Brevet FR3035938A1 — publié le 20161111

DISPOSITIF DE SUSPENSION POUR VEHICULE AUTOMOBILE, COMPRENANT DES RESSORTS EN MATERIAU COMPOSITE ET EN ALLIAGE A MEMOIRE DE FORME La présente invention concerne un dispositif à ressort de suspension pour un véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule automobile équipé de tels dispositifs à ressort de suspension. Les véhicules automobiles comportent généralement une suspension comprenant pour chaque roue un ressort qui est plus généralement hélicoïdal pour les véhicules de tourisme, et à lames pour les véhicules utilitaires. Le ressort prend appui d'un côté sur un élément de suspension lié au moyeu de roue, et de l'autre côté sur la caisse du véhicule pour la supporter. Les ressorts de suspension comportent une certaine flexibilité qui peut être variable en fonction de leur enfoncement, permettant d'assurer le confort ainsi que la tenue de route du véhicule. La flexibilité variable forme un compromis présentant au début une certaine souplesse pour les faibles charges et les débattements réduits de la suspension, assurant le confort, et ensuite une raideur plus élevée évitant un enfoncement trop important de la suspension pour les chocs brutaux ou les fortes charges. Toutefois le compromis concernant la flexibilité des ressorts de suspension est toujours difficile à assurer, avec un risque de ressorts fortement détendus et de véhicule trop haut quand il est faiblement chargé, ce qui pose des problèmes de tenue de route, d'inconfort et d'aérodynamisme, ou de ressorts fortement comprimés quand le véhicule est chargé, ce qui pose aussi des problèmes de tenue de route et l'inconfort, ainsi que de réduction de la garde au sol sous le véhicule. De plus une forte variation de hauteur de la caisse complique le chargement de ces véhicules. En particulier pour les véhicules utilitaires pouvant recevoir des charges élevées, on obtient une variation de hauteur de la caisse importante. 3035938 2 On notera que le dessin des véhicules comporte un aérodynamisme optimisé pour une certaine hauteur de la caisse, une surélévation par rapport à cette hauteur entraînant une dégradation de cette fonction qui augmente la consommation d'énergie ainsi que les rejets de gaz carbonique CO2. 5 Par ailleurs afin d'alléger la masse des ressorts de suspension et d'apporter un certain amortissement interne propre à ces ressorts, il est connu de réaliser des ressorts en matériau composite, qui peuvent être à lame ou hélicoïdale, comprenant des renforts comme des fibres de verre ou de carbone. 10 Un type de ressort hélicoïdal de suspension en matériau composite connu, présenté notamment par le document US-B2-7857294, comporte une fibre centrale hélicoïdale métallique ou plastique, constituant un support qui est entouré de fibres imprégnées de résine pour obtenir la section voulu du fil du ressort. L'ensemble est disposé dans un moule pour obtenir après 15 cuisson le ressort hélicoïdal. Toutefois ce type de ressort de suspension en matériau composite comporte une flexibilité définie qui ne peut pas être modifiée. La difficulté de calcul de la flexibilité reste similaire, comme pour les ressorts métalliques. La présente invention a notamment pour but de résoudre ces 20 problèmes de l'art antérieur. Elle propose à cet effet un dispositif à ressort de suspension pour véhicule automobile, comprenant un ressort en matériau composite prévu pour supporter la caisse du véhicule, remarquable en ce qu'il comporte un ressort en alliage à mémoire de forme agissant en parallèle du ressort en 25 matériau composite, ainsi qu'un système de chauffage de ce ressort à mémoire de forme. Un avantage de ce dispositif à ressort de suspension est que les alliages à mémoire de forme présentant une petite déformation plastique qui peut revenir à son état initial au-dessus d'une température critique, on peut 30 en réglant la température du ressort en alliage par le système de chauffage, 3035938 3 obtenir deux formes différentes donnant deux niveaux d'enfoncement de la suspension. On peut alors en ajustant la température choisir la forme du ressort qui remonte la caisse du véhicule lorsqu'il est chargé, ce qui limite le 5 déplacement vertical de cette caisse. Le dispositif à ressort de suspension selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. En particulier, le ressort en alliage à mémoire de forme peut être 10 entouré par le ressort en matériau composite. Selon un mode de réalisation, le ressort en alliage à mémoire de forme constitue une lame entourée des deux côtés par une lame en matériau composite. Selon un autre mode de réalisation, le ressort en alliage à mémoire de 15 forme constitue une fibre centrale formant l'âme d'un ressort hélicoïdal, entourée par le matériau composite. Avantageusement, le système de chauffage comporte une résistance électrique. Dans ce cas, le matériau en alliage à mémoire de forme peut être 20 avantageusement utilisé comme conducteur pour la résistance électrique. Avantageusement, le dispositif à ressort de suspension comporte une enceinte thermiquement isolante. En particulier, l'enceinte thermique peut constituer une gaine souple entourant le fil du ressort en matériau composite qui est hélicoïdal. 