en fonction de la nature et de la disposition du ressort porteur, la force transversale est compensée sur une course de ressort plus ou moins importante. Si le ressort porteur est un ressort en acier, on ne parvient à obtenir la compensation, en règle générale, que dans la position de construction de la jambe de suspension. Dans le cas de ressorts pneumatiques, la possibilité existe, par des mesures déterminées, de maintenir la compensation constante et à un faible niveau, sur une zone relativement importante de la course du ressort. 3/ Forces transversales s'appliquant sur des ressorts ou sur des jambes de suspension comprenant un ressort supplémentaire Lorsque le ressort supplémentaire d'une jambe de suspension de type McPherson entre en action, le ressort supplémentaire, en fonction de l'application, dégrade en partie, massivement, la compensation de forces transversales qui est réalisée habituellement avec le ressort principal, pour l'optimisation du confort. Ce phénomène a été jusqu'à présent ignoré. Jusqu'à présent, on a pu en redouter le coût, ou bien l'avantage que l'on devait en attendre a été catalogué comme étant excessivement faible. En tout cas, on ne connaît, jusqu'à présent, aucune solution valable. Lorsque dans une jambe de suspension dotée d'un ressort supplémentaire, le ressort supplémentaire entre en action contre l'amortisseur, le ressort supplémentaire accumule progressivement des forces importantes qui s'exercent en direction de l'axe de l'amortisseur. Pour la compensation des forces transversales, une direction de force, telle qu'elle est décrite par exemple dans le document publié DE 20 63 448 (de Fichtel et Sachs), est cependant nécessaire. Cette direction de force peut être réalisée essentiellement dans la position de montage lors de la conception de la jambe de suspension, cette direction de force étant obtenue par rotation de la direction du ressort autour d'un axe, perpendiculairement au plan de mouvement, ainsi que par un décalage latéral du ressort ou bien grâce à des composants transversaux (réalisés par des butées élastiques). Cet équilibre subtil est perturbé de manière sensible lorsque les forces importantes du ressort supplémentaire commencent à agir dans une direction non souhaitée, par exemple dans la direction de l'axe médian de l'amortisseur. Dans le document publié DE 101 06 915 Al, on décrit un dispositif de suspension doté d'un ressort supplémentaire. La surface de butée (23) du socle de butée (10) associé au ressort supplémentaire est courbe de manière concave, et la normale de surface (FN) présente un angle (W) par rapport à l'axe longitudinal médian (MLA). L'extrémité du ressort porteur peut être orientée en position, dans le sens radial, c'est-à-dire en étant décalée excentriquement. Le socle de butée sert également à l'orientation de position du ressort porteur. Une combinaison des caractéristiques "disposition excentrique du ressort porteur" et "surface de butée inclinée du ressort de traction" déclenche manifestement une minimisation des forces de traction obliques, de sorte que des moments de flexion, qui agissent sur le ressort supplémentaire, doivent être évités dans une large mesure (colonne 3, lignes 16, 17). Lors du débattement, la surface de rebondissement concave et positionnée de façon inclinée ne se déplace pas de manière exactement axiale en raison de la cinématique de l'essieu, mais sur une trajectoire circulaire en direction du ressort supplémentaire. Au niveau d'un point déterminé de la course de débattement, la normale de surface (FN) de la surface de rebondissement qui, dans la position représentée, est encore inclinée par rapport à l'axe médian, se trouve sur la ligne médiane du ressort porteur et du ressort supplémentaire. La surface de rebondissement concave agit, lors du débattement, seulement de manière telle que le ressort supplémentaire ne puisse pas rebondir latéralement par rapport à la surface de rebondissement. La forme particulière de la surface de rebondissement est conçue de manière telle, que la force agissante soit introduite précisément de façon centrale, au niveau d'un point déterminé de la course du ressort. But de l'invention