Brevet FR2990012A1 — publié le 20131101

SUSPENSION MECANIQUE POUR RELIER UN MOTEUR A UN CHASSIS D'UN VEHICULE AUTOMOBILE [0001] L'invention concerne une suspension mécanique pour relier un moteur à un châssis d'un véhicule automobile. L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant une telle suspension mécanique. [0002] De façon connue, un véhicule automobile comprend un moteur, apte à mouvoir ce véhicule et relié mécaniquement à un châssis de ce véhicule par l'intermédiaire d'une suspension mécanique. Cette suspension est adaptée pour limiter la propagation vers le châssis de vibrations mécaniques émises par le moteur au cours de son fonctionnement. [0003] La demande de brevet FR- 2 895 051 décrit une suspension active reliant mécaniquement un moteur à un châssis et comprenant : - un ressort ; - un amortisseur à fluide ; - un élément actif anti-vibrations en matériau piézo-électrique, apte à compenser des vibrations en réponse à un déplacement du moteur et/ou du châssis. [0004] Cependant, une telle suspension ne découple pas complètement le moteur du châssis lorsque l'élément actif n'est pas alimenté en énergie. De plus, cette suspension n'assure pas une protection du châssis en cas de choc violent provoqué, par exemple, par une déformation importante de la route sur laquelle circule le véhicule, comme une grosse bosse ou un gros trou. En effet, dans ce cas, le moteur se déplace jusqu'en butée contre le châssis et engendre une fatigue structurelle indésirable du châssis. [0005] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur une suspension mécanique pour relier un moteur à un châssis d'un véhicule automobile, cette suspension permettant un déplacement du moteur par rapport au châssis avec un degré de liberté, cette suspension comprenant : - des première et seconde extrémités, configurées pour être solidaires, respectivement, du moteur et du châssis du véhicule ; - un premier ressort, s'étendant entre les première et seconde extrémités ; - un système amortissant, ce système amortissant comportant un amortisseur et un second ressort ; dans lequel la suspension mécanique comprend en outre un actionneur apte : - à raccorder mécaniquement le système amortissant entre les premières et secondes extrémités et en parallèle du premier ressort, dès que l'amplitude du déplacement du moteur est supérieure à un seuil prédéterminé et, en alternance, - à découpler mécaniquement ce système amortissant du moteur et/ou du châssis, dès que l'amplitude du déplacement du moteur est inférieure au seuil prédéterminé. [0006] L'amortisseur permet d'atténuer le déplacement du moteur lorsque le véhicule subit un choc violent. Le raccordement sélectif du système amortissant, uniquement au-dessus d'un seuil prédéterminé, permet de maintenir l'efficacité du premier ressort en l'absence de choc violent. Ainsi, les efforts mécaniques subis par le moteur lors de tels chocs sont réduits, tout en maintenant un fonctionnement satisfaisant de la suspension. [0007] Les modes de réalisation de cette suspension mécanique peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le système amortissant est agencé pour se comporter comme un filtre passe-haut, avec une fréquence de coupure à -3dB inférieure à 40Hz, vis-à-vis de vibrations mécaniques se propageant, par la suspension mécanique, entre le châssis et le moteur ; - le système amortissant est apte à exercer sur le moteur, en réponse à un déplacement du moteur par rapport au châssis dont l'amplitude est supérieure au seuil prédéterminé, tant que le système amortissant est mécaniquement raccordé entre le moteur et le châssis, une force de contre-réaction F, égale, à ±5% près, à la quantité (K2*xd + C*(dxdidt)), où : - xd est l'amplitude du déplacement du moteur par rapport au châssis, - K2 est une raideur du second ressort, - C est une constante d'amortissement de l'amortisseur, et - dxd/dt est la vitesse de déplacement du moteur par rapport au châssis ; - le premier ressort présente une valeur de raideur K1 comprise entre 100N/mm et 300N/mm ; - la valeur d'une raideur K2 du second ressort est au moins quatre fois supérieure à la valeur d'une raideur K1 du premier ressort ; - l'amortisseur présente une constante d'amortissement C de valeur comprise entre 1N.s/m et 5N.s/m ; - l'actionneur comprend : - un premier piston, solidaire en permanence à l'une ou l'autre de la première ou seconde extrémité et, - un second piston, solidaire en permanence du système amortissant ; ces pistons étant déplaçables l'un par rapport à l'autre en réponse au franchissement du seuil prédéterminé entre : - une