Brevet FR2932861A1 — publié le 20091225

"AGENCEMENT DE SPIRES DE RESSORT HELICOÏDAL A RAIDEURS MULTIPLES ET SUSPENSION DE VEHICULE EQUIPEE D'UN TEL AGENCEMENT" La présente invention concerne un agencement de spires de ressort hélicoïdal à raideurs multiples, ainsi qu'une suspension de véhicule équipée d'un tel agencement. On connaît depuis longtemps une suspension utilisée sur chacune des roues d'un véhicule et comprenant notamment un ressort hélicoïdal disposé entre la caisse et la roue du véhicule. Un tel ressort de suspension est d'une conception, par choix de sa raideur et de la géométrie de ses spires, devant normalement répondre à toutes les situations de vie du véhicule, c'est-à-dire lors de ses déplacements à vide ou en charge. Cependant, une telle conception de ressort a pour inconvénient d'aboutir à des compromis pour couvrir ces situations de vie. Ainsi, chaque ressort de suspension doit avoir une raideur élevée lors des déplacements à vide du véhicule, sinon ce ressort serait trop mou en pleine charge du véhicule. La présente invention a pour but de palier l'inconvénient ci-dessus des ressorts de suspension connus. A cet effet, l'invention a pour objet un agencement de spires de ressort hélicoïdal à raideurs multiples et qui est caractérisé en ce qu'il comprend un premier ensemble de spires d'une première raideur déterminée, s'étendant le long d'un axe et au moins des deuxième et troisième ensembles de spires ayant respectivement deux raideurs déterminées différentes, de même axe que le premier ensemble, agencés à l'intérieur du premier ensemble de spires, les raideurs des deuxième et troisième ensembles de spires étant supérieures à la raideur du premier ensemble de spires de façon que l'un des deuxième et troisième ensembles de spires de raideur inférieure à la raideur de l'autre ensemble de spires puisse se comprimer ou s'étirer en premier. L'ensemble de spires de plus faible raideur des deuxième et troisième ensembles de spires a un certain nombre de spires compris concentriquement dans des spires de l'ensemble de spires de plus forte raideur et le long de ce dernier. Les spires du deuxième ensemble de spires de plus faible raideur sont comprises concentriquement dans les spires du troisième ensemble de spires de plus forte raideur et s'étendent à l'extérieur du troisième ensemble de spires de plus forte raideur et de part et d'autre de ce dernier par un certain nombre de spires d'extrémités comprises concentriquement dans les spires du premier ensemble de spires. Le nombre de spires d'extrémités du deuxième ensemble de spires de plus faible raideur et s'étendant de part et d'autre du troisième ensemble de spires de plus forte raideur, est le même de sorte que le troisième ensemble de spires de plus forte raideur est disposé en partie centrale du deuxième ensemble de spires de plus faible raideur des deuxième et troisième ensembles de spires. Le deuxième ensemble de spires de plus faible raideur des deuxième et troisième ensembles de spires, est compris dans les spires du premier ensemble de spires d'une extrémité à l'autre de ce premier ensemble. Les spires des premier et troisième ensembles de spires sont creuses. En variante, l'agencement comprend un quatrième ensemble de spires de même raideur que le deuxième ensemble de spires, les deuxième et quatrième ensembles de spires étant compris dans le premier ensemble de spires, de part et d'autre du troisième ensemble de spires. Les deuxième, troisième et quatrième ensembles de spires sont agencés en série et bout à bout dans le premier ensemble de spires. Les ensembles de spires définissent des ressorts 5 hélicoïdaux cylindriques de compression. Le matériau constituant les spires des ensembles de spires est métallique, tel que de l'acier, et/ou composite. L'invention a également pour objet une suspension 10 de véhicule et qui est caractérisée en ce qu'elle comprend un agencement de spires de ressort hélicoïdal à raideurs multiples, lequel agencement est monté entre la caisse du véhicule et un support d'une roue du véhicule de façon que le deuxième ensemble de spires de plus 15 faible raideur des deuxième et troisième ensembles de spires se comprime et se détende lors des débattements de la roue du véhicule se déplaçant à vide ou faible charge et que l'autre de plus forte raideur des deuxième et troisième ensembles de spires se comprime et se détende à 20 son tour lors des débattements de la roue du véhicule se déplaçant à forte charge, avec les spires du ressort hélicoïdal de plus faible raideur jointives. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci 25 apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : 30 - la figure 1 est une vue schématique d'un ressort hélicoïdal de l'art antérieur soumis à une compression ou un étirement ; - la figure 2 est une vue de face en perspective d'un premier mode de réalisation d'un agencement de 35 spires de ressort à raideurs multiples conforme à l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue de face en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un agencement de 5 spires de ressort à raideurs multiples conforme à l'invention ; et - la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 4 ; L'invention va être décrite dans l'application à 10 une suspension de roue d'un véhicule notamment automobile, mais elle peut avoir d'autres applications comme on le verra ultérieurement. La figure 1 représente schématiquement un dispositif de suspension 1 selon l'art antérieur 15 comprenant essentiellement un ressort de compression hélicoïdal 2 disposé entre la caisse 3 d'un véhicule modélisée par une masse suspendue et un support 4 d'une roue du véhicule et pouvant se comprimer pour absorber les chocs dus aux irrégularités du sol sur lequel se 20 déplace le véhicule. Lorsque le ressort 2 subit une charge F1 pour le comprimer suivant une longueur L1, cette charge est calculée suivant l'équation suivante : F1 = k (LO-L1) 25 où - F1 est la charge sous longueur L1, - LO est la longueur libre à l'état non compressé du ressort 2, - L1 est la longueur sous charge du ressort 2, et 30 - k est la raideur du ressort 2. Un tel dispositif de suspension ne permet pas de paramétrer la dynamique d'enfoncement du ressort pour répondre de manière optimale à plusieurs situations de vie d'un véhicule. 35 L'agencement de spires de ressort hélicoïdal de l'invention qui va être décrit présente au moins deux raideurs différentes choisies de façon à paramétrer la dynamique de compression ou d'étirement du ressort sans augmenter l'encombrement en hauteur d'un tel ressort. L'agencement de spires de ressort tel que représenté aux figures 2 à 4 comprend un premier ensemble de spires hélicoïdales 5 à spires non jointives ayant une longueur libre LO à l'état non compressé. L'ensemble 5 peut être réalisé à partir d'une tige ou d'un fil métallique, tel que de l'acier, ou en matériau composite de section transversale circulaire ou ovale. Le nombre de spires 6 de l'ensemble 5, le matériau le constituant et la section du fil des spires de cet ensemble sont des paramètres permettant d'attribuer à l'ensemble de spires 5 une raideur déterminée k5. La tige à partir de laquelle est formé l'ensemble de spires 5 est creuse sur toute sa longueur, c'est-à-dire qu'elle se présente sous la forme d'un fourreau ou tube de sorte que les spires de l'ensemble 5 sont creuses d'une extrémité à l'autre de cet ensemble. L'agencement de spires de ressort comprend également au moins deux autres ensembles de spires hélicoïdales 7, 8 qui sont logés dans les spires enveloppantes 6 de l'ensemble 5 concentriquement à et tout le long de celles-ci. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 2 et 3, le deuxième ensemble de spires 7 est réalisé à partir d'une tige ou d'un fil métallique, tel que de l'acier, ou en matériau composite à section transversale pleine, circulaire ou ovale. Le nombre de spires 9, le matériau et la section transversale du fil du deuxième ensemble 7 sont des paramètres procurant à cet ensemble une rigidité k7 supérieure à la rigidité k5 de l'ensemble à spires d'enveloppe 5. Le deuxième ensemble de spires 7 est logé dans l'ensemble d'enveloppe 5 d'un bout à l'autre de ce dernier, c'est-à-dire que toutes les spires 9 l'ensemble de spires 7 sont disposées concentriquement dans les spires creuses de l'ensemble d'enveloppe 5. Le troisième ensemble de spires 8 est réalisé à partir d'une tige ou d'un fil métallique, tel que de l'acier, ou en matériau composite à section transversale circulaire ou ovale. La tige ou fil du troisième ensemble 8 est creux pour configurer l'ensemble 8 en un fourreau ou tube dans les spires 10 duquel est logée concentriquement une partie des spires 9 du deuxième ensemble de spires 7. Le nombre de spires 10, le matériau et la section du fil du troisième ensemble 8 sont des paramètres procurant à l'ensemble 8 une raideur k8 supérieure à la raideur k7 du deuxième ensemble de spires 7. Ainsi, est établie la relation suivante entre les différentes raideurs des ensembles de spires 5, 7 et 8 : k8 > k7 > k5. Le nombre de spires du troisième ensemble 8 est inférieur au nombre de spires du deuxième ensemble 7 et les spires creuses du troisième ensemble 8 enveloppent les spires correspondantes