Brevet FR2907049A1 — publié le 20080418

Dispositif de suspension amortie d'un véhicule La présente invention concerne un dispositif de suspension amortie d'un véhicule. L'invention trouve notamment son application dans le 5 domaine automobile. Lorsqu'un véhicule automobile au roulage rencontre des irrégularités du sol, celles-ci provoquent des oscillations du véhicule et plus 1 o particulièrement de la caisse du véhicule. Certaines de ces oscillations sont induites par un phénomène de résonance de différentes parties du véhicule. Une suspension amortie d'un véhicule a notamment pour objectif d'atténuer les oscillations du véhicule et plus particulièrement celles liées à deux résonances : 15 • une première résonance appelée rebond de roue, liée au couple ressort pneumatique û masse non suspendue, • une deuxième résonance appelée mode propre de caisse, et liée au couple ressort de suspension û masse suspendue. Afin d'atténuer les phénomènes de résonance précités, un 20 amortisseur de suspension est couramment utilisé. Cet amortisseur de suspension possède l'inconvénient d'amortir tous les mouvements verticaux de la roue, et ceci, même pour des fréquences qui ne sont pas concernées par les phénomènes de résonance précités. Le résultat pour ces autres fréquences est à l'opposé de celui obtenu aux fréquences de résonance : le 25 facteur de réduction de l'amplitude de l'oscillation diminue. Le confort de roulage ainsi que la tenue de route se trouvent directement pénalisés. Une solution consiste à effectuer un réglage de l'amortissement en fonction du résultat souhaité. Par exemple, pour avoir une bonne tenue de route du véhicule, on utilise un amortissement important. Ceci conduit à un 30 fort amortissement du rebond de la roue ainsi que du balancement de la caisse du véhicule. Le confort se trouve par contre fortement dégradé, les inégalités de la route étant moins bien atténuées. Le véhicule est, par contre, moins sujet aux phénomènes de roulis et de tangage. Pour avoir un confort maximum il suffit d'amortir faiblement la suspension. Les inégalités 35 de la route sont correctement absorbées mais la roue rebondit, le mode de 2907049 2 rebond de roue étant moins atténué, et la carrosserie tangue, ce qui dégrade la tenue de route du véhicule. Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de suspension amortie d'un véhicule possédant un pneumatique à amortissement interne monté sur une roue. Le dispositif est relié d'une part à une caisse du véhicule et d'autre part à une roue du véhicule. Le dispositif comporte un premier 1 o étage amorti comprenant un premier ressort monté en parallèle avec un amortisseur et un deuxième étage comprenant un deuxième ressort possédant une raideur plus importante que le premier ressort. Les deux étages sont constamment reliés par l'intermédiaire d'une masse raccord. Les suspensions de chaque roue du véhicule sont indépendantes entre elles. 15 Le dispositif est relié à la roue par l'intermédiaire d'un bras de suspension, lui-même fixé en l'une de ses extrémités à la roue et en son autre extrémité à la caisse. Les ressorts sont par exemple des accumulateurs hydrauliques fixés sur la caisse du véhicule et reliés hydrauliquement l'un à l'autre par 20 l'intermédiaire d'un fluide hydraulique ayant fonction de masse raccord. Le fluide hydraulique circule dans un cylindre, relié d'une part à un premier accumulateur, pourvu d'un amortissement, et d'autre part à un deuxième accumulateur. Dans le cylindre coulisse un piston relié au bras de suspension. 25 Les ressorts sont par exemple des ressorts métalliques, montés en série, le ressort de plus faible raideur étant monté en parallèle avec un amortisseur. L'amortisseur est par exemple un amortisseur hydraulique. L'amortisseur peut être également un amortisseur à gaz. 30 Le dispositif peut notamment comporter un cylindre pourvu en chacune de ses extrémités d'un piston coulissant à l'intérieur du cylindre. Le premier piston est relié au bras de suspension, le deuxième piston est relié à un ressort métallique lui-même relié à la caisse du véhicule. L'intérieur du cylindre est rempli d'un fluide hydraulique ayant fonction de masse raccord 35 entre le ressort métallique et un accumulateur hydraulique de plus faible raideur que le ressort métallique. L'ouverture de l'accumulateur hydraulique 2907049 3 est reliée hydrauliquement au cylindre afin de permettre la circulation du fluide hydraulique entre le cylindre et l'accumulateur hydraulique pourvu d'un amortissement. L'amortissement peut être assuré par un étranglement situé à 5 l'ouverture de l'accumulateur hydraulique. L'amortissement peut également être assuré par une pastille amortisseur sertie dans l'ouverture de l'accumulateur hydraulique. Le dispositif selon l'invention a notamment pour avantages de pouvoir garantir à la fois au véhicule un bon confort routier et une bonne tenue de route. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent : • la figure 1 a : un schéma de principe du dispositif de suspension selon l'art antérieur ; • la figure 1 b : une analyse de la réponse en fréquence de la caisse automobile avec un dispositif selon l'art antérieur ; • la figure 2 : un schéma de principe du dispositif selon l'invention • la figure 3 : un premier exemple de réalisation du dispositif selon l'invention ; • la figure 4 : un deuxième exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, • la figure 5 : un troisième exemple de réalisation du dispositif selon l'invention ; • la figure 6 : une analyse de la réponse en fréquence de la 30 caisse automobile avec un dispositif selon l'invention. La figure 1 a représente un système de suspension 1 selon l'art antérieur comportant par exemple un pneumatique 2 subissant les 35 irrégularités du sol 7, un ressort 3 et un amortisseur 4 relié à une caisse 5 2907049 4 d'un véhicule modélisée par une masse suspendue. Le pneumatique 2 est modélisé par un ressort, son faible amortissement interne étant négligé. La figure 1 b présente plusieurs courbes représentatives de la réponse en fréquence de la caisse en fonction de la fréquence d'excitation de la base de 5 roue pour des solutions selon l'art antérieur. Avec le système de suspension 1 selon l'art antérieur, les irrégularités du sol 7 entraînent des oscillations de la caisse 5 dont l'amplitude est fonction du niveau de l'amortissement. Sur ces courbes, le gain diminue lorsque l'amortissement augmente. Par exemple, un gain de 0.1 signifie qu'une bosse de 2 cm d'amplitude 1 o engendrera un mouvement vertical de la caisse d'amplitude valant 20 mm. Ainsi la figure 1 b présente trois courbes 9, 10, 11 correspondant chacune à un niveau d'amortissement différent. Ces courbes permettent de comparer le gain obtenu fonction du niveau d'amortissement de la suspension 1 et des différentes fréquences d'oscillations. Ainsi une première courbe 9 présente le 15 gain pour un amortissement nominal, une deuxième courbe 10 pour un amortissement important et une troisième courbe 11 pour un amortissement faible. Une diminution de l'amortissement de la suspension est avantageuse pour le confort car elle procure une diminution du gain, sauf en deux pics 14,15 respectivement pour la fréquence propre 12 de la caisse 5 et pour la 20 fréquence propre 13 relative au rebond de la roue. Une augmentation de l'amortissement comme sur la deuxième courbe 10 permet un gain de confort aux fréquences 12, 13 correspondant au mode propre de caisse et au rebond de roue. Cependant, cette augmentation de l'amortissement conduit à une perte de confort 16, 17 aux autres fréquences par diminution du gain 25 d'amortissement comme le montre les courbes 9, 10, 11. Le confort de roulage se trouve donc fortement pénalisé par une augmentation de l'amortissement et il est médiocre pour une diminution de l'amortissement, notamment pour les fréquences propres 12, 13 liées au mode propre de caisse et au rebond de la roue. La figure 2 présente schématiquement le principe général du dispositif selon l'invention. Dans un véhicule disposant de pneumatiques à amortissement interne propre, le rebond de chaque roue est largement amorti. Le pic de résonance observé sur la figure 1 b pour une fréquence propre liée au rebond de la roue est donc réduit par l'amortissement interne 2907049 5 du pneumatique. Sur la figure 2 sont représentés la caisse 5 du véhicule, modélisée comme une masse suspendue, une roue 20 pouvant être considérée comme une masse non suspendue, le ressort 2 du pneumatique à amortissement interne, en contact avec le sol 7, et une suspension 21. 