Brevet FR2950002A1 — publié le 20110318

Ensemble de suspension d'un organe générateur de vibrations fixé à l'intérieur d'un essieu de train roulant de véhicule automobile [000l] L'invention concerne un ensemble de suspension d'un organe générateur de vibrations fixé à l'intérieur d'un essieu de train roulant de véhicule, notamment de véhicule automobile. [0002] Elle s'applique plus particulièrement, mais pas exclusivement, à un essieu de train arrière de véhicule automobile hybride supportant un groupe 10 motopropulseur comportant une machine électrique de traction. [0003] Le terme essieu est généralement utilisé pour définir une pièce de liaison transversale reliant les roues d'un véhicule. Cette pièce de liaison transversale est également appelée traverse. L'essieu est équipé de diverses pièces de liaison au sol habituellement présente dans un train roulant d'un 15 véhicule automobile : il supporte notamment des bras de suspension liant les roues au véhicule. L'essieu est relié à la caisse du véhicule de façon connue par des moyens de fixation telle que des articulations de type pivot. [0004] Dans la présente invention, l'essieu est agencé pour supporter, en plus des pièces de liaisons au sol évoquées ci-dessus, un organe moteur, 20 générateur de vibrations, lui-même monté suspendu à l'intérieur de l'essieu. [0005] L'organe moteur peut être un moteur thermique ou une machine électrique de traction et plus généralement tout organe générateur de vibrations, vibrations qui devront être filtrées pour empêcher leur propagation vers l'habitacle. Ces vibrations sont générées notamment par les acyclismes, bien connus dans 25 les moteurs thermiques, mais qui existent aussi dans les machines électriques développant des puissances importantes et, notamment dans les machines électriques utilisées pour la traction des véhicules. Ces vibrations, combinées à celles générées par les suspensions des roues, sont transmises à la caisse du véhicule et sont sources d'inconfort pour les occupants du véhicule. 30 [0006] On connaît notamment du document FR 2 837 754, une architecture de suspension d'un groupe motopropulseur dans une caisse de véhicule automobile. [0007] On se référera utilement à ce document pour comprendre la problématique des suspensions des moteurs et pour se familiariser avec le vocabulaire qui sera utilisé dans la présente description. [0008] Les deux principaux types d'architecture de suspension moteur sont : les suspensions dites « pendulées », utilisées notamment par le constructeur automobile PSA Peugeot Citroën ; et les suspensions dites « posées », utilisée notamment par le constructeur automobile Toyota. [0009] Le choix du type d'architecture de suspension est dicté notamment par le type d'organe moteur utilisé : les modes de suspension générés par l'organe moteur et les efforts dus au poids de l'organe moteur et à son couple, ainsi qu'à l'implantation souhaitée de l'organe moteur dans le véhicule. [oo10] Dans le cas d'une machine électrique, l'architecture dite pendulaire, est difficile à implanter et sans intérêt du fait que la machine électrique ne génère pas d'effet dit de « pilon » comme c'est le cas avec un moteur thermique standard. [0011] L'architecture dite posée, implique la conception de pièces qui doivent supporter les efforts, dus au poids de la machine, ainsi qu'à son couple, suivant une seule et même direction suivant l'axe Z, en considérant le référentiel tridimensionnel X Y Z illustré à la figure 1. [0012] Ce référentiel sera utilisé dans toute la description qui suit pour décrire 20 dans l'espace, l'essieu et les éléments porteurs de la machine électrique selon l'invention, avec pour convention : l'axe X, orienté de l'avant vers l'arrière du véhicule 1 ; l'axe Y, orienté du côté gauche du véhicule 1 vers la droite du véhicule 1 (en regardant le véhicule de face, face à l'avant du véhicule 1) ; et 25- l'axe Z, orienté de bas en haut. [0013] Cette architecture implique que les six modes