centrales du deuxième ensemble 7 de façon que le troisième ensemble 8 de plus courte longueur que le deuxième ensemble 7, soit disposé dans la partie centrale du deuxième ensemble 7. En outre, le nombre de spires 9 situées à une partie d'extrémité du deuxième ensemble 7 à l'extérieur du troisième ensemble 8 est égal au nombre de spires 9 faisant partie de l'extrémité opposée du deuxième ensemble 7 et à l'extérieur du troisième ensemble 8. Les spires du troisième ensemble 8 de plus forte raideur k8 sont logées sans jeu radial dans les spires d'enveloppe du premier ensemble 5 et les spires 9 du deuxième ensemble 7 sont logées sans jeu radial dans les spires creuses correspondantes du troisième ensemble 8. Du fait que la section des spires 9 du deuxième ensemble 7 est inférieure à la section des spires creuses du premier ensemble 5, il est possible de prévoir un matériau de remplissage de l'espace tubulaire entre les spires 6 du premier ensemble de spires d'enveloppe 5 et les spires 9 du deuxième ensemble 7. Un tel matériau de remplissage n'a aucune influence sur les raideurs respectives des ensembles 5, 7 et 8 et peut être réalisé en une matière plastique. L'agencement de spires de ressort selon le mode de réalisation décrit précédemment est ainsi configuré de façon qu'en utilisation les deux ensembles de spires 5, 7 de plus faibles raideurs se compresseront avant le troisième ensemble 8 de plus forte raideur, l'ensemble de spires d'enveloppe 5 ajoutant en fait sa faible raideur identique à tout l'ensemble, c'est-à-dire qu'il n'intervient pas directement sur la dynamique de compression des deux autres ensembles 7, 8. Dans l'application de l'agencement de spires de ressort de l'invention à une suspension d'une roue de véhicule, lorsque ce dernier se déplace à vide ou à faible charge, les raideurs k7 et k8 des deuxième et troisième ensembles 7, 8 sont telles que seul le deuxième ensemble 7 de plus faible raideur que le troisième ensemble 8 se comprimera et se détendra pour absorber les chocs dus aux irrégularités du sol. Lors du déplacement du véhicule très fortement chargé, le deuxième ensemble 7 sera comprimé en butée, c'est-à-dire que ses spires 9 seront jointives et le troisième ensemble 8 se comprimera et se détendra pour absorber les chocs dus aux irrégularités du sol. Autrement dit, le troisième ensemble 8 de plus forte raideur n'intervient que dans des situations d'utilisation extrêmes du véhicule. L'invention a été décrite dans le cadre de l'utilisation de deux ensembles de spires ressort de compression logés en série dans les spires creuses d'un ensemble de spires d'enveloppe, mais il est bien entendu qu'il est possible de prévoir un plus grand nombre d'ensembles en série logés dans l'ensemble d'enveloppe. Les ensembles de spires de l'agencement décrit précédemment définissent de préférence des ressorts hélicoïdaux cylindriques. Par un choix judicieux de la raideur de chacun des ensembles de spires logés dans l'ensemble de spires d'enveloppe, il est possible de paramétrer la dynamique de compression de l'enfoncement de l'agencement de spires de ressort, c'est-à-dire de déterminer les forces associées permettant de provoquer la compression ou l'étirement des ensembles de spires de raideurs différentes. Autrement dit, chaque ensemble de spires ayant sa propre raideur est choisi pour répondre de manière optimale aux conditions d'utilisation de l'agencement de spires de ressort à raideurs multiples. Dans l'exemple de l'application à une suspension de roue d'un véhicule, le deuxième ensemble 7 a une raideur choisie de façon à correspondre à la totalité des situations de compression de l'agencement de spires de ressort lorsque le véhicule se déplace à vide ou à faible charge et l'ensemble de spires de plus forte raideur interviendra alors comme réserve de sécurité pour un véhicule fortement chargé. Le fait de pouvoir disposer d'une raideur différente sur la longueur de l'agencement de spires de ressort permet d'utiliser une partie de cet agencement pour la situation de vie où le véhicule est vide puis d'utiliser la totalité de l'agencement de spires de ressort pour couvrir le cas de vie où le véhicule est chargé. Le deuxième ensemble de spires de l'agencement étant dédié à la situation de vie où le véhicule est vide permet de ne pas faire de compromis sur cette prestation. L'agencement de spires de ressort de l'invention peut être utilisé dans l'application à l'accostage d'une butée mécanique par une pièce fixée à cet agencement, selon laquelle l'ensemble de spires de plus faible raideur logé dans l'ensemble de spires d'enveloppe répondra à la situation