Brevet FR2879508A1 — publié le 20060623

La présente invention concerne la liaison au sol des véhicules automobiles, en particulier les dispositifs de suspension et de support de roue, plus particulièrement les essieux arrières des véhicules de tourisme (passenger cars). Le terme "liaison au sol" recouvre tous les éléments et fonctions présents, actifs ou influant dans la relation entre la caisse du véhicule et le sol sur lequel celui-ci se déplace. Font donc partie de la liaison au sol notamment les éléments suivants: pneumatique, roue, roulement de roue, porte-roue, organes de freinage, éléments de suspension (bras, triangles, jambe de force, etc...), ressorts, amortisseurs, articulations, pièces anti-vibratoires, systèmes anti-roulis, anti- blocage, antipatinage, système de direction, de contrôle de trajectoire. Les dispositifs de suspension ont deux fonctions principales qui doivent être assurées simultanément à tout moment lors du fonctionnement. L'une de ces fonctions est de suspendre le véhicule, c'est à dire permettre des oscillations sensiblement verticales de chaque roue en fonction de la charge appliquée à cette roue. L'autre fonction de ces dispositifs est de guider la roue c'est à dire contrôler la position angulaire du plan de roue. On appelle "plan de roue" le plan, lié à la roue, qui est perpendiculaire à l'axe de la roue et qui passe par le centre de l'aire de contact statique au sol lorsque la roue est verticale. Le plan de roue ainsi défini est donc solidaire de l'axe de roue et son orientation varie comme celle de la roue. La position angulaire du plan de roue par rapport à la caisse du véhicule est définie par deux angles, l'angle de carrossage et l'angle de braquage. L'angle de carrossage d'une roue est l'angle séparant, dans un plan transversal perpendiculaire au sol, le plan de roue du plan médian du véhicule. L'angle de braquage d'une roue est l'angle séparant, dans un plan horizontal parallèle au sol, le plan de roue du plan médian du véhicule. On appelle "base de roue" le point d'intersection du plan de roue, du plan du sol et du plan vertical contenant l'axe de roue. Dans le domaine automobile, une grande variété de systèmes de suspension est proposée en particulier pour la suspension des roues arrières. Il est actuellement admis que les essieux appelées multi-bras permettent d'obtenir de bonnes performances en terme de guidage, de suspension et de filtrage des vibrations. Cependant, ces essieux sont relativement complexes et P 10-1693-FR-CL utilisent un grand nombre d'éléments et de points de liaison à la caisse. Dès lors, ils sont encombrants, intrusifs et coûteux, c'est pourquoi ils sont très peu utilisés sur les véhicules de petites ou moyennes dimensions malgré les qualités dynamiques qu'on leur reconnaît. Un objectif de l'invention est de proposer un essieu qui permette de pallier au moins certains des inconvénients précités. Cet objectif est atteint par un essieu suspendu pour véhicule comprenant pour chaque roue un bras longitudinal destiné à être articulé par rapport à la caisse du véhicule afin de permettre le débattement de suspension de la roue, ledit essieu comprenant une traverse torsible, chaque extrémité de la traverse étant rigidement liée à un bras longitudinal pour former une partie rigide de l'essieu, les deux parties rigides de l'essieu étant liées entre elles par une partie torsible, ledit essieu comprenant pour chaque roue un porte-roue lié respectivement à chacune des parties rigides, l'essieu étant caractérisé en ce que chaque porte-roue est lié à la partie rigide respective par l'intermédiaire d'un bras avant et d'un bras arrière, les liaisons du porte-roue avec les bras avant et arrière et les liaisons des bras avant et arrière avec la partie rigide constituant des pivots sensiblement verticaux, l'essieu étant configuré de manière à définir un degré de liberté de braquage de la roue par rapport à la partie rigide autour d'un axe sensiblement vertical et coupant le sol à l'extérieur et à l'arrière de la base de roue. De préférence, au moins une des liaisons pivots des bras avant ou arrière comprend un moyen élastique procurant une raideur de rotation à ladite liaison pivot. De préférence, ladite liaison pivot est constituée par une articulation élastomérique. Selon un