de suspension, énumérés dans le document FR 2 837 754, sont couplés entre eux et sont difficilement « paramétrables ». [0014] Aucune de ces deux architectures n'est satisfaisante pour répondre à 30 la double contrainte liée à l'implantation d'une machine électrique au coeur d'un train roulant lui-même suspendu. [0015] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant une architecture nouvelle dite « en diagonale » permettant de gérer les modes propres à la suspension du train ainsi que les modes propres à la suspension de la machine électrique et ce, de manière découplée. [0016] Elle a donc pour objet un ensemble de suspension d'un organe générateur de vibrations fixé à l'intérieur d'un essieu de train roulant de véhicule, notamment de véhicule automobile, ledit organe étant fixé à l'essieu par au moins un premier, un deuxième et un troisième élément de fixation antivibratoire, les trois éléments de fixation antivibratoire n'appartenant pas au même plan horizontal XY, lesdits éléments assurant une suspension isostatique de l'organe dans l'essieu, et dans lequel les premier et deuxième éléments de fixation sont disposés à distance l'un de l'autre et alignés sur une diagonale reliant le centre du premier élément de fixation et le centre du deuxième éléments de fixation en passant par le centre de gravité de l'organe ; le troisième élément de fixation, distant des premier et deuxième éléments de fixation, ne passant pas par cette diagonale ; le centre du troisième élément de fixation et le centre de gravité de l'organe passant par le même plan horizontal XY. [0017] Selon une caractéristique, la diagonale est sensiblement centrée sur l'axe Y passant par le centre de gravité de l'organe pour équilibrer les efforts dans 20 les éléments de fixation antivibratoire. [0018] Selon une autre caractéristique, les premier et deuxième éléments de fixation antivibratoire sont placés sur l'une des parties terminales de l'organe générateur de vibrations selon la direction générale X, et le troisième élément de fixation antivibratoire est placé sur l'autre partie terminale selon la même direction 25 générale X. [0019] Dans un mode de réalisation, l'essieu comporte un ensemble d'éléments tubulaires définissant une cage de forme générale parallélépipédique pour l'organe générateur de vibrations ; les éléments de fixation antivibratoire fixant respectivement, de manière souple, l'organe générateur de vibrations sur 30 certains éléments tubulaires, appelés éléments tubulaires porteur. [0020] Selon une caractéristique de ce mode de réalisation, chaque élément de fixation antivibratoire comporte un bras dont une première extrémité est fixée sur l'organe générateur de vibrations et dont la deuxième extrémité est munie d'un perçage apte à recevoir une articulation de type pivot. [0021] Selon une autre caractéristique, ladite articulation comporte une chape fixement solidaire de l'élément tubulaire porteur ; l'axe de la chape coopérant avec le perçage de la deuxième extrémité du bras par l'intermédiaire d'un matériau filtrant de type élastomère logé dans ledit perçage. [0022] Selon une autre caractéristique, la première extrémité du bras du troisième élément antivibratoire définit une plaque de fixation s'étendant suivant l'axe X et dans lequel la deuxième extrémité s'étend perpendiculairement à la plaque selon l'axe Y ; l'axe du perçage s'étendant selon la l'axe X. [0023] Selon une autre caractéristique, la plaque se prolonge selon l'axe X, en saillie de la machine électrique, pour définir un palier disposé en regard de la sortie de la machine électrique ; ledit palier étant apte à recevoir à rotation un arbre de sortie de la machine électrique. [0024] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : • la figure 1, déjà introduite, est un référentiel tridimensionnel utilisé pour la description dans l'espace de l'essieu et des éléments porteurs de la machine 20 électrique, selon l'invention ; • la figure 2 est une vue en perspective