Le but de l'invention, en raison de ce qui a été dit, réside à présent dans le fait de réaliser un ressort supplémentaire pouvant durer longtemps, en particulier pour une jambe de suspension de type McPherson, où la dégradation de la caractéristique du ressort, due à des forces transversales, est évitée. Solution et avantages La solution de principe au problème posé est donnée par les caractéristiques de l'invention. Des perfectionnements avantageux et des améliorations concernant les dispositions de l'invention sont rendus possibles grâce aux caractéristiques de certains modes de réalisation. Un ressort supplémentaire est monté, de préférence, dans une chambre (cavité du ressort supplémentaire). Dans la plupart des cas, la cavité du ressort supplémentaire se trouve dans la partie supérieure de la jambe de suspension et sert en même temps à la fixation du ressort supplémentaire. Dans certains cas, le support supplémentaire est fixé sur la tige de piston de l'amortisseur et est logé dans une cavité - formant chambre placée sur l'amortisseur, laquelle cavité entoure le ressort supplémentaire seulement lors du débattement. Des ressorts supplémentaires de type habituel sont symétriques et sont logés dans des chambres formées par des cavités symétriques et concentriques du ressort supplémentaire. La chambre peut être réalisée non seulement comme cavité de fixation pour le ressort supplémentaire, dans la jambe de suspension, mais aussi - comme représenté ici - dans une paroi opposée entourant la surface de rebondissement. En principe, une telle chambre a pour but d'empêcher le ressort supplémentaire de s'allonger radialement lorsqu'il est comprimé axialement. Cela favorise la longévité du ressort supplémentaire et cela contribue à donner au ressort supplémentaire une courbe caractéristique définie. Des forces transversales peuvent se produire, en particulier dans le cas de jambes de suspension servant de support par rapport à des roues directrices. Si le tampon en caoutchouc doit servir de vrai ressort supplémentaire et non pas seulement de tampon de butée, des moments de flexion produits par des forces transversales agissant sur l'amortisseur doivent être évités, étant donné que ces moments de flexion conduisent à des forces de guidage plus importantes dans l'étanchéité de la tige de piston. Pour la compensation souhaitée des forces transversales, des ressorts supplémentaires symétriques comportant une cavité de ressort supplémentaire disposée en conséquence, de manière concentrique, sont inappropriés. Une incitation à la compensation des forces transversales n'est pas donnée d'après les constructions - réalisées jusqu'à présent - des ressorts supplémentaires. Si le ressort supplémentaire est disposé à présent, de façon conforme à l'invention, de manière excentrique par rapport à l'axe médian de l'amortisseur ou bien réalisé, en conséquence, de manière asymétrique, sa ligne d'effet dynamique est décalée également par rapport à l'axe médian de l'amortisseur. Au lieu d'une force purement axiale exercée sur l'axe médian de l'amortisseur, une direction de force - résultante - du ressort supplémentaire est produite, direction de force qui correspond de manière plus optimale à la direction de force du ressort porteur et, donc, favorise la compensation des forces transversales. Les logements et/ou les surfaces d'entrée du ressort supplémentaire peuvent être disposés de manière excentrique et/ou inclinée par rapport à l'axe de l'amortisseur. Pour ce faire, l'espace de construction doit être présent, ce qui est très probable dans la plupart des cas. Les forces du ressort générées par le ressort supplémentaire ne produisent plus qu'une très faible, voire même aucune contrainte de flexion sur l'amortisseur. De ce fait, la compensation des forces transversales de l'agencement du ressort principal n'est plus perturbée ou l'est beaucoup moins. De même, des jambes de suspension en acier peuvent fonctionner sur une plus grande zone de course du ressort, mieux qu'en étant compensées au niveau des forces transversales, comme cela était le cas jusqu'à présent. Les avantages fonctionnels se révèlent comme étant d'une grande