Brevet FR3131947A1 — publié le 20230721

L’amortisseur à laminage variable est une invention dont le but est l’amélioration du comportement des suspensions ou amortisseurs à action rectiligne par laminage d’huile. Plus particulièrement les amortisseurs ayant une augmentation de pression interne stable durant leur compression. Le domaine d’application est la mécanique général, le transport en commun (ferroviaire, bus), l’automobile, le cycle et le motocycle, l’aéronautique. Particulièrement les amortisseurs et fourches à suspension. Amortisseur à laminage proportionnel La présente invention concerne les suspensions ou amortisseurs à action rectiligne, ils se trouvent sur les voitures, motos, vélos, avions, camions, trains et servent à améliorer la tenue de route, la sécurité et le confort. Plus particulièrement cela concerne les amortisseurs à laminage hydraulique comprenant une chambre de gaz sous pression dont la pression augmente lorsque l’amortisseur est comprimé. Il y a deux formes principales de fabrication des suspensions : -la fourche à suspension qui a les fonctions d’amortisseur et de maintien de la roue. -l’amortisseur dont je détaillerai le fonctionnement de manière sommaire. Les suspensions sont composées d’un ressort mécanique, métallique ou gazeux, et d’une partie hydraulique. La partie hydraulique sert à contrôler la vitesse d’enfoncement, et de retour de la suspension. L’enfoncement de la suspension est appelé phase de compression et son retour en position initial (retour en position détendue la plus longue) est appelé détente. Cette invention concerne la partie hydraulique et propose un laminage (régulateur de débit) évolutif selon la charge pour les suspensions hydrauliques. D’expérience pour le vélo tout terrain de descente il est préférable d’avoir une suspension libre, souple, réactive, sur environ, les 50 premiers pourcents du débattement. Ensuite, pour les chocs plus importants d’avoir une réponse plus ferme en fin de course. La souplesse en début de course permet à la roue de rester au plus près du profil du terrain en opposant une faible résistance en compression devant un obstacle. Cette souplesse permet aussi à la roue de revenir le plus vite possible en place pour l’obstacle suivant. Dans le cas d’un retour fortement freiné et lent la suspension se durcit en restant partiellement comprimé. Le raffermissement de fin de course permet d’amortir les gros chocs. Ce raffermissement évite aussi d’avoir à subir des changements de géométrie au freinage, et de devoir compenser ces changements, juste avant, ou pendant un virage. La fermeté ou la souplesse d’un amortisseur a une importance stratégique, sécuritaire. Actuellement les circuits hydrauliques de compression et de détente sont constitués principalement de deux systèmes. Premièrement un circuit simple avec un étranglement réglable, constitué d’une pointe qui obstrue plus ou moins le circuit d’huile de compression et de détente. Cela est appelé réglage de « compression basse vitesse » et réglage de « détente de début de course ». Ce réglage peut être commun à la compression et à la détente, ou être séparé pour la compression ou la détente. Deuxièmement un circuit obstrué par un étagement de rondelles fines qui se déforment plus ou moins selon la charge à gérer. Cet étagement est réglable en raideur selon le nombre de rondelles étagées. C’est donc un deuxième circuit parallèle qui peut être libéré selon un seuil réglable. En compression, elles libèrent plus ou moins un deuxième passage d’huile selon l’intensité du choc. En détente elles s’ouvrent plus ou moins selon l’enfoncement de l’amortisseur. On appel ce réglage « compression haute vitesse » pour la compression et « vitesse de fin de course » pour la détente. Ces deux réglages peuvent se trouver sur le piston principal de l’amortisseur, ou sur le flux qui va au réservoir de compensation de volume de tige sur un amortisseur (ce réservoir est un accumulateur à gaz). En vélo tout terrain j’ai remarqué ma tendance à utiliser deux réglages différents. Premièrement pour les pistes lisses composées de sauts, et deuxièmement pour les pistes de compétition de descente composées de racines de cailloux, ou il faut aller vite pour gagner : Compression et détente réglées lentes pour les parties aériennes composées de tremplins et de réception de sauts. C’est-à-dire un laminage hydraulique important qui contrôle fortement les vitesses d’enfoncement et de retour de la suspension. Cela permet de limiter ou d’effacer les mouvements parasites dans les courbes de type tremplin (identique pour un virage), ou les mouvements parasites en l’air dù à des mouvements brusques des roues revenant à leurs places. Elles peuvent imprimer en l’air par effet d’inertie des mouvements de rotation au