variante, au moins une des liaisons pivots des bras avant ou arrière comprend une tôle flexible. De préférence, la longueur de la partie torsible (Lt) de la traverse est supérieure au tiers de la voie de l'essieu. Selon un mode de réalisation préféré de l'essieu, la traverse torsible comprend un premier tube transversal solidaire d'un premier bras longitudinal et un deuxième tube transversal solidaire d'un deuxième bras longitudinal, le premier tube étant au moins partiellement inséré dans le deuxième tube, les deux tubes étant liés entre eux par des articulations élastomériques. P 10-1693-FR-CL De préférence, la longueur transversal du bras arrière est supérieure à 20% de la voie de l'essieu. De préférence, l'essieu comprend en outre un ressort de suspension agissant entre la caisse et 5 le porte-roue et de préférence encore l'essieu comprend en outre un amortisseur de suspension agissant également entre la caisse et le porte-roue. De préférence, l'essieu comprend en outre des moyens de contrôle actif du mouvement de braquage de la roue par rapport à la partie rigide. L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant ledit essieu. L'invention sera mieux comprise grâce à la description des figures qui représentent respectivement: Figure 1: vue schématique de dessus d'un premier mode de réalisation d'essieu selon l'invention. Figure 2: vue schématique de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'un essieu selon l'invention. Figure 3: vue schématique de dessus d'un troisième mode de réalisation d'un essieu selon 20 l'invention. Figure 4: vue schématique de dessus d'une variante du premier mode de réalisation présenté à la figure 1. Figure 5: vue en perspective d'un exemple d'essieu selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. Figure 6: vue de dessus de l'exemple de la figure 5. Figure 7: vue en perspective d'un deuxième exemple d'essieu selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. Figure 8: vue partielle en perspective d'un troisième exemple d'essieu selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent les mêmes numéros de références. Leur description n'est donc pas reprise systématiquement. A la figure 1, on a représenté schématiquement en vue de dessus un premier mode de 35 réalisation d'un essieu arrière selon l'invention. Le sol est parallèle au plan du dessin et l'avant P 10-1693-FR-CL du véhicule est en haut de la figure. L'essieu étant sensiblement symétrique, sa description est basée principalement sur la partie gauche de celui-ci. L'essieu comprend pour chaque roue un bras longitudinal 5 destiné à être articulé par rapport à la caisse du véhicule (non représenté) par l'intermédiaire d'une articulation d'axe AS de manière à permettre le débattement de suspension de la roue 2. Une traverse torsible 10 relie les deux bras longitudinaux 5 et 5'. Chaque extrémité 11, 11' de la traverse est rigidement liée au bras longitudinal correspondant (on utilise également le terme encastrée ). L'ensemble comprenant le bras longitudinal 5 et l'extrémité rigide 11 de la traverse constitue une partie rigide 12. Cette partie rigide est liée à l'autre partie rigide 12' de l'essieu par l'intermédiaire d'une partie torsible 13 de la traverse afin d'autoriser un débattement différent des deux roues de l'essieu. La traverse participe de manière prépondérante au guidage des plans de roues, en particulier en ce qui concerne le carrossage. De plus, la traverse apporte à l'essieu une raideur anti-roulis fonction surtout de la rigidité torsionnelle de sa partie torsible. Une caractéristique importante de la traverse est également sa longueur torsible Lt . L'axe de roue AR est lié au porte-roue 3. Le porte-roue est articulé par rapport à la partie rigide 12 par l'intermédiaire d'un bras avant 7 et d'un bras arrière 9. Les liaisons constituent des pivots 14 sensiblement verticaux. Les bras avant 7 et arrière 9 et leurs liaisons sont configurés de manière à permettre un degré de liberté de braquage du porte-roue 3 (et donc de la roue 2) par rapport à la partie rigide 12 autour d'un axe de braquage AB sensiblement vertical, situé à l'extérieur du plan de roue PR et en arrière de l'axe de roue AR. Sur cette vue de dessus, la base de roue BR apparaît à l'intersection du plan médian PR de la roue et de