Brevet FR2949393A1 — publié le 20110304

DISPOSITIF DE SUSPENSION D'UN ENSEMBLE DE MOYENS D'ENTRAINEMENTS MOTORISES INTEGRE DANS UNE LIAISON AU SOL D'UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention se situe dans le domaine de la liaison au sol de véhicule automobile. De manière plus précise, la présente invention concerne un dispositif de suspension d'un ensemble de moyens d'entraînements motorisés intégrés dans une liaison au sol d'un véhicule automobile. Lorsqu'un véhicule automobile au roulage rencontre des irrégularités du sol, celles-ci provoquent des oscillations du véhicule et plus particulièrement de la caisse du véhicule. On distingue deux pics d'oscillations qui sont liées à deux résonances, une première résonance appelée rebond de roue, liée à la masse non suspendue, et une deuxième résonance appelée mode propre de caisse, et liée à la masse suspendue. Afin d'atténuer ces phénomènes de résonances, un amortisseur de suspension est couramment utilisé, reliant d'une part la caisse du véhicule et d'autre part une roue du véhicule. Dans le cas où un moteur électrique est incorporé directement dans le moyeu de la roue, la présence du moteur ainsi que ses accessoires, appelée également par le terme � GMP électrique � augmente la masse non suspendue, pénalisant ainsi l'utilisation du moteur-roue. En effet, les moteurs-roues actuellement présentées sont tous reliées rigidement au moyeu de la roue. Une telle architecture classique augmente donc la masse non suspendue, pénalisant ainsi, à travers le phénomène de rebond de roue, le confort du conducteur et l'adhérence du véhicule. Certains constructeurs automobiles, pour amortir l'amplitude des mouvements de la caisse du véhicule à des fréquences correspondant à la fréquence de battement de la roue, ont modifié légèrement l'architecture de la liaison au sol afin de minimiser la masse non suspendue. Enfin, une autre solution récente consiste à implanter dans une même roue un moteur électrique destiné à la traction de la roue et un deuxième moteur électrique destiné au pilotage actif du système de suspension afin de mieux contrôler les mouvements de débattements de la roue. Les principaux défauts et problèmes engendrés dans le cas d'une solution de moteur-roue solidaire du moyeu de roue sont les suivants : - une augmentation de la masse non suspendue, pénalisant le confort et l'adhérence du véhicule ; - un rapport de démultiplication de 1 :1, ce qui limite la plaque d'utilisation du moteur. Dans le cas d'un moteur électrique batteur suspendu à la roue, cette solution a pour principaux défauts, les défauts suivants : - un débattement de très faible amplitude car la liaison au sol du véhicule restait de conception standard ou très légèrement, - un encombrement longitudinal engendré par la transmission par cadran, - une mauvaise transmission du couple moteur avec un manchon flexible ; - du fait d'une implantation classique au sein de la liaison au sol ou très légèrement modifiée, la taille et la masse autorisée du moteur électrique batteur sont de ce fait très limitées. La présente invention vise donc à fournir un dispositif de suspension du moteur électrique qui permet de réduire au maximum la masse non suspendue tout en permettant une démultiplication entre le moteur électrique et la roue du véhicule. Le principe de l'invention est d'autoriser le moteur de se débattre dans un plan vertical, à la fréquence de battement de la roue qui correspond à une fréquence d'environ 15Hz. Le moteur et ses accessoires exercent la fonction d'un batteur dans la liaison au sol du véhicule pour lisser la résonance de battement de roue. De cette façon, l'aspect � masse non suspendue augmentée � qui pénalise l'utilisation du moteur-roue est ainsi transformé en avantage qualitatif dans le sens d'une augmentation des prestations de la suspension du véhicule. Ce principe permet également d'augmenter le confort de suspension en traitant directement le battement au niveau de la roue au lieu de le traiter au niveau du combiné ressort-amortisseur. De ce fait la suspension de la liaison au sol est soulagée de cette contrainte, autorisant ainsi un dimensionnement différent. