Brevet FR2916683A1 — publié le 20081205

Mécanisme de suspension d'un essieu sur le châssis d'un véhicule, comprenant des moyens de variation de l'angle de carrossage des roues lors de la prise de virage par le véhicule. Domaine technique de l'invention L'invention est du domaine des mécanismes de liaison en suspension de roues sur 10 le châssis d'un véhicule. Plus particulièrement, l'invention est du domaine de tels mécanismes organisés de manière à permettre une variation de l'angle de carrossage des zones sous l'effet d'une force centrifuge induisant des efforts latéraux sur les roues en réaction de leur appui au sol, lors de la prise de virage. 15 But de l'invention Il est connu que les pneumatiques opposent à une force latérale, une résistance au dérapage d'autant plus élevée que l'angle qu'ils font avec le sol est plus grand et est opposé à la force latérale. Les véhicules dont les roues, sous l'effet de la 20 suspension, se déplacent parallèlement à la caisse, présentent dans les virages, par suite du dévers, un angle de carrossage négatif égal à l'angle de roulis que fait le véhicule avec le sol. L'adhérence est donc diminuée. li est possible d'atténuer cet inconvénient en donnant aux roues un léger mouvement de rotation selon des axes horizontaux parallèles au plan de symétrie du véhicule. 25 Ce procédé n'est qu'un palliatif et, si le centre de rotation instantané de la roue n'est pas au nivéau du sol, les débattements des suspensions vont engendrer des écarts de déplacements des pneus par rapport au sol, donc de légers efforts de dérive latéraux. Le procédé décrit dans la présente invention permet de remédier aux inconvénients 30 précédents. Il autorise même des carrossages positifs malgré les dévers de caisse. Par ailleurs, il permet d'entraîner accessoirement des effets secondaires également favorables à la tenue de route. Etat de la technique Les moyens de carrossage peuvent être composés d'une ossature articulée qui est placée en interposition entre le châssis et la fusée de roue et qui procure à cette dernière un degré de liberté supplémentaire correspondant à une rotation autour d'un point situé sous le niveau du sol. On pourra se reporter au document FR 2872452 (SOCIETE DE TECHNOLOGIE MICHELIN & Cie) qui décrit un tel moyen de carrossage. Toutefois cette solution est encombrante, augmente le poids non suspendu de la roue et dissocie la prise de carrossage de chacune des roues. Le document FR 2880302 (SOCIETE DE TECHNOLOGIE MICHELIN & Cie) présente une solution plus compacte quoique les ressorts amortisseurs de rappel n'aient pas été dessinés sur les figures. Toutefois, on peut remarquer que le centre instantané de rotation du plan de roue n'est dans ce plan que dans sa position neutre. Dans ces conditions, l'invention ne fonctionnera que pour de petits angles de carrossage sauf à modifier largement la géométrie du quadrilatère déformable. La fig.1 de notre document qui reproduit à l'échelle 2 la fig.1 du document précité montre que, pour une variation de carrossage de seulement 13% déformant le quadrilatère ABCD en ABC'D', le nouveau centre instantané C1R1 sera largement décalé par rapport à CoRo. Or, dans le cadre de la présente invention, la caisse solidaire des rotules A et B est supposée fixe par rapport au sol, de manière en ce que, la roue EF vient en E'F'. En conditions réelles, le point de contact E de la roue avec le sol est fixe, la caisse subit un déplacement selon le vecteur E'E. Le nouveau centre instantané de rotation C1R , étant au dessus du sol, la réaction du sol sur la roue n'induira aucun mouvement de force provoquant la prise de carrossage. Par contre, les réactions verticales de la suspension en provoqueront parce que décentrées par rapport au plan de symétrie de la roue. On remarque également que dans cette position, par suite du mouvement pendulaire de la caisse, celle-ci aura augmenté son énergie potentielle selon EE' alors que la force centrifuge n'aura travaillé que de E' en E ", E " étant la projection de E' sur la verticale de E. 2 3 2916683 D'autres solutions ont été proposées qui consistent à déplacer latéralement par un vérin, pour chaque roue, deux pivots solidaires de la