position débrayée, dans laquelle ces pistons séparent mécaniquement le système amortissant du moteur ou du châssis, et - une position embrayée, dans laquelle ces pistons raccordent mécaniquement le système amortissant d'un côté au moteur et, de l'autre, au châssis, - une position en butée qui raccorde de préférence aussi mécaniquement le système amortissant d'un côté au moteur et, de l'autre, au châssis. [0008] Ces modes de réalisation présentent en outre les avantages suivants : - l'actionneur comportant les deux pistons déplaçables est passif : il ne nécessite pas d'alimentation en énergie ni de système de contrôle, permettant ainsi une construction simplifiée. Dans une variante de l'invention, l'actionneur est uniquement actionné mécaniquement, sous l'effet du déplacement du moteur par rapport au châssis. [0009] Selon un autre aspect, l'invention porte sur un véhicule automobile comportant une suspension mécanique selon l'invention. [0010] Selon une variante, le véhicule automobile comporte : - un châssis ; - un moteur, apte à entraîner en déplacement le véhicule, et - la suspension mécanique reliant mécaniquement le moteur au châssis. [0011] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement 'de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule automobile comprenant une suspension mécanique ; - la figure 2 est une illustration schématique de la suspension mécanique de la figure 1 ; - les figures 3A et 3B sont des illustrations schématiques d'un actionneur de la suspension mécanique de la figure 2, respectivement, dans des positions débrayée et embrayée. [0012] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. [0013] Dans cette description, les caractéristiques et les fonctions bien connues de l'homme de métier ne sont pas décrites en détail. [0014] La figure 1 illustre un véhicule automobile 2 comprenant : - un châssis 4, - un moteur 6, apte à entraîner en déplacement le véhicule 2 et, - des suspensions mécaniques, reliant mécaniquement le moteur 6 au châssis 4. [0015] Le châssis 4 est une armature rigide, sous-tendant le véhicule 2 et à laquelle sont solidaires des roues du véhicule 2. [0016] Les suspensions mécaniques permettent un déplacement de ce moteur 6 par rapport au châssis 4, avec un degré de liberté, le long d'une direction de déplacement X sensiblement verticale. Ces suspensions mécaniques sont, par exemple, identiques. Pour simplifier, seule une suspension mécanique 8 est représentée sur la figure 1. [0017] La figure 2 illustre plus en détail la suspension 8. Cette suspension 8 comprend : - des première 10 et seconde 12 extrémités, fixées sans degré de liberté, respectivement, au moteur 6 et au châssis 4 du véhicule 2; - un premier ressort 14, présentant une raideur K1 et s'étendant entre les extrémités 10 et 12 le long de la direction X ; et - un système amortissant 16 ; - un actionneur 22. [0018] Le ressort 14 est adapté pour limiter la propagation de vibrations mécaniques, entre le châssis 4 et le moteur 6 du véhicule 2, par l'intermédiaire de la suspension 8. La raideur K1 du ressort 14 est, par exemple, inférieure à 500N/mm ou 400N/mm et, de préférence, inférieure ou égale à 300N/mm. Cette raideur K1 est, par exemple, supérieure à 50N/mm ou 75N/mm et, de préférence, supérieure ou égale à 100N/mm. Le ressort 14 est ici une cale élastique, réalisée dans un matériau élastique tel qu'un élastomère. [0019] Le système 16 comporte : - un amortisseur 18, présentant une constante d'amortissement C ; - un second ressort 20, présentant une raideur K2 [0020] Ici, le système 16 est agencé pour se comporter, vis-à-vis des vibrations mécaniques, comme un filtre passe-haut avec une fréquence de coupure à -3dB inférieure à 40Hz ou 30 Hz. [0021] A cet effet, l'amortisseur 18, le ressort 20 sont placés en série, parallèlement à la direction X. L'amortisseur 18 est apte à exercer une force proportionnelle à la vitesse d'un déplacement du moteur 6 et s'opposant à ce déplacement du moteur 6, en réponse à un tel déplacement. La constante d'amortissement C est, par exemple, inférieure à 10N.s/m ou 8N.s/m et, de préférence, comprise entre 1N.s/m et 5N.s/m. L'amortisseur 18 est ici un amortisseur hydraulique. [0022] Le ressort 20 est utile pour amortir le déplacement du moteur 6 lorsque la force exercée par l'amortisseur 18 devient très grande. La raideur K2 du ressort 20 est au moins trois fois, ou quatre fois supérieure à la raideur K1 du ressort 14. Le ressort 20 est, par exemple, un ressort hélicoïdal. [0023] Le système 16 est raccordé mécaniquement et, en alternance, découplé mécaniquement du moteur 