vélo. Certains pilotes (Remy Thirion en coupe du monde à Leogang, Autriche, en 2017 sur le saut final) basculent vers l’avant à l’issue de saut très long effectué entre 60 et 80 km/h. Le fait de ralentir la vitesse de retour de suspension diminue, élimine ces risques. Compression et détente réglées très rapides pour les parties défoncées ou l’adhérence prime. Principalement pour la compétition de descente (comme le pilote vu précédemment). Pour ce type de réglage on peut toutefois agir sur le circuit de compression rapide pour appliquer une résistance hydraulique de seuil qui permet un changement de cap plus net en transmettant plus d’appui au sol. Les principaux réglages actuels sont : La dureté du ressort en métal qui reste linéaire. (sur un vtt, un ressort usuel : 400lbs*3pouce=544kg comprimé, soit 5330N de force) La compression d’un volume d’air pour rendre la suspension plus ferme en fin de débattement. Ce ressort a un potentiel très énergique de retour en position. La force de compression et de détente du ressort à air est dite progressive. L’étranglement, le laminage d’un déplacement d’huile. Celui-ci est divisé en deux pour le sens de fonctionnement : Pour l’enfoncement on parle de compression, et pour le retour en place on parle de détente. Ces deux phases sont-elles même divisées principalement en deux « débits ». Pour la compression, on parle de « compression lente » pour les chocs moyens et petits. On parle de « compression rapide » pour les gros chocs. Pour la détente on parle de « détente de début de course » et « détente de fin de course ». (tableau Page 13) La présente invention, concerne le troisième point, le laminage de l’huile. Pour celui-ci deux réglages antagonistes semblent efficaces selon ce que l’on recherche, l’adhérence et la vitesse ou la stabilité et la sécurité. De nos jours on ne peut pas avoir les deux sans toucher à des molettes, ou démonter la suspension. Dernièrement une grande marque, a commercialisé un système électronique qui influence le laminage selon le type de terrain. Le système que je propose à malgré cela des avantages : pas de batterie, une influence sur le laminage à grande échelle, pas de délai de réponse et enfin aucune intervention extérieure. Je propose un système qui récupère la pression générée dans le réservoir de gaz comprimé (accumulateur à gaz) suivant l’enfoncement de l’amortisseur ou de la fourche pour comprimer les étranglements de laminage qui gère les vitesses de compression et de détente. Le domaine de la suspension est un domaine qui demande beaucoup d’attention, de feeling et d’expérience. Le réservoir à gaz d’un amortisseur classique se comprime pour compenser le volume de la tige de piston, qui rentre dans le corps rempli d’huile de celui-ci. L’huile étant incompressible, on ne peut diminuer l’espace d’une quantité d’huile, la rentrée de la tige dans le corps de l’amortisseur implique un déplacement d’huile et en général la diminution d’un volume rempli par un gaz. page 9. Sur un amortisseur classique la pression dans ce réservoir augmente plus il est enfoncé. Mon système a pour avantage de rendre la puissance de laminage proportionnelle à l’enfoncement de l’amortisseur. En début de course la pression dans le réservoir de compensation de volume de tige, (réservoir C.V.T.) serait faible. Le début de course l’amortisseur aurait un laminage faible à moyen et pourrait respirer librement sous les chocs des racines par exemple. Plus le choc serait fort, plus la tige de l’amortisseur serait enfoncée, plus la pression dans le réservoir C.V.T. serait élevée. Si la pression est élevée mon système provoquerait plus de résistance en enfoncement. Pour la vitesse de retour, plus il sera enfoncé, plus la vitesse de retour serait ralentie pour augmenter progressivement jusqu’à la détente complète de l’amortisseur. (Le laminage et la résultante du ressort baisse de façon coordonnée) Les paramètres du laminage proportionnel sont à déterminer pour répondre aux exigences particulières des applications envisagées. Son principe reste novateur. : Un amortisseur classique : Dessin technique pré dimensionné pour essais d’un amortisseur à laminage variable. : Dessin technique du piston à laminage variable et détail des faces 9-10-12. : Amortisseur à laminage variable en position comprimé. : Amortisseur à laminage variable, synoptique d’exemple 2. : Tableau de calcul pour le dimensionnement de l’amortisseur. : Tableau comparatif des réglages d’amortisseurs classique et à laminage variable : amortisseur 100 : compression rapide moyenne, détente de fin de course forte amortisseur 110 : compression rapide forte, détente de fin de course trop forte amortisseur 120 : compression, détente variable à circuits séparés à réglages individuels amortisseur 130 : compression, détente variable à circuits séparés à réglages individuels et circuit de surpression en compression amortisseur 140 : à compression classique et détente à piston variable amortisseur 200 : un deuxième exemple de principe de fonctionnement de laminage proportionnel, voir synoptique . Je continue par l’exemple d’application de l’innovation et ses détails techniques : Sur les figures 2-4 , sont présentées une version pré dimensionnée de l’amortisseur à laminage proportionnel. Les paramètres d’obturation sont à adapter aux conditions d’utilisations. L’amortisseur comporte 5 chambres nommées P0, P1, P2, P3 et P4. ( -4) la chambre P0 et P1 sont remplis d’huile et communiquent entre elles. Entre la chambre P1 et P2 se trouve un piston flottant : le « piston étanche de compensation de volume de tige ». La chambre P2 est remplie exclusivement d’air ou de gaz neutre (azote). La pression de la chambre P2 est règlable, pour l’exemple de fonctionnement des figures 2-4, la chambre P3 est mise sous pression à 2 Bars relatifs. La chambre P3 communique avec la chambre P2, elle sont à la même pression grace au canal d’équilibrage de pression (voir ). La chambre P4 (ressort 8 fig-8) est étanche. Entre la chambre P3 et P4 se trouve le piston à laminage variable, . La pression de la chambre P4 doit être égale à la pression de la chambre P3 pour que le piston de laminage variable reste en equilibre. Pour déterminer l’équilibre du piston de laminage variable, il faut connaitre la contre pression exercée sur la surface (12) de diamètre 3mm du piston., elle est de nature fluctuante en compression (ordre de grandeur : de 2 à 75bars voir plus) et vient des chocs à absorber et du reservoir à gaz. La pression en détente (ici 4.7 bars) est plus stable car provoquée par le ressort de l’amortisseur et le reservoir à gaz. . Il apparait une grande différence de pression à gérer en compression et en détente, il en résulte la nécéssité de prendre cela en compte pour la conception du laminage variable. Si nous avons besoin de grande finesse de contrôle, la séparation du laminage en compression et détente semble être la solution, avec deux ensembles de laminage variables distincts en compression et détente. Fonctionnement : Une force est exercée sur la tige de l’amortisseur et vient comprimer celui-ci. La tige rentre dans le corp d’amortisseur. Le volume de tige rentré dans le corp est compensé par le rétrécissement de volume de la chambre P2 étanche. Selon les lois de la physique dans un contexte isotherm : Pa*Va=Pb*Vb La pression d’un gaz multiplié par son volume est une constante.(Voir tableau 6 ) Donc sous l’effet d’un choc le volume de la chambre P2 diminue et sa pression augmente. La pression exerce une force sur le piston de laminage variable du coté de la chambre P3 sur sa surface (10). Cette augmentation de pression provoque alors la compression de la chambre étanche P4. Cela fait avancer le piston de laminage variable et réduit donc le passage d’huile de compensation de volume de tige. Un peut comme un baromètre anime une aiguille. Le piston rencontre deux contre pression, la contre pression de la chambre P4 sur la surface (9) du piston et la contre pression du canal de laminage sur la surface (12) du piston. La contre pression locale au niveau du canal de laminage sur la tige de piston de laminage variable doit être mesurée en fonctionnement pour optimiser l’amortisseur. La pression de la chambre P4 doit compenser la pression de la chambre P3 pour que le piston soit en équilibre. Si la pression dans P2 augmente, le volume de la chambre P4 doit diminuer et le piston avancer. La contre pression du canal de laminage est contre carré par la différence de taille du diamètre de la « tige de piston de laminage variable »(12) et du diamètre de la « tête du piston de laminage variable »(10). .Nous avons ici en exemple un facteur de 25 entre ces deux surface. La force exercée par une surface est porportionnelle à la pression à laquel elle est contrainte : F=P*S. La force F (N) est égale à la pression (N/mm²) x S sa surface en mm². Je ne vous ferais pas la demonstration mathématique, mais pour que le piston variable soit en équilibre lorsque la tige de piston rentre dans le corps de l’amortisseur, le volume de la chambre P4 doit diminuer. Ici lorsque la tige rentre complètement dans l’amortisseur, le piston variable avance de 2.95mm, détails D/F page 10, et provoque un laminage très important sur le passage d’huile qui ici fait 3mm de diamètre. ( tableau ) Au montage, la chambre P0 est considérée purgée d’air, la pression est à 0bars relatif dans la chambre P2. Le piston variable est contre son circlip de maintien (détail F page 10) et dispose de 10.2mm de débatement. On pressurise ensuite la chambre P1 pour mettre