l'axe de roue AR. L'intersection de l'axe de braquage AB avec le sol se situe à une distance dx en arrière de la base de roue et à une distance dy à l'extérieur de la base de roue. Pour un véhicule de tourisme compact, des distances dx et dy de l'ordre de 100 mm donnent des résultats satisfaisants. Les pivots 14 peuvent être réalisés de différentes manières, par exemple à l'aide de paliers lisses, de roulements à billes, à rouleaux ou à aiguilles ou d'articulations élastomériques. Les pivots peuvent également être basés sur la flexion d'un profil plat comme on le verra plus loin. En fonction des angles de rotations et des sollicitations prévus, on pourra choisir d'utiliser la technique la mieux adaptée pour chaque liaison. P 10-1693-FR-CL On appelle généralement voie de l'essieu la distance (V) séparant les deux plans de roue au niveau du sol. Afin de garantir une durabilité satisfaisante pour un poids raisonnable, la longueur torsible Lt est de préférence supérieure au tiers de la voie de l'essieu. On visualise bien sur cette figure un principe de l'invention selon lequel d'une part le débattement de suspension de chaque roue est donné par l'oscillation du bras longitudinal correspondant et d'autre part les mouvements relatifs des bras avant et arrière permettent des mouvements essentiellement de braquage de la roue par rapport au bras longitudinal correspondant. Afin d'adapter les mouvements de braquage aux efforts exercés par le sol sur la roue, l'essieu peut comprendre un moyen élastique procurant une raideur s'opposant au mouvement de braquage. L'essieu selon l'invention peut ainsi fonctionner de manière purement passive en fonction par exemple des efforts de freinage et des efforts transversaux au cours d'un virage. Le moyen élastique peut être intégré aux liaisons pivot ou à certaines d'entre elles seulement. Pour un fonctionnement purement passif, des raideurs de pivot de l'ordre de 100 N.m par degré peuvent être nécessaires pour obtenir un comportement satisfaisant. Naturellement, ce rappel élastique du braquage par les pivots peut être exercé (de manière égale ou non) par tous les pivots de l'essieu ou par un nombre limité d'entre eux. L'essieu peut également comporter des moyens de contrôle actif du braquage. Cette possibilité est représentée schématiquement sur la figure sous la forme d'un vérin 15. Les moyens de contrôle actif du braquage peuvent en pratique prendre toute forme permettant leur commande en fonctions de paramètres de roulage du véhicule. En cas de contrôle actif, le rappel élastique du braquage par un moyen élastique peut être réduit ou supprimé. De même, les distances dy et dx peuvent être réduites par rapport à un essieu dont le fonctionnement est purement passif. Le moyen de contrôle actif, peut être commandé en fonction de divers paramètres de roulage du véhicule (par exemple vitesse, accélération longitudinale ou transversale, effort de freinage, position du volant, vitesse de rotation du volant, couple exercé sur le volant, roulis, vitesse de roulis, accélération de roulis, lacet, vitesse de lacet, accélération de lacet, efforts sur les roues y compris la charge verticale, type de conduite ou comportement souhaité par le conducteur). Le vérin 15 peut également être un simple amortisseur télescopique, c'est à dire un moyen de contrôle passif des mouvements de braquage naturels de chaque porte-roue. P 10-1693-FR-CL A la figure 2, on a représenté un mode de réalisation avantageux de l'invention dans lequel la traverse torsible 10 utilise les principes décrits dans les brevets EP 0904211, EP 1265763 ou la demande internationale W002/2238497. Ce type de traverse utilise principalement deux tubes. Un premier tube (le tube gauche sur cet exemple) comprend un partie 18 dont la section est réduite par rapport à celle du deuxième tube afin de permettre d'introduire cette partie réduite du premier tube dans le deuxième tube (le tube droit sur cet exemple). Les deux tubes sont liés par des manchons élastiques 20 et 22. Les déformations de torsion de la traverse occasionnées par le roulis de la caisse sont pratiquement intégralement absorbées par les manchons élastiques. La partie torsible de la traverse est donc ici située à l'intérieur de la partie rigide de droite 12'. De ce fait, dans le cadre de la