d'un train complet selon l'invention, représenté sans l'organe moteur ; • la figure 3 est une vue en perspective de l'essieu seul, selon l'invention ; • la figure 4 est une vue en perspective d'une machine électrique couplée à un 25 couplé à un boîtier intégrant un réducteur de vitesse et un différentiel ; • les figures 5 et 6 représentent des vues en perspective de l'essieu supportant la machine électrique de la figure 4, suivant respectivement l'axe X et l'axe Y ; • les figures 7 et 8 représentent des vues en perspective de la machine électrique de la figure 4 équipée de ses éléments de fixation, suivant 30 respectivement l'axe X et l'axe Y ; et • les figures 9 et 10 représentent respectivement un même exemple d'implantation selon des vues de face, suivant l'axe X, et de côté, suivant l'axe Y, de l'essieu selon l'invention équipé de la machine électrique. [0025] Sur les figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes 5 références numériques. [0026] Dans la suite de la description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne seront pas décrites en détail. [0027] La figure 2 représente un train 2, par exemple un train arrière de véhicule automobile. 10 [0028] Ce train 2 comporte de manière classique, un essieu 3, une barre antiroulis 4, des éléments de fixation des roues du véhicule 1 et autres éléments de liaison au sol non détaillés ici, regroupés sous la référence numérique 5 (les roues ne sont pas représentées sur cette figure) ainsi que les fixations 6 du train 2 sur la caisse du véhicule 1 15 [0029] La figure 3 représente l'essieu 3 seul. C'est un essieu de type mécano-soudé. Il est formé d'un assemblage 7 d'éléments tubulaires soudés entre eux, et de deux sous-ensembles 10 et 11, symétriques par rapport à l'axe longitudinal suivant X, formant plaques de fixation pour l'ensemble de suspension gauche 12 et droit 13 par l'intermédiaire de chapes 14 et 15, également soudées sur 20 l'assemblage d'éléments tubulaires 7. L'essieu 3 comporte également quatre excroissances de tôle formant cornes 101, 102, 111 et 112, disposées sensiblement aux quatre angles de l'essieu 3 et qui sont aptes à recevoir les dispositifs de fixation 6 de l'essieu 3 sur la caisse du véhicule 1. [0030] Cet essieu 3 assure à lui seul la fonction d'une traverse déformable 25 apte à absorber les efforts de torsion entre les roues. [0031] Dans l'exemple décrit, huit éléments tubulaires 71 à 78 - dont six 71-75 et 77 sont de section droite circulaire - sont assemblés entre eux de manière à constituer une carcasse de forme générale parallélépipédique, définissant un réceptacle ou cage, pour un ensemble ou organe moteur 8 et notamment une 30 machine électrique 81 et ses réducteur et différentiel associés tels qu'illustré à la figure 4. Le réducteur et le différentiel sont logés dans un même boîtier 82. [0032] Cet ensemble sera désigné par la suite, pour simplifier, par machine électrique 8. [0033] L'organe moteur est dans l'exemple décrit une machine électrique de traction d'environ 20 kW et d'un poids d'environ 60 kg. [0034] Les figures 5 et 6 représentent l'essieu 3 supportant la machine électrique 8 suivant deux angles de vue différents : la figure 5 est une vue suivant l'axe X et la figure 6 est une vue suivant l'axe Y. La machine électrique 8 est fixée à l'intérieur de l'essieu 3 et plus précisément à l'intérieur de la cage formée par les éléments tubulaires 71 à 78. La machine électrique 8 est fixée en étant suspendue mécaniquement à l'assemblage tubulaire 7 par trois éléments de fixation antivibratoire 9A, 9B et 9C de manière à définir un système de suspension isostatique. [0035] Ces trois éléments de fixation 9A, 9B et 9C sont implantés précisément pour répondre à la double contrainte évoquée dans le préambule de la présente description, à savoir, optimiser le positionnement de la machine électrique 8 à l'intérieur de l'essieu 3 pour satisfaire, à la fois, l'isostatisme de la suspension et les deux niveaux de