utilité pour le client. Un ressort supplémentaire disposé de manière excentrique, conformément à l'invention, ou bien réalisé de manière asymétrique, peut être utilisé de façon judicieuse dans chaque jambe de suspension guidant les roues. La construction conforme à l'invention - de la cavité du ressort supplémentaire est alors toujours judicieuse, lorsque la chambre prévue pour le ressort supplémentaire est réalisée - comme représenté ici - comme une paroi autour de la surface de rebondissement. Dessins Un exemple de réalisation de l'invention est représenté dans les dessins et expliqué dans la description qui suit. Dans ces dessins: La figure 1 montre - en majeure partie dans une vue en coupe longitudinale une jambe de suspension conforme à l'invention et comprenant un ressort supplémentaire; et La figure 2 montre, également, clans une vue en coupe longitudinale, un exemple de réalisation partiellement dimensionné - d'un ressort supplémentaire conforme à l'invention. Description La jambe de suspension 2 (jambe de suspension de type McPherson), représentée sur la figure 1, se compose d'un ensemble 4/6 constitué d'un ressort / d'un amortisseur, ensemble dans lequel est intégré un ressort supplémentaire 8. Un piston 10 du ressort pneumatique est disposé sur un amortisseur 4, piston sur lequel est fixée, par un anneau de serrage 12, une extrémité d'un soufflet à air 14. L'autre extrémité du soufflet à air 14 est fixée également, au moyen d'un anneau de serrage 18, sur un couvercle 16 du ressort pneumatique. La tige de piston 20 de l'amortisseur 4 est vissée sur un palier métallocaoutchouté 22 qui est monté dans le couvercle 16 du ressort pneumatique. Le ressort pneumatique 6 est fermé, de manière étanche à l'air, par un couvercle de fermeture 24. La jambe de suspension 2 est reliée à la carrosserie du véhicule (non représenté), de manière imperdable, par la crapaudine supérieure extérieure 26. Etant donné qu'il s'agit d'une jambe de suspension 2 guidant une roue d'un essieu avant (non représenté), un degré de liberté de rotation doit être prévu pour la direction, lequel degré de liberté de rotation est représenté par un palier de rotation 28 dans la crapaudine supérieure extérieure 26. Le ressort supplémentaire 8 est monté sur la tige de piston 20 de l'amortisseur 4 et s'appuie, en cas de sollicitation, sur une surface de rebondissement 30 du couvercle 16 du ressort pneumatique. Une surface de rebondissement opposée 32 est représentée, dans le cas de cette construction, par le piston 10 du ressort pneumatique (comme surface de rebondissement, on peut utiliser également un chapeau d'amortisseur). Il est essentiel pour l'invention que le ressort supplémentaire 8 soit disposé de manière excentrique par rapport à l'axe médian 34 de l'amortisseur 4, lequel ressort supplémentaire définit également la direction de la course du ressort. Le diamètre D et la position de la cavité 36 du ressort supplémentaire, intégrée dans le piston 10 du ressort pneumatique, sont configurés de manière telle, que le ressort supplémentaire 8, lors de la compression axiale par le processus de débattement, ne puisse s'allonger que dans le sens radial. Cela est obtenu lorsque la construction de la cavité 36 du ressort supplémentaire est réalisée de manière telle, que le rapport de volume du ressort supplémentaire 8 proprement dit, à gauche et à droite de la tige de piston 20, soit identique au rapport de volume de l'intervalle compris entre le ressort supplémentaire 8 et la paroi de la cavité 36, à gauche et à droite de la tige de piston 20 (figure 2, sans tige de piston). Selon l'invention, la jambe de suspension comprend: -un ressort dont la direction de force est inclinée par rotation de la direction du ressort autour d'un axe, perpendiculairement au plan de mouvement et/ou décalée par rapport à l'axe de mouvement, suivant un décalage latéral, en vue d'une compensation des forces transversales dans l'amortisseur, et - un amortisseur intégré servant en particulier de support de la superstructure d'un véhicule automobile où l'ensemble formé par le ressort / par l'amortisseur présente une butée de pression configurée comme un ressort