6. [0024] A cet effet, un actionneur 22 est apte : - à raccorder mécaniquement le système 16 entre les extrémités 10 et 12 et en parallèle du ressort 14, dès qu'une amplitude xd du déplacement du moteur 6 par rapport au châssis 4 selon la direction X est supérieure à un seuil S1 prédéterminé et, en alternance, - à découpler mécaniquement ce système 16 du moteur 6 et/ou du châssis 4, dès que l'amplitude xd est inférieure au seuil Si. [0025] L'amplitude xd est, par exemple, mesurée le long de la direction X, par rapport à une position dite de repos du moteur 6, choisie lorsque le véhicule 2 ne fonctionne pas. [0026] Le seuil 51 est choisi en fonction de paramètres du ressort 14 et du système 16. Ce seuil 51 est, par exemple, compris entre 4mm et 7mm et, de préférence, entre 4,5mm et 5,5mm. [0027] Tant que le système 16 est raccordé mécaniquement entre le moteur 6 et le châssis 4, ce système 16 exerce sur le moteur 6 une force de contre-réaction F, en réponse à un déplacement d'amplitude xd supérieure au seuil 51. Cette force F est, avantageusement, égale, à ±5% près, à la quantité (K2*xd + C*(dxd/dt)), où dxd/dt est la vitesse de déplacement du moteur 6 par rapport au châssis 4, le long de la direction X. Cette force F est dirigée le long de la direction X, dans un sens opposé au déplacement du moteur 6 par rapport au châssis 4. [0028] Les figures 3A et 3B illustrent plus en détail un mode de réalisation possible de l'actionneur 22. L'actionneur 22 comprend avantageusement un premier 24 et un second 26 pistons logés dans une chambre cylindrique 28. Ici, les pistons 24 et 26 sont solidaires en permanence, respectivement, de l'extrémité 10 et du système amortissant 16. Ces pistons 24, 26 sont déplaçables, l'un par rapport à l'autre, avec un degré de liberté, le long d'un même axe de déplacement parallèle à la direction X, en fonction du déplacement du moteur 6 par rapport au châssis 4. Par exemple, ces pistons 24, 26 sont guidés mécaniquement par des parois de la chambre 28. [0029] Ces pistons 24, 26 sont notamment déplaçables entre : - une position débrayée (figure 3A), tant que l'amplitude xd est inférieure au seuil Si, et - une position embrayée (figure 3B), lorsque l'amplitude xd est supérieure ou égale au seuil Si. - une position en butée lorsque l'amplitude xd est supérieure ou égale au seuil 51 mais dans le sens opposé (car sinon le système ne fonctionnerait que lorsque la suspension est comprimée, c'est-à-dire quand les pistons sont en contact). Il est préférable qu'il existe une butée dans l'autre sens pour que le système fonctionne aussi dans ce cas-là. (deuxième position d'embrayage) [0030] Dans la position débrayée, les pistons 24, 26 séparent mécaniquement le système amortissant 16 de l'extrémité 10, et donc du moteur 6. Ainsi, en l'absence de contact mécanique entre le moteur 6 et le système 16, le système 16 n'exerce pas de force de contre-réaction sur le moteur 6. L'action du système 16 sur le moteur 6 et sur le châssis 4 est donc inhibée. [0031] Dans la position embrayée, les pistons 24, 26 relient mécaniquement le système amortissant 16 à l'extrémité 10, et donc au moteur 6. Le système 16 peut donc exercer une force de contre-réaction sur le moteur 6. [0032] Le seuil Si correspond ici à la plus grande distance, mesurée selon l'axe de déplacement, séparant les deux pistons 24, 26 lorsque le moteur est dans sa position de repos. [0033] Le fonctionnement de cette suspension va maintenant être décrit, en référence aux figures 2, 3A et 3B. [0034] Lorsque le véhicule 2 subit un choc violent, par exemple causé par une déformation importante d'une chaussée routière sur laquelle ce véhicule 2 circule, telle qu'un trou profond ou une bosse, le moteur 6 se déplace rapidement par rapport au châssis 4 avec une amplitude élevée. Si l'amplitude xd de ce déplacement est supérieure ou égale au seuil Si, l'actionneur 22 raccorde mécaniquement le système 16 entre le moteur 6 et le châssis 4, en réaction aux excitations mécaniques causées par ce choc violent. La contre-réaction exercée par le système 16, conjuguée à l'action du ressort 14, permet ainsi de limiter les vibrations tout en s'opposant au déplacement du moteur 6, de sorte à atténuer le risque que le moteur ne vienne en butée sur le châssis 4. [0035] En revanche, lorsque le véhicule 2 est en fonctionnement et qu'il ne subit que des chocs limités, le système 16 n'est pas activé. Le ressort 14 permet de limiter la propagation des vibrations mécaniques. [0036] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. [0037] Le ressort 20, l'amortisseur 18 et l'actionneur 22 