de vie courante correspondant à un travail normal de la pièce et l'ensemble de spires de plus forte raideur logé dans l'ensemble d'enveloppe sera mis à contribution pour encaisser une situation de vie extraordinaire où la pièce arrivera en butée trop rapidement pour divers circonstances et, par conséquent, récupérer l'énergie lors de l'arrivée de la pièce en butée. Ainsi, on ne dispose pas d'un agencement de spires de ressort trop dur, mais d'un agencement idéal pour les situations de travail normal, seule la totalité de la longueur de l'ensemble de spires de plus forte raideur étant utilisée dans des situations extrêmes. L'agencement de spires de ressort à raideurs multiples du premier mode de réalisation de l'invention est d'une structure simple et compacte. Selon l'agencement de spires de ressort à raideurs multiples du second mode de réalisation tel que représenté aux figures 4 et 5, on prévoit un empilement bout à bout d'un nombre déterminé d'ensembles non concentriques de spires de raideurs différentes, logés concentriquement dans un ensemble de spires creuses d'enveloppe de plus faible raideur que les autres ensembles de spires bout à bout. Dans l'exemple représenté, l'agencement comprend trois ensembles de spires empilés en série bout à bout et dont les spires ont le même diamètre et qui sont logés concentriquement à l'intérieur un premier ensemble de spires 5 de plus faible raideur k5. Ces trois ensembles de spires comprennent un deuxième ensemble 7 de raideur k7 et de longueur L7, un troisième ensemble 8 de raideur k8 prolongeant le deuxième ensemble 7 et de longueur L8, et un quatrième ensemble 11 de même raideur que le deuxième ensemble 7, prolongeant le troisième ensemble et de longueur L11. Comme pour le premier mode de réalisation, les raideurs k5, k7 et k8 des quatre ensembles de spires satisfont la relation : k8 > k7 > k5 De manière non limitative, le nombre de spires des deuxième et quatrième ensembles 7 et 11 situés de part et d'autre du troisième ensemble central 8 est le même. La raideur de chacun des ensembles 5, 7, 8 et 11 est obtenue à partir notamment du matériau constituant les spires de chaque ensemble. Ainsi, le premier ensemble de spires 5 est réalisé en un matériau différent des deuxième et quatrième ensembles de spires 7, 11 en un même matériau tandis que le matériau constituant le troisième ensemble de spires 8 diffère de ceux des autres ensembles de spires. On réalise ainsi par les deuxième 7, troisième 8 et quatrième 11 ensembles un seul ressort bi-matière logé à l'intérieur des spires du premier ensemble 5. Mais il est possible également de réaliser les deuxième, troisième et quatrième ensembles de spires 7, 8, 11 en trois matières différentes dès lors que les deuxième et quatrième ensembles 7, 11 aient la même raideur. Bien entendu, l'agencement de spires de ressort peut comporter uniquement deux ensembles de spires, un deuxième ensemble de spires 7 de raideur k7 et un troisième ensemble de spires 8 de raideur k8 (k8 étant supérieur à k7), les deux ensembles 7, 8 étant logés bout à bout en série à l'intérieur des spires creuses d'enveloppe du premier ensemble de spires 5 de plus faibles raideur. Selon ce second mode de réalisation, les spires des deuxième, troisième et le cas échéant quatrième ensemble de spires 7, 8, 11 sont à section transversale pleine. En outre, les ensembles de spires 5, 7, 8 logés bout à bout ayant un diamètre de fil de spire inférieur au diamètre interne du fil creux de spires de l'ensemble de spires d'enveloppe, ces ensembles peuvent être logés concentriquement dans les spires creuses par un matériau de remplissage, par exemple en élastomère, comme dans le premier mode de réalisation. Le procédé de fabrication de l'agencement de spires de ressort de ce second mode de réalisation est plus simple car il suffit de glisser en respectant leur alternance les ensembles spires 7, 8, 11 dans les spires creuses de l'ensemble de spires d'enveloppe 5. En variante, l'agencement de spires de ressort peut être tout simplement réalisé par moulage. Les ensembles de spires 5, 7, 8, 11 du second mode de réalisation définissant de préférence des ressorts hélicoïdaux cylindriques et le matériau constituant les spires de ces ensembles peut être métallique et/ou en un matériau composite. Le fonctionnement de l'agencement de spires de ressort du second mode de réalisation est le même que celui du premier mode de réalisation et procure les mêmes effets aussi bien dans l'application à un ressort d'une suspension de véhicule que dans l'application à l'accostage d'une butée mécanique décrites précédemment. L'agencement