5 La suspension 21 est fixée d'une part à la caisse 5 et d'autre part à la roue 20. La suspension 21 comporte un premier étage composé d'un premier ressort 22 monté en parallèle avec un amortisseur 23, le tout étant relié à une masse raccord 24 permettant d'effectuer la liaison entre ce premier étage de la suspension et un deuxième ressort 25 constituant le 1 o deuxième étage de la suspension 21. Dans l'exemple de la figure 2, l'amortisseur 23 et le premier ressort 22 sont tous deux reliés à la caisse 5 du véhicule tandis que le deuxième ressort 25 est relié à la roue 20. Dans un autre exemple de réalisation, le deuxième ressort 25 peut aussi bien être relié à la caisse 5 alors que l'amortisseur 23 et le premier ressort 22 sont 15 reliés à la roue 20. Le premier ressort 22 possède une raideur inférieure à la raideur du deuxième ressort 25. Le premier étage de la suspension 21 comportant le premier ressort 22 et l'amortisseur 23 est un étage souple amorti alors que le deuxième étage comportant le deuxième ressort 25 sans amortissement en parallèle est un étage raide. Ces deux étages montés en 20 série amortissent la fréquence propre 12 de la caisse du véhicule. Cette fréquence propre se situant à des fréquences très faibles de l'ordre de un Hertz, les basses fréquences sont donc fortement amorties par la suspension 21. D'autres part, les oscillations liées au rebond de la roue sont lissées par l'amortissement du pneumatique de la roue 20. Ainsi, les oscillations 25 engendrées par les deux résonances principales aux fréquences propres 12, 13 d'un véhicule sont amorties alors que l'amortissement est très faible pour des fréquences différentes. On conserve donc une bonne tenue de route tout en garantissant un confort optimal. La suspension 21 selon l'invention est donc une suspension biraideur amortie car elle utilise deux ressorts de différentes raideurs dont l'un est plus amorti que l'autre. Cette suspension est mise en oeuvre sur chacune des roues du véhicule et ceci de manière indépendante. Il n'existe en effet aucune liaison entre les différentes suspensions 21 du véhicule. 2907049 6 La figure 3 présente un premier mode de réalisation possible de la suspension 21 selon l'invention. Ce premier mode de réalisation propose une mise en oeuvre hydropneumatique permettant au dispositif selon l'invention de disposer d'un correcteur de hauteur non décrit mais connu par ailleurs. 5 Cette réalisation du dispositif selon l'invention utilise deux accumulateurs hydrauliques 35, 36 correspondant respectivement au premier ressort de faible raideur 22 et au deuxième ressort de plus forte raideur 25. Les accumulateurs 35, 36 peuvent se présenter sous la forme de deux sphères possédant chacune une ouverture. La structure des sphères et leur 10 fonctionnement étant bien connu de l'homme du métier ils ne sont pas décrits. Les deux accumulateurs 35, 36 sont fixés sur la caisse 5 et reliés hydrauliquement en permanence l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un fluide hydraulique 34 ayant la fonction de la masse raccord 24 du dispositif selon l'invention représenté sur la figure 2. Un bras de suspension 30 relie la roue 15 20 à la caisse 5. La roue 20 est équipée d'un pneumatique à amortissement interne 37. Sur ce bras de suspension 30 est fixé un piston 31 qui, par le biais d'un fluide hydraulique incompressible 34 situé à l'intérieur d'un cylindre 32, permet de comprimer ou de décomprimer un gaz ressort contenu dans les accumulateurs 35, 36, le fluide hydraulique 34 communiquant avec les 20 entrées des accumulateurs 35, 36. Ce piston 31 coulisse donc à travers le cylindre 32 en fonction des irrégularités du sol 7 rencontrées par la roue 20. L'amortissement 23 du premier accumulateur 35 est réalisé grâce à un étranglement 33 à l'entrée de l'accumulateur 35 de plus faible raideur, qui peut être par exemple une pastille amortisseur sertie dans l'entrée de la 25 sphère comme dans l'état de l'art, limitant ainsi la circulation du fluide hydraulique 34 entre les deux accumulateurs 35, 36 s'effectuant par l'intermédiaire du cylindre 32. Ce mode de réalisation compacte permet d'atteindre un excellent niveau de flexibilité, la raideur nécessaire de chaque ressort déterminant le volume de l'accumulateur correspondant. 