peuvent avoir des positions relatives différentes au sein du système 16. Par exemple, en variante, l'actionneur 22 est placé de telle sorte que le piston 24 soit solidaire en permanence de l'extrémité 12 et donc du châssis 4. [0038] En variante, le ressort 14 est un ressort hélicoïdal. [0039] Le ressort 20 peut être remplacé par une cale élastique, réalisée dans un matériau élastique tel qu'un élastomère. [0040] D'autres modes de réalisation sont possibles pour l'actionneur 22. Par exemple, l'actionneur 22 comprend un capteur apte à mesurer l'amplitude xd et un moteur électrique apte à raccorder et, en alternance, à découpler le système 16 au moteur 6 et/ou au châssis 4. REVENDICATIONS1. Suspension mécanique (8) pour relier un moteur (6) à un châssis (4) d'un véhicule automobile (2), cette suspension permettant un déplacement du moteur par rapport au châssis avec un degré de liberté, cette suspension comprenant : -des première (10) et seconde (12) extrémités, configurées pour être solidaires, respectivement, du moteur et du châssis du véhicule ; -un premier ressort (14), s'étendant entre les première et seconde extrémités ; -un système amortissant (16), ce système amortissant comportant un amortisseur (18) et un second ressort (20) ; caractérisé en ce que la suspension mécanique comprend en outre un actionneur (22) apte : -à raccorder mécaniquement le système amortissant entre les première et seconde extrémités et en parallèle du premier ressort, dès que l'amplitude du déplacement du moteur est supérieure à un seuil prédéterminé et, en alternance, -à découpler mécaniquement ce système amortissant du moteur et/ou du châssis, dès que l'amplitude du déplacement du moteur est inférieure au seuil prédéterminé. 2. Suspension mécanique selon la revendication 1, dans laquelle le système amortissant est agencé pour se comporter comme un filtre passe-haut, avec une fréquence de coupure à -3dB inférieure à 40Hz, vis-à-vis de vibrations mécaniques se propageant, par la suspension mécanique, entre le châssis et le moteur. 3. Suspension mécanique selon les revendications 1 ou 2, dans laquelle le système amortissant est apte à exercer sur le moteur, en réponse à un déplacement du moteur par rapport au châssis dont l'amplitude est supérieure au seuil prédéterminé, tant que le système amortissant est mécaniquement raccordé entre le moteur et le châssis, une force de contre-réaction F, égale, à ±5% près, à la quantité (K2*xd + C*(dxd/dt)), où : -xd est l'amplitude du déplacement du moteur par rapport au châssis, -K2 est une raideur du second ressort, -C est une constante d'amortissement de l'amortisseur, et -dxd/dt est la vitesse de déplacement du moteur par rapport au châssis. 4. Suspension mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier ressort présente une valeur de raideur K1 comprise entre 100N/mm et 300N/mm. 5. Suspension mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la valeur d'une raideur K2 du second ressort est au moins quatre fois supérieure à la valeur d'une raideur K1 du premier ressort. 6. Suspension mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'amortisseur présente une constante d'amortissement C de valeur comprise entre 1N.s/m et 5N.s/m. 7. Suspension mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'actionneur (22) comprend : -un premier piston (24), solidaire en permanence à l'une ou l'autre de la première ou seconde extrémité et, -un second piston (26), solidaire en permanence du système amortissant ; ces pistons étant déplaçables l'un par rapport à l'autre en réponse au franchissement du seuil prédéterminé entre : -une position débrayée, dans laquelle ces pistons séparent mécaniquement le système amortissant du moteur ou du châssis, et -une position embrayée, dans laquelle ces pistons raccordent mécaniquement le système amortissant d'un côté au moteur et, de l'autre, au châssis, -une position en butée, qui raccorde de préférence aussi mécaniquement le système amortissant d'un côté au moteur et, de l'autre, au châssis. 8. Suspension mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'actionneur est uniquement actionné mécaniquement, sous l'effet du déplacement du moteur par rapport au châssis. 9. Véhicule automobile (2) caractérisé en ce qu'il comporte une suspension mécanique conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 25 10. Véhicule automobile (2) selon la revendication précédente, dans lequel le véhicule comporte : -un châssis (4) ; -un moteur (6), apte à entraîner en déplacement le véhicule, et 30 -la suspension mécanique (8) reliant mécaniquement le moteur au châssis.