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de suspension d'un ensemble de moyens d'entraînement motorisé intégré dans une liaison au sol d'un véhicule automobile, ladite liaison au sol comprenant un moyeu sur lequel est montée une roue, ledit moyeu étant fixé sur une jante. Selon l'invention, le dispositif de suspension comprend : - un support solidaire au moyeu, ledit ensemble étant monté dans ledit support, - des moyens de guidage pour guider en mouvement de translation rectiligne relative ledit ensemble par rapport au support de sorte que l'ensemble se déplace suivant une trajectoire rectiligne dans un plan vertical perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue (parallèle au débattement de la roue), - des moyens de transmission coulissants interposés entre le support et l'ensemble, - des organes de suspension, lesdits organes étant interposés entre le support et ledit ensemble de sorte que l'ensemble oscille avec les organes de suspension de manière à former une masse de batteur. De cette façon, l'ensemble de moyens d'entraînement motorisé qui constitue une masse relativement importante est découplé de la roue par l'intermédiaire du dispositif de suspension selon l'invention. Cet ensemble, nommé également le � GMP électrique �, est donc relié au moyeu de roue de manière élastique. Les caractéristiques de cette liaison élastique sont telles que le GMP électrique agit comme batteur pour lisser la résonance de battement de roue. Cette liaison élastique augmente également la tenue en endurance du moteur-roue qui ne subit plus de manière directe les mouvements de la roue, contrairement à la configuration conventionnelle dans laquelle le moteur est relié rigidement à la roue et pour laquelle il n'y a aucune filtration des vibrations. De préférence, ledit ensemble comprend un moteur électrique, un contrôleur du moteur, un dispositif de freinage d'appoint, un organe de transmission à rapport fixe interposés entre le moteur électrique et un dispositif de freinage. De la sorte, l'intégration de cet organe de transmission permet de s'affranchir la contrainte du rapport 1 :1 de transmission, permettant l'utilisation d'un moteur électrique dans une meilleure plage de fonctionnement. Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, le dispositif de freinage est monté sur deux glissières par l'intermédiaire d'une pièce de liaison coulissant le long des glissières. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif de freinage et le moteur électrique sont monté respectivement chacun sur une glissière par l'intermédiaire d'une pièce de liaison coulissant le long des glissières. De préférence, pour faciliter le déplacement le long des glissières, la pièce de liaison est pourvue de douilles à billes. Selon une forme de réalisation de l'invention, les organes de suspension comprennent un ressort monté sur une glissière, ledit ressort étant couplé en parallèle à un amortisseur. L'intégration de ce dispositif ressort-amortisseur entre le GMP électrique qui fait office de batteur et le support relié rigidement à la roue permet d'atténuer les phénomènes de rebond de roue. Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens de transmission sont composés de deux renvois d'angles montés entre deux arbres cannelées coulissants l'un dans l'autre, les extrémités des arbres étant fixées à une pièce de liaison formant saillie respectivement sur le dispositif de freinage et sur le support. L'intégration de ce dispositif de transmission autorise un déplacement relatif de plus ou moins grande amplitude entre le GMP électrique et le moyeu de roue. Selon une forme de réalisation de l'invention, la jante est configurée de sorte que le support 3 est entièrement intégré à l'intérieur de la jante. Cette configuration permet de diminuer l'encombrement. En outre l'ensemble des éléments utiles à la suspension ainsi que le GMP électrique se trouvent intégrés à l'intérieur même du volume interne à la roue, permettant ainsi une mise en oeuvre très simple, en fixant cet ensemble sur le châssis du véhicule. 