de spires de ressort de l'invention procure une distribution ou répartition judicieuse notamment de matériaux des différents ensembles de spires et par conséquent de raideurs différentes sur toute la longueur du ressort que forme cet agencement tout en étant d'une structure simple et compacte. Cet agencement a été décrit particulièrement dans son utilisation en tant que ressort de compression, mais il peut également être utilisé comme ressort de traction à raideurs multiples. REVENDICATIONS1. Agencement de spires de ressort hélicoïdal à raideurs multiples, caractérisé en ce qu'il comprend un premier ensemble de spires (5) d'une première raideur déterminée (k5), s'étendant le long d'un axe (X) et au moins des deuxième et troisième ensembles de spires (7,8) ayant respectivement deux raideurs déterminées différentes (k7,k8), de même axe (X) que le premier ensemble, agencés à l'intérieur du premier ensemble de spires, les raideurs (k7,k8) des deuxième et troisième ensembles de spires (7,8) étant supérieures à la raideur (k5) du premier ensemble de spires (5) de façon que l'un (7) des deuxième et troisième ensembles de spires (7,8) de raideur (k7) inférieure à la raideur (k8) de l'autre ensemble de spires (8) puisse se comprimer ou s'étirer en premier. 2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de spires (7) de plus faible raideur (k7) des deuxième et troisième ensembles de spires (7,8) a un certain nombre de spires (9) compris concentriquement dans des spires (10) de l'ensemble de spires (8) de plus forte raideur (k8) et le long de ce dernier. 3. Agencement selon la revendication 2, caractérisé en ce que les spires (9) du deuxième ensemble de spires (7) de plus faible raideur (k7) sont comprises concentriquement dans les spires (10) du troisième ensemble de spires (8) de plus forte raideur (k8) et s'étendent à l'extérieur du troisième ensemble de spires de plus forte raideur (8) et de part et d'autre de ce dernier par un certain nombre de spires d'extrémités comprises concentriquement dans les spires (6) du premier ensemble de spires (5). 4. Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le nombre de spires d'extrémités du deuxième ensemble de spires de plus faible raideur (7) ets'étendant de part et d'autre du troisième ensemble de spires de plus forte raideur (8), est le même de sorte que le troisième ensemble de spires de plus forte raideur (8) est disposé en partie centrale du deuxième ensemble de spires de plus faible raideur (7) des deuxième et troisième ensembles de spires (7, 8). 5. Agencement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième ensemble de spires de plus faible raideur (7) des deuxième et troisième ensembles de spires (7, 8), est compris dans les spires (6) du premier ensemble de spires (5) d'une extrémité à l'autre de ce premier ensemble. 6. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les spires des premier (5) et troisième (8) ensembles de spires sont creuses. 7. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un quatrième ensemble de spires (11) de même raideur (k7) que le deuxième ensemble de spires (7), les deuxième et quatrième ensembles de spires (7, 11) étant compris dans le premier ensemble de spires (5), de part et d'autre du troisième ensemble de spires (8). 8. Agencement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deuxième, troisième et quatrième ensembles de spires è7, 8, 11) sont agencés en série et bout à bout dans le premier ensemble de spires (5). 9. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ensembles de spires (5, 7, 8, 11) définissent des ressorts hélicoïdaux cylindriques de compression. 10. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau constituant les spires (6,9,10) des ensembles de spire (5, 7, 8, 11) est métallique, tel que de l'acier, et/ou composite. 11. Suspension de véhicule, caractérisée en ce qu'elle comprend un agencement de spires de ressort hélicoïdal à raideurs multiples, tel que défini dansl'une quelconque des revendications 1 à 4, lequel agencement est monté entre la caisse (4) du véhicule et un support (3) d'une roue du véhicule de façon que le deuxième ensemble de spires de plus faible raideur (7) des deuxième et troisième ensembles de spires (7,8) se comprime et se détende lors des débattements de la roue du véhicule se déplaçant à vide ou faible charge et que l'autre (8) de plus forte raideur des deuxième et troisième ensembles de spires (7,8) se comprime et se détende à son tour lors des débattements de la roue du véhicule se déplaçant à forte charge, avec les spires (9) du ressort hélicoïdal de plus faible raideur (7) jointives.