supplémentaire, où le ressort supplémentaire, quant à lui, se compose du ressort supplémentaire proprement dit constitué d'un matériau élastique en caoutchouc, d'une armature servant au logement du socle du ressort supplémentaire proprement dit, et d'une surface de rebondissement sur la partie - placée à l'opposé de l'armature et variable en distance - du ressort ou de l'ensemble formé par le ressort / par l'amortisseur, le ressort supplémentaire étant réalisé en n'étant pas symétrique en rotation et/ou disposé de manière excentrique par rapport à l'axe médian, de manière telle que le ressort supplémentaire produise une direction de force résultante, par la déformation non symétrique en rotation par rapport à l'axe médian, laquelle direction de force correspond de façon plus optimale à la direction de force nécessaire pour la compensation des forces transversales. La jambe selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: -le ressort supplémentaire est logé dans une cavité - formant chambre - du ressort supplémentaire, où la cavité du ressort supplémentaire est associée, de manière fixe, à la partie placée à l'opposé de l'armature et variable en distance; - le contour de la cavité du ressort supplémentaire et/ou la conformation de ses surfaces de logement est conçu (sont conçus) en conséquence, pour influencer la courbe caractéristique du ressort et la direction de la ligne d'effet dynamique; - les surfaces de logement de la cavité du ressort supplémentaire et/ou les surfaces d'entrée du ressort supplémentaire proprement dit sont disposées de manière excentrique et/ou inclinée par rapport à l'axe médian; - le rapport existant entre le décalage du ressort supplémentaire et le décalage de la cavité du ressort supplémentaire est égal - à chaque fois en référence à l'axe médian - dans la plage comprise entre 0,8: 1 et 0, 95: 1; - la cavité du ressort supplémentaire est configurée dans sa position et dans son diamètre, de manière telle que le ressort supplémentaire proprement dit ne puisse s'allonger que dans le sens radial; - la cavité du ressort supplémentaire est conformée de façon correspondant aux rapports de volume qui résultent de l'asymétrie du ressort supplémentaire proprement dit; - le ressort supplémentaire proprement dit et la cavité du ressort supplémentaire sont construits de manière telle, que le rapport de volume du ressort supplémentaire proprement dit, à gauche et à droite de l'axe médian, soit identique au rapport de volume de 12 2864188 l'intervalle compris entre le ressort supplémentaire proprement dit et la paroi de la cavité, à gauche et à droite de l'axe médian; - les surfaces de section déterminant le volume du ressort supplémentaire proprement dit et le volume de l'intervalle compris entre le ressort supplémentaire proprement dit et la paroi de la cavité, à chaque fois à gauche et à droite de l'axe médian, se trouvent dans le rapport compris entre 1,5: 1 et 2,0: 1; et - le ressort est un ressort pneumatique, où la partie du ressort, placée à l'opposé de l'armature et variable en distance, est un piston du ressort pneumatique. 13 2864188 Liste des pièces de référence 2 jambe de suspension (jambe de suspension de type McPherson) 4/6 ensemble ressort / amortisseur 4 amortisseur 6 ressort pneumatique 8 ressort supplémentaire 8a ressort supplémentaire proprement dit piston du ressort pneumatique, partie opposée du ressort, variable en distance 12 (premier) anneau de serrage 14 soufflet à air 16 couvercle du ressort pneumatique 18 (second) anneau de serrage tige de piston 22 palier métallocaoutchouté 24 couvercle de fermeture 26 crapaudine supérieure 28 palier de rotation surface de rebondissement 32 surface (opposée) de rebondissement 34 axe médian 36 cavité du ressort supplémentaire D diamètre de la cavité du ressort supplémentaire 14 2864188 R E VEND I C A T I O N S 1. Jambe de suspension (2) comprenant: - un ressort (6) dont la direction de force est inclinée par rotation de la direction du ressort autour d'un axe, perpendiculairement au plan de mouvement et/ou décalée par rapport à l'axe de mouvement, suivant un décalage latéral, en vue d'une compensation des forces transversales