filtration suivants : - filtration des vibrations générés par les roues et remontant de l'essieu 3 vers la caisse du véhicule 1, et - filtration des vibrations de la machine électrique 8, suspendue à l'intérieur de l'essieu 3. [0036] Parmi ces trois éléments de fixation 9A, 9B et 9C, on distingue deux éléments de fixation 9A et 9B qui, en considérant la figure 9, sont à droite de la figure. [0037] Le troisième élément de fixation 9C est à gauche sur la figure 9. Les trois éléments de fixations 9A, 9B et 9C ne se trouvent pas dans le même plan horizontal XY. [0038] On a représenté sur les figures 7 et 8, la machine électrique 8 seule équipée uniquement des éléments de fixation 9A, 9B et 9C selon sensiblement les 30 mêmes angles de vue que ceux des figures 5 et 6. [0039] Les premier et deuxième éléments de fixation 9A, 9B se présentent sous la forme de pattes ou bras de fixation. Une première extrémité 91 du bras est fixée sur la machine électrique 8, ou plus exactement sur la face externe, ou face terminale 822, du boîtier réducteur-différentiel 82, qui prolonge, suivant l'axe Y, la machine électrique 81. Le bras 9A, 9B est fixé sur la face externe 822 par au moins deux vis de fixation. La deuxième extrémité 92 du bras 9A, 9B est fixée sur un des éléments tubulaires, appelé élément tubulaire porteur, par des articulations de type pivot, comportant un matériau filtrant les vibrations 94, 95, de type élastomère (figures 9 et 10). [0040] Plus précisément, la deuxième extrémité 92 du bras 9A, 9B est munie d'un perçage 93 apte à recevoir le matériau élastomère 94, 95 et l'axe d'une chape 731, 751. La chape 751 est fixée solidairement à l'un des éléments tubulaires porteur 73, 75. [0041] Les éléments de fixation 9A, 9B définissent ainsi des éléments de 15 fixation antivibratoire aptes à filtrer les modes de suspension. [0042] Ces deux éléments de fixation 9A et 9B assurent principalement à eux seuls le maintien de la machine électrique 8 dans l'essieu 3. [0043] En référence aux figures 9 et 10, qui représentent respectivement l'implantation des trois éléments de fixation 9A, 9B, 9C sur l'essieu 3, suivant deux 20 angles de vue différents, on constate que les éléments de fixation 9A et 9B sont alignés suivant un segment de droite appelé diagonale D. Cette diagonale D part d'un point A correspondant au centre de l'élément de fixation antivibratoire 94 disposé à la deuxième extrémité 92 du bras 9A. Elle arrive en un point B correspondant au centre de l'élément de fixation antivibratoire 95 disposé à la 25 deuxième extrémité 92 du bras 9B. [0044] Pour répartir de façon optimale les efforts sur les éléments de fixation 9A, 9B, cette diagonale D passe par le centre de gravité CdG de la machine électrique 8 (la machine électrique 81 et le boîtier réducteur-différentiel 82 dans l'exemple décrit). La longueur du segment AB, donc de la diagonale D, doit être 30 suffisante pour limiter les efforts au niveau des pièces de liaison : éléments de fixation 9A, 9B, élément de fixation antivibratoire 94, 95, articulations, etc., ceci afin de permettre la conception et la fabrication de pièces peu coûteuses, simples et devant résister à peu d'effort ; l'effort dépendant du couple développé par la machine électrique 8. A titre d'exemple, la longueur du segment AB est d'environ 500 mm pour une machine électrique de 20 kW développant un couple maximum de 200 N/m. [0045] La diagonale D « reprend en Z » le poids de la machine électrique 8. Cet effort, dont la direction est suivant l'axe Z, se répartit sur les deux éléments de fixation 9A et 9B. [0046] Avantageusement, les axes des éléments de fixation 9A et 9B, passant respectivement par les points A et B, sont orientés orthogonalement au plan XZ. [0047] Avantageusement, la filtration apportée par les matériaux élastomère 94 et 95 qui sont logés dans les éléments de fixation 9A et 9B, suit la direction du couple de la machine. La direction du couple de la machine est représentée, sur la figure 