fusée de roue. La mise en oeuvre des moyens de puissance de modification de l'angle de carrossage des roues est placée sous la dépendance d'un calculateur. Dans ces conditions, la sécurisation 5 du véhicule au regard de sa tenue de route est contrainte au bon fonctionnement des moyens de commande des vérins. Description de l'invention 10 Le but de la présente invention est de proposer un mécanisme de jonction entre les roues d'un même essieu et le châssis du véhicule, qui comprend des moyens de carrossage qui soient robustes et fiables tout en étant peu encombrants, de structure simple et facile à obtenir et à entretenir, et qui puissent être aisément implantés sur un quelconque véhicule sans avoir à modifier profondément la structure de son 15 châssis et de ses moyens de jonction habituels avec les roues. Il est plus particulièrement visé par la présente invention de proposer un tel mécanisme de jonction dont les moyens de mises en oeuvre sont du type mécanique exploitant les forces induites par la force centrifuge à laquelle est soumis le châssis lors de la prise d'un virage par le véhicule. 20 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va en être faite par l'examen des figures des planches annexées dans lesquelles : La fig.2 est un schéma en perspective d'un mécanisme de la présente invention selon un premier exemple de réalisation. La fig.3 est un schéma illustrant le fonctionnement de la suspension selon une 25 vue latérale. La fig.4 est un schéma illustrant la géométrie d'un mécanisme de la présente invention en fonctionnement, selon une vue de dessus. La fig.5 est un schéma en perspective illustrant la géométrie d'un mécanisme de la présente invention en fonctionnement. 30 La fig.6 est un schéma illustrant une roue de véhicule soumise à des efforts résultants d'une prise de virage par le véhicule. La fig.7 est un schéma de principe illustrant un moyen de précontrainte des ressorts de rappel de la présente invention. 4 2916683 La fig.8 est un schéma en perspective illustrant les effets des forces verticales de suspension sur le mécanisme de la présente invention. La fig.9 est un schéma partiel en perspective d'un mécanisme de la présente invention selon une deuxième variante de fonctionnement. 5 La fig.10 est un schéma illustrant les modalités de montage des ressorts latéraux de rappel selon une variante de réalisation de la présente invention. La présente invention concerne un système de suspension de véhicules automobiles comprenant : 10 deux tirants longitudinaux reliés par rotules à la caisse, d'une part, et au pivot vertical de la fusée de roue, d'autre part, directement ou par une bielle. un essieu légèrement mobile latéralement, relié à la deuxième rotule du pivot de roue directement ou par une bielle et aux tirants précédents en un point situé sur l'alignement des deux rotules précédentes des tirants, ledit essieu 15 est maintenu latéralement par un système de ressorts et amortisseurs horizontaux qui prend appui sur la caisse. deux biellettes solidaires de l'essieu mobile et des fusées de roue maintenant celles-ci perpendiculaires au plan de symétrie du véhicule. deux ressorts de suspension, solidaires des pivots de roue ou des tirants 20 longitudinaux. Dans les virages, la force centrifuge déplace légèrement l'essieu mobile. Les déplacements des rotules du pivot par rapport au sol étant différents, il s'ensuit une inclinaison des roues favorable à la tenue de route. 25 Le moyen le plus simple et le plus compact pour réaliser les caractéristiques ci-dessus définies de l'invention et ainsi que représenté à la fig.2, comprend : une fusée de roue et sa symétrique, solidaires d'un pivot vertical 1, comprenant lui-même une rotule supérieure B et une rotule inférieure C. 30 un tirant longitudinal 2 et son symétrique solidaires de la caisse par la rotule A et du pivot par la rotule B. un essieu 33', coudé en DD', relié aux rotules CC' des pivots, d'une part et aux rotules EE' situées sur les tirants dans l'alignement des rotules AB, A'B' d'autre part. deux ressorts de suspension 4 et son symétrique arrimés entre la caisse et les pivots ou les tirants. deux ressorts horizontaux fixés entre l'essieu 33' en G et