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 : - Figure 1 : une vue en perspective du dispositif de suspension d'un ensemble de moyens d'entraînement motorisés selon un mode de réalisation de l'invention ; - Figure 2 : une vue de face du dispositif de la figure 1 ; - Figure 3 : une vue de face d'une configuration particulière de l'intégration de l'ensemble de moyens d'entraînement motorisés par rapport à la roue dans laquelle le ressort et l'amortisseur sont visibles ; - Figure 4 : une vue schématique des moyens de transmission coulissant ; - Figure 5 : une vue en perspective du dispositif de suspension selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - Figure 6 : une vue en perspective du support du dispositif de suspension selon la figure 1 intégré entièrement dans une jante ; - Figure 7 : une vue en perspective d'un organe de transmission à rapport fixe. Aux différentes figures, on reconnaît un moyeu 2 de roue sur lequel est monté de manière connue une roue (non représentée). Cette roue est formée généralement d'une jante et d'un disque de roue. L'ensemble de ces pièces tourne autour d'un axe de rotation qui est l'axe de rotation de la roue. La figure 1 représente un dispositif de suspension selon un premier mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif relie élastiquement un ensemble de moyens d'entraînement motorisés 1 à la roue par l'intermédiaire d'un support 3. L'invention est illustrée dans une application à une roue motrice. Cet ensemble comporte ainsi un moteur électrique 4 dite de traction, un contrôleur de moteur 12, un dispositif de freinage 7. De manière connue, le dispositif de freinage est composé d'un étrier de frein et d'un disque de frein non visible sur la figure 1. Ce dispositif de freinage est disposé entre le moyeu 2 et le moteur électrique 4 dite de traction. Un tel moteur électrique peut être commandé pour appliquer un couple moteur, mais aussi un couple de freinage au moyeu 2, donc à la roue, en permettant ainsi de récupérer sous forme d'énergie électrique une partie de l'énergie cinétique du véhicule. Le support de roue 3 se présente ici sous la forme d'une cage partiellement ouverte comportant une paroi en un seul tenant. Cette paroi entoure partiellement le moteur et le dispositif de freinage qui sont disposés sensiblement dans le même plan, longitudinalement selon l'axe de rotation de la roue. Cette disposition permet d'augmenter la compacité et réduire l'encombrement axial. Le support est avantageusement dimensionné au plus près du volume de l'ensemble de moyens d'entraînement afin d'augmenter la compacité. Ce support est relié rigidement au moyeu 2 par des moyens de fixations. Ainsi dans le cas de l'utilisation du dispositif de suspension de l'invention, la masse non suspendue, qui par rapport à une masse non suspendue standard, est réduite à : - la roue et son pneumatique - le moyeu de roue 2 - le support du moyeu 3 - la moitié des organes qui assurent la transmission par renvoi d'angle 9. Pour assurer la fonction de suspension, le dispositif de suspension comporte des moyens de guidage 5 pour guider en mouvement de translation rectiligne relative l'ensemble de moyens d'entraînement par rapport au support 3 de sorte que l'ensemble se déplace suivant une trajectoire rectiligne dans un plan vertical perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue, sensiblement parallèle au débattement de la roue. La transmission entre le moteur et le moyeu est assuré par des moyens de transmission 9 coulissants interposés entre le support 3 et le GMP électrique 1. La figure 4 représente schématiquement une forme de ces moyens de transmission selon l'invention. Ils sont composés de deux renvois d'angles 901, 902 montés entre deux arbres cannelées 15 coulissants l'un dans l'autre au gré du débattement du batteur, donc du débattement de la roue. Cette solution de double renvoi d'angles et arbres cannelés telle que présentées dans le cadre de la présente invention permet de conférer une simplicité en terme de conception. Pour intégrer ces moyens de transmission dans le support, une extrémité des arbres est fixée à une pièce de liaison 21 formant saillie sur l'étrier de frein du dispositif de freinage 7 et l'extrémité opposée sur une pièce formant saillie sur le support 3. Les deux arbres coulissant sont disposés verticalement dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. La figure 2 illustre les moyens de guidage qui sont composés ici de deux glissières 5 disposées verticalement dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Les extrémités de ces glissières