25 L'invention a aussi pour objet un procédé d'utilisation d'un dispositif à ressort de suspension comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, qui chauffe le ressort en alliage à mémoire de forme pour le mettre au-dessus de sa température critique en fonction de la charge du véhicule. 3035938 4 L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile disposant de ressorts de suspension faisant partie d'un dispositif à ressort comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et 5 avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'un ressort à lame en matériau composite selon l'art antérieur, présenté au repos ; 10 - la figure 2 est une vue de côté de ce ressort dans un état chargé ; - la figure 3 est une vue de côté d'un dispositif à ressort de suspension selon l'invention, comportant un ressort à lame en matériau composite ; - la figure 4 est une vue de détail de ce dispositif ; - la figure 5 est une vue de ce dispositif dans un état chargé ; 15 - la figure 6 est une vue de côté d'un autre dispositif à ressort de suspension selon l'invention, comportant un ressort hélicoïdal en matériau composite ; et - la figure 7 est une vue en coupe transversale du fil du ressort de ce dispositif. 20 La figure 1 présente un ressort à lame pour une suspension de véhicule, qui est au repos, comprenant une lame en matériau composite 2 allongée dans une direction longitudinale, recevant à chaque extrémité une ferrure de liaison avec la caisse du véhicule 4. La lame du ressort 2 comporte une partie centrale 8 présentant une 25 épaisseur constante relativement importante, formant sensiblement le tiers central du ressort, et de chaque côté de manière symétrique une partie latérale 6 qui s'affine progressivement, pour finir près de l'extrémité par une épaisseur constante nettement réduite. Chaque ferrure de liaison 4 comporte un anneau 10 disposé dans un 30 plan vertical, prévu pour recevoir un axe central lié à la caisse du véhicule, avec un amortisseur en caoutchouc intermédiaire absorbant les vibrations. 3035938 5 L'anneau 10 de chaque ferrure 4 comporte sur son contour extérieur deux bras parallèles disposés symétriquement par rapport à un rayon de cet anneau, recevant entre eux de manière ajustée l'extrémité de la lame du ressort. 5 La ferrure 4 peut ainsi transmettre des efforts verticaux à l'extrémité de la lame du ressort 2, tout en permettant un petit coulissement axial de cette extrémité dans les bras parallèles 12, causé par le fléchissement ou le redressement de la lame entraînant respectivement dans la direction longitudinale, un rapprochement ou un écartement de ces deux extrémités 10 entre elles. La figure 2 présente le ressort de suspension fortement chargé, les deux ferrures 4 recevant des forces verticales Fc représentant la charge de la caisse, qui est transmise par la lame de ressort 2 à l'essieu 12 fixé en-dessous de cette lame et au milieu, appliquant pas réaction une force Fe 15 équivalente à la somme des deux premières forces. Dans cet exemple le véhicule est fortement chargé, les forces appliquées par la caisse Fc entraînant une mise sensiblement à plat de la lame de ressort 2, ce qui occasionne un fort abaissement de cette caisse. Les figures 3 et 4 présentent un dispositif à ressort de suspension 20 comprenant une lame de ressort en matériau composite 20 contenant à l'intérieur centré dans son épaisseur, une lame métallique additionnelle en alliage à mémoire de forme « AMF » 22. Les extrémités de la lame en matériau composite 20 restent similaires à celles de la lame 2 présentée précédemment figure 1, ce qui permet de la fixer de la même manière aux 25 ferrures de liaison 4. Avantageusement la lame en alliage métallique 22 est entourée par des fibres imprégnées de résine, pour disposer ensuite l'ensemble dans un moule et assurer la cuisson de cette résine afin de former un assemblage comportant une bonne cohésion et une résistance élevée. 