présente invention, les parties rigides 12 et 12' peuvent s'étendre pratiquement jusqu'à la jonction 24 des deux demi-traverses 16 et 16'. Dans ce mode de réalisation, il est alors possible (et cela peut être particulièrement intéressant) de donner une grande longueur (lar) aux bras arrières 9 et 9'. Une conséquence de cette plus grande longueur des bras arrières peut être une plus grande stabilité de la position de l'axe de braquage AB. La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel la traverse torsible 10 utilise les principes décrits dans la demande de brevet FR 2840561. Ce type de traverse utilise deux tubes coaxiaux 16 et 16'. A la jonction 24 des tubes, la tension d'une barre 28 maintient un roulement à billes 26 sous pression afin d'assurer le guidage coaxiale des demi-traverses. La barre 28 travaille également en torsion afin d'offrir une résistance aux rotations relatives des tubes, c'est à dire à la torsion de la traverse 10. Les parties rigides 12 et 12' s'étendent donc ici aussi jusqu'à la jonction des deux demi-traverses puisque la partie torsible de la traverse est placée à l'intérieur des tubes. La figure 4 représente schématiquement un mode de réalisation particulier de l'invention combinant une traverse torsible 10 similaire à celle de la figure 1 et des longueurs de bras arrières (lar) comparables à celles des figures 2 et 3. Pour ce faire les parties rigides 12 et 12' sont prolongées par des pièces de déport 30 et 30'. Ainsi, la longueur des bras arrières 9 et 9' n'est plus limitée par la longueur transversale réduite des parties rigides, les partie rigides de longueur réduites étant typiques d'une traverse torsible monobloc. Les figures 5 à 9 montrent des exemples de réalisation d'essieux selon l'invention. Ces exemples sont basés sur l'utilisation d'une traverse torsible à deux tubes et manchons P 10-1693-FR-CL élastomériques comme décrite plus haut à la figure 2. Naturellement, d'autres types de traverses peuvent être utilisés. L'essieu des figures 5 et 6 utilise des bras avants et arrières en tôle d'acier par exemple emboutie. Le pivot 141 du bras avant 7 sur le bras longitudinal 5 est réalisé par la flexion d'une zone limitée de la tôle. Le bras avant est lié au porte-roue 3 par une paire d'articulations élastomériques disposées de manière à définir un axe de pivot 142. De même, le pivot 144 du bras arrière 9 sur la partie rigide de la traverse 16 est réalisé par la flexion d'une zone limitée de la tôle du bras. La liaison au porte-roue utilise une paire d'articulations élastomériques disposées de manière à définir un axe de pivot 143. Des nervures sont embouties dans la tôle des bras 7 et 9 de manière à assurer la rigidité nécessaire aux bras en dehors des zones destinées à fléchir. On comprend que les zones flexibles permettent de réaliser le pivot nécessaire mais également d'intégrer le moyen élastique apte à opposer une raideur au mouvement de braquage et donc utile au contrôle comme décrit plus haut. Les articulations élastomériques peuvent également apporter une telle raideur. L'exemple de la figure 7 est similaire à celui des figures 5 et 6. Cependant, cet essieu diffère du précédent en que tous les pivots des bras avants et arrières sont réalisées par la flexion de la tôle des bras. La rigidité des bras est renforcée par l'utilisation d'un profil comportant, en plus des nervures embouties, des partie latérales relevées 34. Le porte-roue 3 comporte ici un support 36 destiné à recevoir l'extrémité d'un ressort hélicoïdal de suspension (non représenté). La partie rigide du bras arrière est conformée de manière à permettre le passage et les mouvements d'un tel ressort. Le support 36 peut également recevoir l'oeil inférieur d'un amortisseur télescopique de suspension. Naturellement, le ressort de suspension peut être de tout type, par exemple pneumatique, élastomérique ou à lame flexible. Les différents éléments de cette variante (traverse, bras, porte- roues) peuvent être tous assemblés par soudage. Un intérêt d'un tel essieu est bien sûr un nombre de pièces et un coût de revient industriel réduit. P10-1693-FR-CL La figure 8 montre un essieu similaire à celui de la figure 7 à la différence près que le bras avant 38 a ici un profil tubulaire et qu'il est articulé en ses deux extrémités