sont fixées sur la paroi du support 3. Dans ce mode de réalisation, pour augmenter la compacité de la structure, les glissières 5 sont regroupées du côté de l'étrier de frein, dans la partie du support qui est située dans la jante de la roue. L'étrier de frein est monté sur ces glissières par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 10 coulissant le long des deux glissières. Le moteur électrique 4 est solidaire de l'étrier de frein. De la sorte, l'ensemble coulisse le long des glissières. Avantageusement, cette pièce de liaison 10 est pourvue de douilles à billes 11 à l'interface entre la paroi des glissières et la pièce. Pour raison de clarté, les moyens de transmission 9 coulissants ne sont pas représentés sur la figure 2. Pour augmenter le confort de suspension, le dispositif de suspension selon l'invention comporte en outre des organes de suspension interposé entre le support 3 et le GMP électrique de sorte que l'ensemble oscille avec les organes de suspension de manière à former une masse de batteur. La figure 3 montre qu'un ressort de suspension 13 hélicoïdal est monté sur l'une des glissières. La suspension comprend en outre un amortisseur 14 permettant d'amortir les oscillations du ressort de suspension. Cet amortisseur est généralement de type hydraulique et il est monté sensiblement parallèlement au ressort de suspension 13. Pour raison de clarté, pour illustrer l'implantation du ressort et de l'amortisseur, la figure 3 les montre dans un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel une des deux glissières se trouve au droit de l'arrière du moteur électrique. Dans le cadre du premier mode de réalisation de l'invention, les deux glissières sont du côté du moyeu de roue 2 et de l'étrier de frein, toutefois le principe d'implantation des organes de suspensions 13, 14 ainsi que le principe de fonctionnement restent identiques. Dans le cadre de la présente invention, le battement de la roue est traité par le batteur coulissant sur les glissières. En outre, en ajustant convenablement les différents paramètres de la suspension, à savoir les raideurs des ressorts de suspension 13, les coefficients d'amortissement des amortisseurs, il est possible de lisser parfaitement le mode de battement de roue de 15 Hz. De préférence, un organe de transmission à rapport fixe est interposé entre le moteur électrique 4 et le dispositif de freinage, permettant ainsi au moteur électrique 4 de tourner à des vitesses plus appropriées à son bon fonctionnement. Généralement cet organe est un réducteur épicycloïdal qui présente un haut niveau d'intégration pour réduire l'encombrement axial de manière significative. La figure 7 illustre un tel réducteur 16. Il comporte un planétaire intérieur 20 dans le prolongement du rotor du moteur électrique qui constitue l'arbre d'entrée. Une couronne 19 est intégrée au moteur électrique et est fixe en rotation. Des supports de satellites 17 sont intégrés au moyeu du disque de frein et ils sont entraînés par les satellites 18 situés à l'intérieur de la couronne, forcés à rouler, entraînés par l'arbre d'entrée 20. La figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les deux glissières 501, 502 ne sont plus regroupées dans une même partie du support, elles sont disposées de part et d'autre de l'ensemble comprenant le dispositif de freinage et le moteur électrique. L'une des deux glissières est située du côté de l'étrier de frein 7 qui est pourvu d'une pièce de liaison 101 apte à coulisser le long de cette glissière. La deuxième glissière 502 est disposée du côté du moteur électrique 4 sur lequel est implanté la deuxième pièce de liaison 102 apte à coulisser le long de la deuxième glissière 502. Cette implantation permet une architecture de liaison au sol plus � standard �, mais présentait l'inconvénient d'alourdir le support et donc la masse non suspendue. En effet, pour permettre la fixation des deux glissières, le support 3 se présente sous la forme d'une cage entourant entièrement l'ensemble comprenant le dispositif de freinage 7 et le moteur électrique 4. Il comporte deux parois latérales 301, 302 et deux parois transversales 303, 304 qui définissent un volume limite délimité par la dimension de l'ensemble 7, 4. Les parois latérales 301, 302 comportent des zones