10, par deux flèches FA et FB, dont les origines partent respectivement des centres A et B des éléments de fixation 9A et 9B. Ces flèches FA et FB sont représentatives des forces de réaction du couple de la machine 8 sur les éléments de fixation 9A et 9B. Pour des raisons de dispersion dans les tolérances de fabrication, les axes des éléments de fixation 9A et 9B sont, dans la pratique, orientés « sensiblement » orthogonalement à la diagonale D. [0048] Le troisième élément de fixation 9C, ou de fixation gauche, est disposé 20 sur l'axe horizontal Y qui passe par le centre de gravité CdG de la machine électrique 8. [0049] Avec une telle disposition, l'élément de fixation 9C ne supporte pratiquement pas, ni le poids ni le couple de la machine électrique 8. On dit que l'élément de fixation 9C ne voit pas le couple de la machine électrique. 25 [0050] Avantageusement, l'axe de l'élément de fixation 9C est orienté suivant l'axe X de telle sorte que la filtration apportée par cet élément soit effective suivant la direction du couple, ceci afin d'économiser un joint habituellement utilisé pour atténuer les effets du type « shudder » : effets qui se retrouvent sur tous les trains arrière de véhicules automobiles et qui se traduisent, en roulage, par une 30 oscillation du train arrière suivant l'axe Y du véhicule. [0051] On profitera donc naturellement de ce troisième élément de fixation 9C pour fixer également l'arbre de sortie de la machine électrique 8 (correspondant à la sortie du différentiel), symbolisé sur les figures 7 et 8 par son axe YY', comme décrit ci-après. [0052] L'élément de fixation 9C se distingue par sa forme et son implantation des deux autres éléments de fixation 9A et 9B décrits ci-dessus. En reprenant le terme de bras utilisé pour définir les éléments de fixation antivibratoire 9A et 9B, la première extrémité du bras 9C se présente sous la forme d'une plaque s'étendant suivant l'axe X et dont la base 91 est fixée par trois vis de fixation sur la face latérale externe, ou face terminale 811, de la machine électrique 8. La deuxième extrémité du bras 9C comporte une extension 92 s'étendant perpendiculairement à la base 91 vers l'extérieur de la machine électrique 8 suivant la direction Y. Cette extension est munie d'un perçage 93 apte à recevoir une articulation de type pivot comportant un matériau 96 filtrant les vibrations, de type élastomère, et l'axe d'une chape 751. La chape 751 est fixée solidairement à l'élément tubulaire porteur 75. [0053] L'élément de fixation 9C et les éléments de fixations 9A, 9B définissent ainsi des éléments de fixation antivibratoire participant tous au filtrage des modes de suspension. [0054] La base 91 de l'élément de fixation 9C se prolonge suivant l'axe X, en saillie de la machine électrique 8 pour présenter un autre perçage 90 venant en regard de la sortie de la machine électrique 8 (correspondant à la sortie du boîtier réducteur-différentiel 82) et définir ainsi un palier pour l'arbre de sortie YY'. [0055] Ainsi, c'est le même élément de fixation 9C qui participe à la suspension isostatique de la machine électrique 8 et au maintien de l'arbre de sortie YY'. [0056] L"implantation qui vient d'être écrite est particulièrement adaptée pour pouvoir gérer les modes de suspension de la machine électrique dans un train ayant lui-même ses propres modes de suspension. [0057] En imposant des raideurs déterminées en Z et en X pour les deux éléments de fixation 9A et 9B, appartenant à la même diagonale D, ainsi qu'une raideur déterminée pour le troisième élément de fixation 9C, aligné avec le centre de gravite CdG, il est relativement simple de définir un schéma modal prenant en compte les six modes de suspension d'un organe moteur dans un contexte d'un train roulant de véhicule automobile. [0058] D'autres modes de réalisation sont possibles. On peut, par exemple, intervertir le positionnement droit gauche des éléments de fixations. [0059] Comme déjà décrit ci-dessus, l'ensemble