G' et la caisse --l'axe de ces ressorts est sensiblement selon l'axe AA'. La partie transversale de l'essieu, 33' est flexible en torsion et rigide en flexion. En ligne droite, l'essieu mobile est centré sur le plan de symétrie du véhicule. L'essieu mobile est donc guidé dans son glissement latéral par les rotules E et E', et les retours latéraux DC et D'C' sont guidés dans un plan vertical, pour les mouvements de suspension, par les rotules EC et E'C'. Par ailleurs, le pivot 1 est maintenu en rotation d'axe vertical, par le levier CH solidaire de la biellette 1H, I étant sur l'essieu mobile. La suspension fonctionne comme une suspension classique dite à essieu de 15 torsion . La vue de côté (fig.3) montre que sous l'effet d'une irrégularité de la route, le point de contact F de la roue avec le sol va pivoter pour venir en F'. Le tirant AEB va pivoter en AE'B' en entraînant le bras coudé EC de l'essieu mobile. La partie transversale D de l'essieu subira une légère torsion et va venir en D'. Les roues vont prendre un carrossage égal à l'inclinaison de l'essieu mobile. II sera 20 d'autant plus faible que D sera voisin de A. Ainsi, si D est en A, le système fonctionnera comme une suspension indépendante dite à roues tirées . Le ressort de suspension se comprime de B en B'. S'il s'appuie sur le pivot BC, il n'y aura aucune contrainte verticale, due à la suspension, sur les différentes rotules ABCE. 25 Si l'on exerce une force latérale sur la rotule B du pivot de roue BC, celui-ci va pivoter autour du point de contact au sol F (fig.2). C va venir en C1 et B en B1. E va venir en E1i EE1 étant égal à CC1 et A va venir en Al. La fig. 4 montre la vue en plan de la cinématique du système dans le sens latéral. 30 La rotule E de l'essieu mobile va se déplacer de E en El tel que EE1 = CC1, le tirant AEB va se positionner en A1E1B1. Le centre de rotation instantané O du tirant est défini par les relations OE EER CCN FC OB BB, BB, FB Si la rotule A est positionnée au-delà de O, par rapport à BO, le point A va se déplacer vers Al en sens inverse de B vers B1. Réciproquement, si l'on exerce une force sur A, dans le sens de A vers A1, cette force pouvant être la force centrifuge qui s'exercerait sur le véhicule tournant à droite, le pivot BC va s'incliner jusqu'à ce que la force soit équilibrée par la tension du ressort situé entre la caisse et l'essieu mobile. Il se produit donc un effet de carrossage proportionnel à la force centrifuge. Le débattement des ressorts transversaux est matérialisé par la différence entre AG et A1G1. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'effet de carrossage peut entrainer un léger braquage des roues arrière, suite à un positionnement spécifique des articulations de direction. La fig. 5 montre la cinématique du guidage directionnel du pivot vertical BC de la roue. L'axe du pivot est solidaire d'un levier horizontal CH lui-même solidaire de la biellette IH reliée à l'essieu mobile en i, à la même hauteur que H. Quand l'essieu mobile se déplace de E en E1, l'articulation l se déplace en 11 tel que Ill = HH1 = EE1 = CC1. Le levier de direction CH reste parallèle à lui-même et la roue aussi. Par contre, si l'on positionne H à une hauteur légèrement inférieure à 1, il y aura un léger effet de braquage dans le sens des roues avant. Ce micro braquage sera favorable au confort de conduite. Il est connu qu'un freinage effectué dans un virage pris à la limite d'adhérence peut avoir des conséquences néfastes pour la tenue de route pour deux raisons principales : 1) Si la suspension confère aux roues un carrossage sous charge, ce qui était le cas typique pour les anciennes suspensions dites à essieu brisé et ce qui est encore le cas, dans une moindre mesure, pour certaines suspensions modernes, le freinage en virage induira un délestage sur l'essieu arrière. Par suite, la diminution du carrossage sur la roue extérieure la plus chargée pourra entraîner un dérapage latéral. 