30 La figure 4 présente un deuxième mode de réalisation possible du dispositif selon l'invention. La figure 4 présente un mode de réalisation utilisant une technologie conventionnelle de suspension comportant deux ressorts métalliques 40, 41 de raideurs différentes et un amortisseur 42 qui 35 peut être par exemple un amortisseur hydraulique. La suspension comporte 2907049 7 toujours un bras de suspension 30 relié en l'une de ses extrémités à la caisse 5 et en son autre extrémité à la roue 20 équipée d'un pneumatique à amortissement interne 37 comme dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3. L'amortisseur 42 est couplé au premier ressort 41 qui représente 5 le ressort de plus faible raideur 22. Le premier ressort amorti 41 est relié en l'une de ses extrémités au bras de suspension 30 et en son autre extrémité au ressort 40. Le premier ressort 41 de plus faible raideur et le deuxième ressort 40 non-amorti sont montés en série. Le deuxième ressort 40 est relié à la caisse 5 en l'une de ses extrémités. Ce mode de réalisation permet de 1 o mettre en oeuvre le dispositif selon l'invention de manière classique. La figure 5 présente un autre mode de réalisation possible comportant une suspension mixte, métallique et hydropneumatique. Cette mise en oeuvre utilise également un bras de suspension 30 relié en l'une de 15 ses extrémités à la caisse 5 et en son autre extrémité à la roue 20 toujours équipée d'un pneumatique à amortissement interne 37. Un premier piston 50 est fixé sur le bras de suspension 30 coulissant dans un cylindre 55 rempli d'un fluide hydraulique 54. Le cylindre 55 possède par exemple une ouverture latérale 56 permettant au fluide de pénétrer à l'intérieur d'un 20 accumulateur hydraulique 51 tel que ceux représentés sur la figure 3. L'accumulateur 51 possède à son entrée un étranglement 57, par exemple une pastille amortisseur sertie à l'entrée de la sphère comme dans l'état de l'art, permettant de limiter le débit de fluide entrant dans l'accumulateur 51 et exerçant ainsi le rôle de l'amortisseur 23 du dispositif selon l'invention. 25 L'accumulateur 51 tient le rôle du premier ressort de plus faible raideur 22 du dispositif selon l'invention représenté sur la figure 2. La seconde extrémité du cylindre 55 permet le déplacement d'un deuxième piston 52 relié à un ressort métallique 53 assurant la fonction du deuxième ressort 25 de plus forte raideur du dispositif selon l'invention représenté sur la figure 2. Le piston 50 30 suivant les irrégularités de la route comprime, par le biais du fluide hydraulique 54 contenu dans le cylindre 55, un gaz ressort contenu dans l'accumulateur 51. Le fluide incompressible 54 se dirige vers l'accumulateur 51 et exerce une pression sur le deuxième piston 52 relié au ressort 53. Les irrégularités du sol 7 rencontrées sont ainsi amorties. L'étage souple 2907049 8 hydraulique de la suspension comprenant l'accumulateur 51 permet de disposer d'une correction de la hauteur du véhicule en fonction de sa charge. La figure 6 présente les courbes de réponse de la caisse 5 à une 5 excitation oscillatoire en base de roue, et ceci pour différentes suspensions. Le graphique présenté sur la figure 6 illustre la réponse en fréquence de la caisse 5 en dB en fonction des fréquences d'excitation. Sur le graphique, quatre courbes 60, 61, 62, 63 sont présentées, elles correspondent à différents types de suspension : 10 • la première courbe 60 représente les réponses en fréquence pour un véhicule possédant une suspension selon l'art antérieur comme celle représentée sur la figure 1 a, • la deuxième courbe 61 représente les réponses en fréquence pour un véhicule possédant une suspension sans amortisseur, 15 • la troisième courbe 62 représente les réponses en fréquence pour un véhicule possédant une suspension bi-raideur selon l'invention, • la quatrième courbe 63 représente les réponses en fréquence pour un véhicule possédant une suspension bi-raideur selon l'invention associée à des pneumatiques amortis. 20 Sur la deuxième courbe 61, on constate deux pics 64, 65 correspondant respectivement à la résonance liée au mode de caisse et à la résonance liée au rebond de roue. La troisième courbe de réponse 62 obtenue pour une suspension bi-raideur, sans amortissement du rebond de roue, montre l'influence de la suspension sur la résonance liée au mode de caisse car le 25 pic de résonance 64 est entièrement amorti par la suspension bi-raideur. Le pic de résonance 65 lié à la fréquence propre de la roue apparaît toujours, vu qu'il n'est pas pris en compte par ce type de suspension. Ce dernier pic 65 est résorbé dans la réponse 63 obtenue avec une suspension bi-raideur selon l'invention assortie de pneumatiques amortis. La courbe de réponse 63 30 ainsi obtenue possède globalement un gain plus faible que la réponse obtenue avec une suspension selon l'art antérieur représentée par la première courbe 60. Les irrégularités du sol 7 ainsi que les oscillations dues aux différentes fréquences de résonance du véhicule sont donc filtrées de manière plus efficace avec une suspension bi-raideur selon l'invention 35 associée à des pneumatiques amortis. 