30 La lame en alliage métallique 22 forme un ressort additionnel disposé en parallèle du ressort constitué par la lame en matériau composite 20, leurs 3035938 6 deux flexibilités s'ajoutant sensiblement pour donner une flexibilité globale du ressort de suspension. Les alliages à mémoire de forme ont la capacité de garder en mémoire une forme initiale, et d'y retourner après une certaine déformation plastique 5 en fonction de la température. Ils ont ainsi deux positions stables autour d'une température critique. En particulier à basse température un alliage à mémoire de forme peut subir une déformation apparemment plastique de quelques pourcents, et récupérer ensuite intégralement sa forme initiale à une haute température 10 supérieure à la température critique, après un simple chauffage. De plus les alliages à mémoire de forme comportant des qualités élevées d'élasticité, présentent un phénomène d'hystérésis lors de leur déformation qui entraîne une dissipation d'énergie. Ils ont alors un certain effet amortissant qui est intéressant pour une suspension de véhicule 15 automobile. Les alliages à mémoire de forme peuvent en particulier être réalisés à partir d'un mélange de nickel et de titane NiTi, mais aussi des alliages à base de cuivre et d'aluminium, comme ceux contenant du zinc CuAlZn, ou du nickel CuNiAl. 20 Le dispositif à ressort de suspension comporte de plus une enceinte 24 entourant la lame en matériau composite 20, réalisant une certaine isolation thermique, et contenant un système de chauffage qui permet d'amener la température de ce ressort au-dessus de la température critique de l'alliage à mémoire de forme de la lame métallique 22, puis de revenir en dessous en 25 laissant refroidir. En particulier le système de chauffage peut comporter une résistance électrique alimentée par la batterie du véhicule, ce qui est simple à mettre en place. Pour la lame en alliage à mémoire de forme 22 du ressort de 30 suspension, on lui donne à la température ambiante une courbure à vide identique à celle de la lame en matériau composite 20. L'ensemble se 3035938 7 comporte comme un ressort à lame classique, en adaptant les caractéristiques fonctionnelles de la lame en matériau composite 20 afin de tenir compte de celles de la lame en alliage 22 qui s'y ajoutent. Par contre en chauffant le ressort de suspension au-dessus de la 5 température critique du matériau en alliage à mémoire de forme, on donne à la lame en alliage 22 une forme sensiblement plate présentée figure 5. On utilise alors dans cet exemple le ressort de suspension chauffé quand le véhicule est vide, qui est alors sensiblement plat comme présenté figure 5, ce qui abaisse la hauteur de caisse avec des forces réduites Fc, Fe 10 appliquées sur ce ressort. On arrête ensuite le chauffage quand le véhicule est suffisamment chargé, le ressort de suspension au repos prenant la courbure présentée figure 3, ce qui remonte ainsi la hauteur de caisse en compensant au moins en partie l'affaissement de ce ressort dû à la charge supplémentaire. 15 A l'inverse, en particulier suivant les temps d'utilisation du véhicule chargé ou déchargé, afin de réduire la consommation de courant électrique si son utilisation déchargée est principale, on peut prévoir un ressort en alliage 22 qui remonte le véhicule au-dessus de la température critique. On peut en ajustant les paramètres obtenir une hauteur de caisse 20 sensiblement constante qui améliore les performances aérodynamiques du véhicule, et réduit sa consommation. De plus la garde au sol du véhicule est plus stable, ce qui assure des meilleures qualités de franchissement en terrain accidenté. Par ailleurs la hauteur du véhicule étant plus constante, son accès à bord est facilité pour 25 tous types de personnes, en particulier les personnes qui se déplacent plus difficilement, et le chargement des objets est plus simple. On peut améliorer aussi le passage dans des accès présentant une hauteur limitée. Une autre utilisation du dispositif à ressort de suspension selon l'invention, est de prévoir dans certains cas une montée du véhicule afin 30 d'augmenter la garde au sol pour faciliter le franchissement de certains passages présentant un terrain accidenté, comme des chantiers. 3035938 8 On notera que l'enceinte isolante 24 entourant le ressort de suspension, constitue de plus une protection du matériau composite, qui est plus fragile que les métaux contre les agressions extérieures comme des projections de graviers ou des écoulements de liquide. 