en saillie 305, 306 permettant de fixer les extrémités des glissières 501, 502 verticalement. En dehors de l'implantation des glissières et de la forme du support 3, on retrouve sensiblement les mêmes organes par rapport au premier mode de réalisation de l'invention, notamment l'implantation du combiné ressort-amortisseur, les douilles à billes. Les figures 1 à 5 décrivent une forme d'intégration partielle du dispositif de suspension de l'invention. On entend par une intégration partielle, une intégration dans laquelle où seulement une partie du support 3 est intégré au moyeu de roue 2. On peut notamment voir sur la figure 3 que la partie comprenant le dispositif de freinage et le moteur électrique est implantée en dehors de la roue. La figure 6 représente une variante de l'implantation dans la liaison au sol dans laquelle la support 301 est entièrement intégré à l'intérieur de la jante de la roue, donc entièrement intégré dans le volume interne de la roue. Il en résulte que l'ensemble des éléments assurant la fonction ressort, la fonction amortissement, les glissières assurant le débattement requis, ainsi que le frein à disque avec son étrier et le moteur sont intégré dans un même volume. Cette forme d'agencement permet d'offrir à la fois un débattement suffisant tout en garantissant une grande compacité.15 REVENDICATIONS1. Dispositif de suspension d'un ensemble de moyens d'entraînement motorisé (1) intégré dans une liaison au sol d'un véhicule automobile, ladite liaison au sol comprenant un moyeu (2) sur lequel est montée une roue, ledit moyeu étant fixé sur une jante, caractérisé en ce que le dispositif de suspension comprend : - un support (3) solidaire au moyeu (2), ledit ensemble étant monté dans ledit support, - des moyens de guidage (5) pour guider en mouvement de translation rectiligne relative ledit ensemble (1) par rapport au support (3) de sorte que l'ensemble se déplace suivant une trajectoire rectiligne dans un plan vertical perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue (parallèle au débattement de la roue), des moyens de transmission (9) coulissants interposés entre le support (3) et l'ensemble (1), - des organes de suspension (13, 14), lesdits organes étant interposé entre le support (3) et ledit ensemble (1) de sorte que l'ensemble oscille avec les organes de suspension de manière à former une masse de batteur. 2. Dispositif de suspension selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble comprend un moteur électrique (4), un contrôleur du moteur (12), un dispositif de freinage d'appoint (7), un organe de transmission à rapport fixe (16) interposés entre le moteur électrique (4) et un dispositif de freinage (7). 3. Dispositif de suspension selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent au moins une glissière (5) dont les extrémités sont fixées sur le support (3). 4. Dispositif de suspension selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de freinage est monté sur deux glissières par l'intermédiaire d'une pièce de liaison (10) coulissant le long des glissières. 5. Dispositif de suspension selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de freinage (7) et le moteur électrique (4) sont montésrespectivement chacun sur une glissière (501, 502) par l'intermédiaire d'une pièce de liaison (10) coulissant le long des glissières. 6. Dispositif de suspension selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la pièce de liaison (10) est pourvue de douilles à billes (11). 7. Dispositif de suspension selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les organes de suspension comprennent un ressort (13) monté sur une glissière (5), ledit ressort étant couplé en parallèle à un amortisseur. 8. Dispositif de suspension selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de transmission sont composés de deux renvois d'angles (901, 902) montés entre deux arbres cannelées (15) coulissants l'un dans l'autre, les extrémités des arbres étant fixées à une pièce de liaison (21) formant saillie respectivement sur le dispositif de freinage (7) et sur le support (3). 9. Dispositif de suspension selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la jante est configurée de sorte que le support (3) est entièrement intégré à l'intérieur de la jante. 25