de suspension selon l'invention peut également être utilisé pour fixer un moteur à combustion thermique ou tout organe générateur de vibrations que l'on cherchera à filtrer. [0060] Il peut également s'appliquer à un train avant du véhicule. REVENDICATIONS1. Ensemble de suspension d'un organe générateur de vibrations (8) fixé à l'intérieur d'un essieu (3) de train roulant (2) de véhicule (1), notamment de véhicule automobile, ledit organe (8) étant fixé à l'essieu (3) par au moins un premier (9A), un deuxième (9B) et un troisième (9C) éléments de fixation antivibratoire, les trois élément de fixation (9A, 9B, 9C) n'appartenant pas au même plan horizontal XY, lesdits éléments de fixation (9A, 9B, 9C) assurant une suspension isostatique de l'organe (8) dans l'essieu (3), et dans lequel les premier et deuxième éléments de fixation (9A et 9B) sont disposés à distance l'un de l'autre et alignés sur une diagonale (D) reliant le centre (A) du premier élément de fixation (9A) et le centre (B) du deuxième éléments de fixation (9B) en passant par le centre de gravité (CdG) de l'organe (8) ; le troisième élément de fixation (9C), distant des premier et deuxième éléments de fixation (9A, 9B), ne passant pas par cette diagonale (D) ; le centre (C) du troisième élément de fixation (9C) et le centre de gravité (CdG) de l'organe (8) passant par le même plan horizontal XY. 2. Ensemble de suspension selon la revendication précédente, dans lequel la diagonale (D) est sensiblement centrée sur l'axe Y passant par le centre de gravité (CdG) pour équilibrer les efforts dans les éléments de fixation antivibratoire (9A, 9B, 9C). 3. Ensemble de suspension selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premier et deuxième éléments de fixation antivibratoire (9A, 9B) sont placés sur l'une (822) des parties terminales de l'organe générateur de vibrations (8) s'étendant selon la direction générale X, et le troisième élément de fixation antivibratoire (9C) est placé sur l'autre partie terminale (821) selon la même direction générale X. 4. Ensemble de suspension selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'essieu (3) comporte un ensemble (7) d'éléments tubulaires (71-78) définissant une cage de forme générale parallélépipédique pour l'organe générateur de vibrations (8), les éléments de fixation antivibratoire (9A, 9B, 9C) fixant respectivement, de manière souple, l'organe générateur de vibrations (8). sur certains éléments tubulaires, appelés éléments tubulaires porteur (73, 72, 75). 5. Ensemble de suspension selon la revendication précédente, dans lequel chaque élément de fixation antivibratoire (9A, 9B, 9C) comporte un bras dont une première extrémité (91) est fixée sur l'organe générateur de vibrations (8) et dont la deuxième extrémité (92) est munie d'un perçage (93) apte à recevoir une articulation de type pivot. 6. Ensemble de suspension selon la revendication précédente dans lequel ladite articulation comporte une chape (731, 721, 751) fixement solidaire de l'élément tubulaire porteur (73, 72, 75), l'axe de la chape (731, 721, 751) coopérant avec le perçage (93) de la deuxième extrémité (92) du bras (9A, 9B, 9C) par l'intermédiaire d'un matériau filtrant de type élastomère (94, 95, 96) logé dans ledit perçage (93). 7. Ensemble de suspension selon l'une de revendications 5 à 6, dans lequel la première extrémité (91) du bras du troisième élément antivibratoire (9C) définit une plaque de fixation s'étendant suivant l'axe X et dans lequel la deuxième extrémité (92) s'étend perpendiculairement à la plaque (91) selon l'axe Y ; l'axe du perçage (93) s'étendant selon la l'axe X. 8. Ensemble de suspension selon la revendication précédente, dans lequel la plaque (91) se prolonge selon l'axe X, en saillie de la machine électrique (8), pour définir un palier (90) disposé en regard de la sortie de la machine électrique (8) ; ledit palier (90) étant apte à recevoir à rotation un arbre de sortie (YY') de la machine électrique (8).