5 Les figures 6 et 7 présentent un ressort hélicoïdal de suspension 2, qui est inséré dans une enceinte isolante 24 comportant à l'intérieur un système de chauffage. La figure 6 présente une enceinte 24 couvrant globalement l'ensemble du ressort hélicoïdal 2. 10 En variante la figure 7 présente l'enceinte isolante formant une gaine souple 54 qui recouvre le fil du ressort, serrée sur le matériau composite 50, de manière à obtenir une enceinte plus compacte. Cette gaine 54 qui peut être en acier, doit alors être assez souple pour ne pas modifier sensiblement les caractéristiques de fonctionnement du ressort. 15 Le fil du ressort comporte une fibre centrale métallique formant une âme 52 réalisée dans un alliage à mémoire de forme « AMF », entourée par le matériau composite 50. En particulier on peut préparer d'abord la fibre centrale 52, puis enrouler dessus les fibres imprégnées de résine avec un certain angle pour réaliser 20 un tressage donnant de la résistance. Cet ensemble est ensuite enroulé sur un mandrin à gorge comportant le pas et le diamètre que l'on veut donner au ressort hélicoïdal en fonction de la position axiale, pour réaliser la mise en forme du ressort, puis il est polymérisé dans un four. Pour éviter une adhérence de la fibre centrale en alliage 52 avec le 25 matériau composite 50, on peut en particulier insérer une gaine fine autour de cette fibre centrale, venant entre les deux matériaux. Avantageusement la fibre centrale en alliage 52 peut être utilisée comme une résistance électrique effectuant son propre chauffage. Pour cela les extrémités de la fibre centrale en alliage 52 sortant du matériau 30 composite 50, sont reliées à une alimentation électrique pour pouvoir commander son chauffage. 3035938 9 On a alors comme pour le ressort de suspension à lame, la possibilité de prévoir une hauteur du ressort de suspension hélicoïdal plus grande ou plus petite, suivant que la température du matériau en alliage à mémoire de forme est en dessous ou au-dessus de sa température critique. On peut de 5 la même manière obtenir des réglages de la hauteur de la caisse du véhicule. Le dispositif à ressort de suspension peut s'appliquer sur tous types de véhicule, en particulier les véhicules utilitaires recevant des charges qui peuvent être élevées, ou des véhicules présentant une caisse très basse 10 comme des coupés ou des véhicules sportifs, afin d'assurer la garde au sol pour certains franchissements. REVENDICATIONS1 - Dispositif à ressort de suspension pour véhicule automobile, comprenant un ressort en matériau composite (20, 50) prévu pour supporter la caisse du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort en alliage à mémoire de forme (22, 52) agissant en parallèle du ressort en matériau composite (20), ainsi qu'un système de chauffage de ce ressort à mémoire de forme. 2 - Dispositif à ressort de suspension selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce que le ressort en alliage à mémoire de forme (22, 52) est entouré par le ressort en matériau composite (20). 3 - Dispositif à ressort de suspension selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ressort en alliage à mémoire de forme constitue une lame (22) entourée des deux côtés par une lame en matériau composite 15 (20). 4 - Dispositif à ressort de suspension selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ressort en alliage à mémoire de forme constitue une fibre centrale formant l'âme (52) d'un ressort hélicoïdal, entourée par le matériau composite. 20 5 - Dispositif à ressort de suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de chauffage comporte une résistance électrique. 6 - Dispositif à ressort de suspension selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau en alliage à mémoire de forme (52) est 25 utilisé comme conducteur pour la résistance électrique. 7 - Dispositif à ressort de suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte thermiquement isolante (24, 54). 8 - Dispositif à ressort de suspension selon la revendication 7, 30 caractérisé en ce que l'enceinte thermique constitue une gaine souple (54) entourant le -fil du ressort en matériau composite (50) qui est hélicoïdal. 3035938 11 9 - Procédé d'utilisation d'un dispositif à ressort de suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il chauffe le ressort en alliage à mémoire de forme (22, 52) pour le mettre au-dessus de sa température critique, en fonction de la charge du véhicule. 5 10 - Véhicule automobile disposant de ressorts de suspension, caractérisé en ce que ces ressorts font partie d'un dispositif à ressort réalisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.