2) Si la suspension autorise, par le fait des joints élastiques des bras de suspension, un micro braquage de la roue sous l'effet du freinage, celui-ci provoquera, en virage, un différentiel de braquage dans le sens contraire du braquage des roues avant (fig.6). Le rayon de giration sera diminué, donnant au conducteur une sensation d'instabilité avec un effet d'enroulement . Suivant une autre caractéristique de l'invention, le freinage en virage provoque une augmentation du carrossage et une augmentation du rayon de giration, ces actions IO sont favorables à la tenue de route et peuvent être favorisées par l'inclinaison du pivot. La cinématique du système, sous certaines conditions géométriques, est telle qu'une force de freinage appliquée au point de contact du pneu avec le sol entraîne un 15 accroissement du glissement de l'essieu mobile, donc un accroissement du carrossage et du micro braquage. Selon la fig. 5, la différence de hauteur entre les rotules B et C du pivot va diminuer, au fur et à mesure que l'essieu mobile va glisser latéralement. La longueur EC de l'essieu mobile étant constante, l'axe BC va pivoter et le point de contact au sol, F, 20 va glisser vers l'arrière en F'. En vertu du principe des travaux virtuels, la force de freinage F va communiquer à la rotule A une force F' telle que F x F'F" = F' x A'A" - F'F" et A'A" étant les 25 déplacements élémentaires de F' et A' aux alentours de F' et A'. Si le pivot BC est incliné en position neutre, cet effet de transmission de force sera augmenté. La force transversale induite par le freinage contribuera à déplacer l'essieu mobile, donc à augmenter le carrossage et à augmenter le rayon de giration : l'adhérence latérale sera augmentée et la force centrifuge diminuera par 30 suite de l'augmentation du rayon de giration. Dans le cas d'une manoeuvre violente d'évitement, sur une trajectoire dite en baïonnette , les véhicules prennent un mouvement de roulis tel que l'angle 8 2916683 maximum de dévers est supérieur à l'angle nominal que le véhicule afficherait dans les mêmes conditions permanentes de braquage et de vitesse. Ce déplacement angulaire de roulis dû à l'inertie du véhicule sera d'autant plus grand que la suspension sera souple, l'amortissement faible et le centre de gravité élevé. 5 Par suite, les réactions latérales et verticales sur les pneus dépasseront momentanément les réactions nominales qui correspondraient au virage permanent. Si le conducteur contrebraque après avoir évité l'obstacle, au moment où le dévers est maximum, la surtension des ressorts des roues extérieures au virage va s'additionner à la nouvelle force centrifuge pour amplifier le phénomène précédent après le contre braquage. Ceci pourra conduire à un dérapage ou, même, à un renversement du véhicule, comme il est connu dans les tests routiers dits de l'élan . La solution la plus élémentaire pour pallier aux inconvénients précédents consiste à durcir les suspensions et l'amortissement mais il est évidemment peu satisfaisant de sacrifier continuellement le confort des passagers pour pallier à des manoeuvres brutales exceptionnellement mise en oeuvre. Une solution plus élaborée consiste à évaluer des conditions dynamiques au moyen de capteurs, de les traiter par un calculateur et de modifier le tarage des amortisseurs pendant le temps de prise de roulis. La difficulté consiste à obtenir des informations sûres, et, éventuellement, à les anticiper pour annuler les temps de réponse. La fiabilité et la précision du système le rendent relativement coûteux. Dans le cas de l'invention où l'essieu est légèrement mobile transversalement, si l'amortissement des ressorts latéraux est correctement étalonné, le déplacement latéral de la caisse par rapport à l'essieu mobile, variera sensiblement comme l'angle de roulis. La vitesse du déplacement horizontal de la caisse par rapport à l'essieu mobile, donc la pression hydraulique du fluide des amortisseurs latéraux variera sensiblement comme la vitesse de roulis. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est possible, dans ces conditions, d'utiliser la pression des amortisseurs latéraux pour modifier le tarage des amortisseurs de suspension. Ainsi, le durcissement de l'amortissement ne se fera que pendant le temps très court correspondant à la période de mise en appui de la caisse sur ses roues extérieures et non pendant tout le temps où la force centrifuge est élevée. Le durcissement pourra être réalisé en reliant directement les chambres hydrauliques des amortisseurs latéraux à des clapets de tarage des amortisseurs de suspension ou bien en passant par l'intermédiaire des clapets de tarage à commande électrique commandés par un courant proportionnel à la pression du fluide des amortisseurs latéraux. Des dispositions particulières des ressorts latéraux et des ressorts de suspension permettent d'améliorer le fonctionnement de l'invention sans en changer l'esprit. Ainsi, suivant une autre caractéristique de l'invention, les ressorts latéraux peuvent être précontraints. 1) Dans ces conditions, le conducteur ne sera pas perturbé par de légers déplacements latéraux dus à de légères forces latérales. Par ailleurs, l'essieu mobile reviendra exactement dans sa position médiane malgré les forces de frottement. La fig. 7 montre le principe de cette précontrainte : les ressorts sont comprimés entre une coupelle 1 (1') et l'essieu mobile 3 (3'). Les coupelles 20 s'appuient sur une butée solidaire de l'essieu mobile. La caisse matérialisée en 3 affleure les parois extérieures des coupelles. Suivant une autre variante de réalisation ainsi que représenté à la fig.8, le mécanisme montre que si le point de contact du pneu sur le sol F est déporté par 25 rapport au pivot BC, un choc de suspension matérialisé par une force verticale va transmettre un moment de forces sur le pivot BC. les contraintes f1 et f2 qui en résulteront vont générer une rotation du bras AB, donc des déplacements latéraux de la caisse. Les calculs montrent que si les ressorts de suspension sont arrimés sur la rotule 30 basse du pivot de direction et s'ils font avec la caisse un angle a tel que : BE.DG tg a AE.BC 10 2916683 les réactions de la suspension ne donneront pas de contraintes latérales sur les ressorts transversaux, D et G étant les extrémités de la fusée. Si les ressorts sont inclinés suivant un angle supérieur à celui défini par la formule ci-dessus, la caisse prendra un angle de roulis, en virage, inférieur à celui d'une voiture 5 normale. Il y aura de légères réactions latérales qui pourront être absorbées par les amortisseurs des ressorts latéraux. La fig. 9 montre le cas où l'essieu mobile est suspendu et guidé par deux tirants AB à axes verticaux. 10 Le pivot de roue est guidé par la rotule E solidaire de l'essieu mobile et la rotule C solidaire en D du tirant AB et de la bielle de réaction CG. Le ressort de suspension est arrimé sur le pivot CE. Les conditions explicitées dans le cas général de la description de l'invention sont réalisées et les roues prendront du carrossage sous l'effet de la force centrifuge. 15 Si la bielle CG est plus courte que AB, le contact F de la roue avec le sol reculera lors du déplacement latéral de la caisse. Les ressorts de suspension obliques permettant un effet anti dévers peuvent être remplacés par des ressorts horizontaux actionnés par des triangles de suspension -- de manière à entrainer lors du mouvement de déplacement horizontal de la caisse un redressement de l'assiette du véhicule (fig.10). Les ressorts de suspension sont en 1, les ressorts latéraux en 2 sur cette figure de principe où n'apparaît pas le principe de carrossage variable. Les triangles d'angle a ont le même effet que des ressorts inclinés suivant le même angle. Suivant une dernière caractéristique de l'invention, l'action de la force centrifuge est remplacée par un vérin commandé par un calculateur. Dans ce cas, au lieu que le déplacement de la caisse par rapport au sol, donc la prise de carrossage, soit provoquée par la force centrifuge, il est possible de la provoquer par un vérin commandé par un calculateur. II sera préférable, dans ce cas, de faire déplacer la caisse dans le sens contraire de la force centrifuge. Si le centre de gravité est fixe par rapport au sol, il n'y aura plus de contraintes d'inertie latérales et les réactions au sol seront limitées à la force centrifuge. En référence à la figure 4, si ia rotule A est sur le centre instantané de rotation 0, il sera possible d'obtenir un carrossage par les vérins sans déplacement de la caisse par rapport au sol, donc sans dépense d'énergie. Par ailleurs, si les vérins sont irréversibles, il n'y aura plus de déplacements latéraux de la caisse sous l'influence de la suspension. Dans ces conditions, il sera possible d'obtenir un effet anti dévers, en inclinant les ressorts de suspension sur la verticale, largement au-dessus de l'angle défini, précédemment pour assurer l'indépendance du déplacement de l'essieu mobile par rapport aux chocs des suspensions. 