dans l'amortisseur, et - un amortisseur intégré (4) servant en particulier de support de la superstructure d'un véhicule automobile où l'ensemble (4/6) formé par le ressort / par l'amortisseur présente une butée de pression configurée comme un ressort supplémentaire (8), où le ressort supplémentaire (8), quant à lui, se compose du ressort supplémentaire proprement dit (8a) constitué d'un matériau élastique en caoutchouc, d'une armature servant au logement du socle du ressort supplémentaire proprement dit (8a) , et d'une surface de rebondissement (30) sur la partie (10) - placée à l'opposé de l'armature et variable en distance - du ressort (6) ou de l'ensemble (4/6) formé par le ressort / par l'amortisseur, caractérisée en ce que le ressort supplémentaire (8) est réalisé en n'étant pas symétrique en rotation et/ou disposé de manière excentrique par rapport à l'axe médian (34), de manière telle que le ressort supplémentaire produise une direction de force résultante, par la déformation non symétrique en rotation par rapport à l'axe médian (34), laquelle 2864188 direction de force correspond de façon plus optimale à la direction de force nécessaire pour la compensation des forces transversales. 2 Jambe de suspension selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ressort supplémentaire (8) est logé dans une cavité (36) - formant chambre - du ressort supplémentaire, où la cavité (36) du ressort supplémentaire est associée, de manière fixe, à la partie (10) placée à l'opposé de l'armature et variable en distance. 3 Jambe de suspension selon la revendication 2, caractérisée en ce que le contour de la cavité (36) du ressort supplémentaire et/ou la conformation de ses surfaces de logement est conçu (sont conçus) en conséquence, pour influencer la courbe caractéristique du ressort et la direction de la ligne d'effet dynamique. 4 Jambe de suspension selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que les surfaces de logement de la cavité (36) du ressort supplémentaire et/ou les surfaces d'entrée du ressort supplémentaire proprement dit (8a) sont disposées de manière excentrique et/ou inclinée par rapport à l'axe médian (34). 5 Jambe de suspension selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rapport existant entre le décalage du ressort supplémentaire (8a) et le décalage de la cavité (36) du ressort supplémentaire est égal - à chaque fois en référence à l'axe médian (34) - dans la plage comprise entre 0,8: 1 et 0,95: 1. 6. Jambe de suspension selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la cavité (36) du ressort supplémentaire est configurée dans sa position et dans son diamètre (D), de manière telle que le ressort supplémentaire proprement dit (8a) ne puisse s'allonger que dans le sens radial. 7. Jambe de suspension selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que la cavité (36) du ressort supplémentaire est conformée de façon correspondant aux rapports de volume qui résultent de l'asymétrie du ressort supplémentaire proprement dit (8a). 8. Jambe de suspension selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que le ressort supplémentaire proprement dit (8a) et la cavité (36) du ressort supplémentaire sont construits de manière telle, que le rapport de volume du ressort supplémentaire proprement dit (8a), à gauche et à droite de l'axe médian (34), soit identique au rapport de volume de l'intervalle compris entre le ressort supplémentaire proprement dit (8a) et la paroi de la cavité (36), à gauche et à droite de l'axe médian (34). 9 Jambe de suspension selon la revendication 8, caractérisée en ce que les surfaces de section déterminant le volume du ressort supplémentaire proprement dit (8a) et le volume de l'intervalle compris entre le ressort supplémentaire proprement dit (8a) et la paroi de la cavité (36), à chaque fois à gauche et à droite de l'axe médian (34), se trouvent dans le rapport compris entre 1,5: 1 et 2,0: 1. 10. Jambe de suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le ressort (6) est un ressort pneumatique, où la partie (10) du ressort (6), placée à l'opposé de l'armature et variable en distance, est un piston (10) du ressort pneumatique.