par l'intermédiaire de paliers élastomériques. Les différentes figures montrent des articulations à axes horizontaux du bras longitudinal par rapport à la caisse. D'autres orientations sont bien sûr applicables, des articulations à axes verticaux peuvent en particulier faciliter l'assemblage industriel de l'essieu sur la caisse. De plus, l'axe de ces articulations est représenté incliné par rapport à la direction transversal du véhicule comme cela est connu en soi dans le but de créer un effet de braquage des bras longitudinaux. Cependant, l'invention permettant le braquage des roues indépendamment du braquage des bras longitudinaux, un effet de braquage des bras longitudinaux n'est donc pas forcément nécessaire et des articulations non inclinées peuvent être préférées en terme de confort. D e p référence, l'axe d e la traverse (AT sur les figures) est décalé vers l'arrière de l'essieu par rapport aux articulations des bras longitudinaux à la caisse comme cela est représenté mais ceci n'est pas essentiel à l'invention. L'invention permet la réalisation d'essieux peu complexes et dont les performances élastocinématiques sont tout à fait intéressantes. Par exemple, on a pu obtenir selon l'invention, une variation de pince sous effort longitudinal (freinage) supérieure à 0.05 degré par kiloNewton ( /kN), une variation de pince sous effort supérieure à 0.1 /kN et une variation de carrossage sous effort transversal inférieure à 0.5 /kN. P 10-1693-FR-CL Revendications 1. Essieu suspendu pour véhicule comprenant pour chaque roue (2) un bras longitudinal (5) destiné à être articulé par rapport à la caisse du véhicule afin de permettre le débattement de suspension de la roue, ledit essieu comprenant une traverse torsible (10), chaque extrémité (11) de la traverse étant rigidement liée à un bras longitudinal pour former une partie rigide (12) de l'essieu, les deux parties rigides de l'essieu étant liées entre elles par une partie torsible (13), ledit essieu comprenant pour chaque roue un porte-roue (3) lié respectivement à chacune des parties rigides, l'essieu étant caractérisé en ce que chaque porte-roue est lié à la partie rigide respective par l'intermédiaire d'un bras avant (7) et d'un bras arrière (9), les liaisons du porte-roue avec les bras avant et arrière et les liaisons des bras avant et arrière avec la partie rigide constituant des pivots (14) sensiblement verticaux, l'essieu étant configuré de manière à définir un degré de liberté de braquage de la roue par rapport à la partie rigide autour d'un axe (AB) sensiblement vertical et coupant le sol à l'extérieur et à l'arrière de la base de roue (BR). 2. Essieu selon la revendication 1 dans lequel au moins une des liaisons pivots des bras avant ou arrière comprend un moyen élastique procurant une raideur de rotation à ladite liaison pivot. 3. Essieu selon la revendication 2 dans lequel ladite liaison pivot est constituée par une articulation élastomérique. 4. Essieu selon la revendication 2 ou 3 dans lequel au moins une des liaisons pivots (141) des bras avant ou arrière comprend une tôle flexible. 5. Essieu selon l'une des revendications précédentes dans lequel la longueur de la partie torsible (Lt) de la traverse est supérieure au tiers de la voie (V) de l'essieu. 6. Essieu selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la traverse torsible comprend un premier tube transversal solidaire d'un premier bras longitudinal et un deuxième tube transversal solidaire d'un deuxième bras longitudinal, le premier tube étant au moins partiellement inséré dans le deuxième tube, les deux tubes étant liés entre eux par des articulations élastomériques (20, 22). P 10-1693-FR-CL 7. Essieu selon l'une des revendications précédentes dans lequel la longueur transversal du bras arrière (lar) est supérieure à 20% de la voie de l'essieu. 8. Essieu selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un ressort de suspension agissant entre la caisse et le porte- roue. 9. Essieu selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un amortisseur de suspension agissant entre la caisse et le porte-roue. 10.Essieu selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre des moyens de contrôle actif (15) du mouvement de braquage de la roue par rapport à la partie rigide. P 10-1693-FR-CL