2907049 9 Les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont pas limitatifs, les organes hydrauliques utilisés peuvent par exemple être remplacés par 5 des organes pneumatiques dans d'autres mises en oeuvre du dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention permet d'accroître avantageusement 10 le confort à l'intérieur du véhicule au roulage grâce à la grande flexibilité de la suspension et son pouvoir filtrant important. D'autre part, la suspension étant fortement amortie principalement aux basses fréquences, il n'y a pas de mouvements entretenus de type roulis, tangage, pompage, générateurs de malaise pour les passagers du véhicule. 15 Le dispositif selon l'invention, s'il est combiné à un pneumatique amorti, permet avantageusement d'accroître l'adhérence des pneumatiques par l'absence de rebond de la roue combiné au faible niveau d'amortissement sur toute la plage de fréquence, hors basses fréquences. L'amortissement obtenu ne contrarie avantageusement pas le suivi du profil 20 de la route par la roue. Une mise en oeuvre hydropneumatique du dispositif selon l'invention présente l'avantage d'être peut encombrante et simple à mettre en oeuvre. Elle permet également de disposer avantageusement d'un dispositif de correction de la hauteur du véhicule en fonction de sa charge. 25 REVENDICATIONS 1. Dispositif de suspension amortie d'un véhicule possédant un pneumatique à amortissement interne (37) monté sur une roue (20), ledit dispositif étant relié d'une part à une caisse (5) du véhicule et d'autre part à une roue (20) du véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un premier étage amorti comprenant un premier ressort (22) monté en parallèle avec un amortisseur (23) et un deuxième étage comprenant un deuxième ressort (25) possédant une raideur plus importante que le premier ressort (22), les deux étages étant constamment reliés par l'intermédiaire d'une masse raccord (24), les suspensions de chaque roue du véhicule étant indépendantes entre elles. 2. Dispositif selon la première revendication caractérisé en ce qu'il est relié à la roue (20) par l'intermédiaire d'un bras de suspension (30), lui- même fixé en l'une de ses extrémités à la roue (20) et en son autre extrémité à la caisse (5). 3. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les ressorts (22, 25) sont des accumulateurs hydrauliques (35, 36) fixés sur la caisse (5) du véhicule et reliés hydrauliquement l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un fluide hydraulique (34) ayant fonction de masse raccord (24) et circulant dans un cylindre (32), relié d'une part à un premier accumulateur (35) pourvu d'un amortissement et d'autre part à un deuxième accumulateur (36), cylindre dans lequel coulisse un piston (31) relié au bras de suspension (30). 4. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les ressorts (22, 25) sont des ressorts métalliques (40, 41), montés en série, le ressort (41) de plus faible raideur étant monté en parallèle avec un amortisseur (42). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'amortisseur (42) est un amortisseur hydraulique. 2907049 11 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'amortisseur (42) est un amortisseur à gaz. 7. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il 5 comporte un cylindre (55) pourvu en chacune de ses extrémités d'un piston (50, 52) coulissant à l'intérieur du cylindre (55), le premier piston (50) étant relié au bras de suspension (30), le deuxième piston (52) étant relié à un ressort métallique (53) lui-même relié à la caisse (5) du véhicule, l'intérieur du cylindre (55) étant rempli d'un fluide hydraulique (54) ayant fonction de 10 masse raccord (24) entre le ressort métallique (53) et un accumulateur hydraulique (51), de plus faible raideur que le ressort métallique (53), dont l'ouverture (56) est reliée hydrauliquement au cylindre (55) afin de permettre la circulation du fluide hydraulique (54) entre le cylindre (55) et l'accumulateur hydraulique (51) pourvu d'un amortissement. 15 8. Dispositif selon les revendications 3 et 7 caractérisé en ce que l'amortissement est assuré par un étranglement (57) situé à l'ouverture de l'accumulateur hydraulique (51). 20 9. Dispositif selon les revendications 3 et 7 caractérisé en ce que l'amortissement est assuré une pastille amortisseur sertie dans l'ouverture de l'accumulateur hydraulique (51).