12 Revendications 1 - Mécanisme de suspension d'un essieu sur le châssis d'un véhicule comprenant des moyens de variation de l'angle de carrossage des roues lors de la prise d'un virage par le véhicule, ledit mécanisme est caractérisé par : - deux tirants longitudinaux reliés par rotules à la caisse d'une part et au pivot de roue d'autre part, directement ou par une bielle. - un essieu légèrement mobile latéralement, relié à la deuxième rotule du pivot, directement ou par une bielle et aux tirants précédents en un point situé dans l'alignement des 2 rotules précédentes des tirants, ledit essieu est maintenu latéralement par un système de ressorts et amortisseurs horizontaux qui prend appui sur la caisse. - deux bielles solidaires de ['essieu mobile et des fusées de roue. 2 û Mécanisme de suspension d'un essieu sur le châssis d'un véhicule comprenant des moyens de variation de l'angle de carrossage des roues lors de la prise d'un virage par le véhicule conforme à la revendication 1 caractérisé par un essieu coudé relié directement à une rotule des tirants longitudinaux et à la rotule du pivot de roue. 3 û Mécanisme de suspension d'un essieu sur le châssis d'un véhicule comprenant des moyens de variation de l'angle de carrossage des roues lors de la prise d'un virage par le véhicule conforme à l'une des quelconque des revendications 1 et 2 , caractérisé en ce que l'effet de carrossage précédent entraîne un léger braquage des roues arrière, suite à un positionnement spécifique des articulations de direction. 4 û Mécanisme de suspension, d'un essieu sur le châssis d'un véhicule comprenant des moyens de variation de l'angle de carrossage des roues lors de la prise d'un virage par le véhicule conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le freinage en virage provoque une augmentation du carrossage du rayon de giration, ces actions sont favorables à la tenue de route et peuvent être favorisées par l'inclinaison du pivot. 5 - Mécanisme de suspension, d'un essieu sur le châssis d'un véhicule comprenant des moyens de variation de l'angle de carrossage des roues lors de la prise d'unvirage par le véhicule conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pression la pression du fluide des amortisseurs latéraux agit sur le tarage des amortisseurs de suspension, directement, ou par l'intermédiaire d'une vanne magnétique. 6 - Mécanisme de suspension d'un essieu sur le châssis d'un véhicule comprenant des moyens de variation de l'angle de carrossage des roues lors de la prise d'un virage par le véhicule conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les ressorts latéraux sont précontraints. 7 - Mécanisme de suspension, d'un essieu sur le châssis d'un véhicule comprenant des moyens de variation de l'angle de carrossage des roues lors de la prise d'un virage par le véhicule conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'essieu est du type mobile suspendu. 15 8 - Mécanisme de suspension d'un essieu sur le châssis d'un véhicule comprenant des moyens de variation de l'angle de carrossage des roues lors de la prise d'un virage par le véhicule conforme à l'un quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'essieu est légèrement mobile latéralement et à ressorts de 20 suspension inclinés ou montés horizontalement entre la caisse et les sommets de triangles oscillants, de manière à entraîner lors du mouvement de déplacement horizontal de la caisse un redressement de l'assiette du véhicule. 9 - Mécanisme de suspension, d'un essieu sur le châssis d'un véhicule comprenant 25 des moyens de variation de l'angle de carrossage des roues lors de la prise d'un virage par le véhicule conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'action de la force centrifuge est remplacée par un vérin commandé par un calculateur. 10