l’amortisseur en fonction et plaquer les joints à 2 Bars. Le piston variable va donc devoir comprimer le volume de la chambre (8- ) et le rendre de deux fois plus petit pour etre en équilibre. ( Détail C ), il avancera donc de 5.1mm dans le cas présent. Si l’amortisseur est totalement comprimé, La pression dans P1 passera à 4.7 bars et le piston variable s’avancera de 2.95mm pour ne laisser qu’un passage extrement réduit pour l’huile. ( Détail F , et, tableau ). Le laminage est donc variable de manière autonome et proportionnel à l’enfoncement de l’amortisseur, à la force qu’il absorbe. Plus l’impact est grand, plus l’amortisseur fonctionne. (tableau de comparaison ). Le flux hydraulique laminé par le piston à laminage variable à un potentiel différent en compression et en détente, je propose donc différents modèles qui s’adaptent à cette situation : voir à 13. Le principe de l’invention fonctionne avec les amortisseurs ou fourc hes dont le système comporte une évolution de pression stable entre leur état de repos et leur état complètement comprimé. Je vous présente une autre application de principe avec un deuxième exemple, et 13. Ce deuxième exemple raffermit le laminage de fin de course de la détente de l’amortisseur. D’après le tableau 7 c’est un point améliorable sur les amortisseurs actuels. Cette technique est transposable sur les fourches à suspension hydrauliques. Dispositif amortisseur à laminage proportionnel, fonctionnant avec des fourches ou amortisseurs équipés d’un accumulateur à gaz, la pression de l’accumulateur à gaz augmente proportionnellement à l’enfoncement de la fourche ou de l’amortisseur, dispositif caractérisé en ce que l’utilisation de cette pression pour contraindre une restriction qui freine le flux hydraulique de contrôle de vitesse de compression ou de détente de l’amortisseur de façon proportionnelle, influence également la fréquence d’utilisation de l’amortisseur. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, l’ajout d’un piston de laminage d’huile variable (1), sur un des circuits d’huile (2) laminée par le fonctionnement de l’amortisseur (3), quand l’amortisseur fonctionne, la tige (4) rentre et sort du corps (5) de l’amortisseur, lorsque cette tige (4) rentre dans le corps de l’amortisseur (5), le volume de la tige (4) déplace de l’huile incompressible vers le réservoir d’accumulation de gaz (7), ce piston à laminage variable fonctionne grâce à la pression variable interne de l’amortisseur (3). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’utilisation de la pression interne de l’amortisseur provoqué par l’accumulateur à gaz (20), qui actionne le piston à laminage variable (23), cette pression du réservoir (20) est transmise par le circuit hydraulique (21) à un deuxième accumulateur à gaz (22), lorsque l’amortisseur (200) se comprime, la pression augmente dans le réservoir (20) et dans le réservoir (22), le volume du réservoir (22) diminue donc et cette diminution de volume actionne un déplacement du piston à laminage variable (23) qui comprime un ressort (24) agissant sur une rondelle de clapet hydraulique (25), ce clapet hydraulique (25) est la restriction hydraulique de contrôle du piston de laminage principale (26) de l’amortisseur (200). Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force de déplacement du piston à laminage variable (1) est supérieure à la contre pression du fluide laminé par celui-ci, pour réaliser cela le piston possède 3 faces en contact avec la pression interne de l’amortisseur : La première face (12) est en contact avec le fluide laminé et fait en exemple 7mm². La deuxième face (9) est en contact avec la chambre étanche (8) et fait en exemple 169.5mm² La troisième face (10) est en contact avec la pression de l’accumulateur à gaz (7) et fait en exemple 177mm² la force est proportionnelle à la pression et à la surface : Force =Pression x Surface, puisque la pression sur la surface (12) est induite par la force extérieure exercée sur l’amortisseur, la surface (12) en contact avec le fluide laminé doit être plus petite que la surface (10), qui actionne le piston (1) en translation, cette différence de diamètre doit être déterminée par essais et adapté au cas d’utilisation, à la contre pression de la surface (12), ici nous avons en exemple un facteur 25 entre les deux surface (12) et (10). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’équilibre du piston de laminage variable (1), est maintenu par la pression exercée sur la surface (12), et par la pression exercée sur la surface (10), force sur la surface (10) > force sur la surface (12), il faut donc un ressort de retenu à dimensionner (8) ou (11) pour que le piston de laminage agisse de manière adéquate. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par l’utilisation d’un ressort de retenu (8) ou (11) sur le piston de laminage variable (1), ce ressort est à dimensionner selon le caractère de suspension voulu, pour la phase de compression si le ressort est faible nous aurons un fort laminage de compression, sur l’amortisseur (100) nous avons un ressort (8) puissant, F sur la surface (10) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par l’utilisation d’un ressort de retenu (8) ou (11) sur le piston de laminage variable (1), ce ressort est à dimensionner selon le caractère de suspension voulu, sur l’amortisseur (100) nous avons un ressort (8) puissant, pour la phase de détente le flux s’inverse, la poussé sur la face (12) change, elle diminue à 4.7 bars sur la face (12) du piston variable (1) (c’est à déterminer par mesure), les deux poussées sont donc égales, la détente sera donc très fortement freinée puis progressivement relâchée, dans le cas de l’amortisseur (110) le ressort est plus faible, le laminage en détente est là surdimensionné en fin de course. Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le ressort (8) sert à contrôler le mouvement du piston de laminage variable (1), et que le mouvement du piston de laminage variable influence directement le laminage du circuit d’huile (2) de l’amortisseur (3) de manière mécanique, immédiate et proportionnelle, pas de freinage de compression ou de détente en début de course, compression moyennement freinée en fin de course, détente fortement freinée en fin de course. Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé par les différentes possibilités de réglages du piston de laminage variable (1), la pression initiale du réservoir à gaz (7), la courbe de pression en fonction du réservoir (7), les diamètres des faces du piston variable (9)/(10)/(12), le volume et la pression initiale du ressort pneumatique (8), la courbe de compression du ressort pneumatique (8), la course du piston variable (1), la forme de la face (12) du piston variable. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’usage d’un ressort mécanique (11) plus faible que le ressort pneumatique (8), ce qui provoque un laminage important en compression de fin de course et surdimensionné en détente de fin de course, libre en détente et compression de début de course. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la création de différents types de laminage est variable selon l’application à amortir : - amortisseur 100 : compression rapide moyenne, détente de fin de course forte, - amortisseur 110 : compression rapide forte, détente de fin de course trop forte, - amortisseur 120 : compression, détente variable à circuits séparés à réglages individuels, - amortisseur 130 : compression, détente variable à circuits séparés à réglages individuels et circuit de surpression en compression, - amortisseur 140 : à compression classique et détente à piston variable. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par la séparation des circuits hydraulique (6) et (2) de contrôle de laminage de compression et de détente de l’amortisseur par l’ajout de deux pistons à laminage variable, (13) pour la compression avec un ressort (11) pour la détente avec un ressort (8), ils sont protégés par deux clapets anti retour (16), il serait potentiellement l’amortisseur idéal avec un laminage de détente et de compression libres en début de course et fortement freiné en fin de course. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par la même architecture que l’amortisseur (120) avec en plus l’ajout d’un circuit de sécurité de surpression en compression (15) qui donne les mêmes capacités que l’amortisseur (120) avec une capacité d’absorption rapide d’obstacle heurté violemment, grâce à un clapet anti retours avec un ressort de compression fortement taré. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par la séparation des circuits hydrauliques (2) de contrôle de laminage de compression et de détente de l’amortisseur par l’ajout d’un piston à laminage variable sur le circuit de détente (17) avec un ressort (8), et, la conservation d’un clapet variable classique en compression circuit (18),pour un laminage de compression classique de seuil qui s’ouvre sur les gros chocs, et, une détente variable ouverte en début de course, et, fortement freinée en fin de course. Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce que le piston de laminage variable est placé sur le circuit principale de laminage de l’amortisseur, lorsque la pression augmente, le piston s’enfonce et comprime un ressort (24), le ressort empêche la rondelle de laminage (25) de libérer complètement le passage du « flux de détente de fin de course », plus l’amortisseur est comprimé, plus le ressort est comprimé et plus le flux d’huile de détente (2) de l’amortisseur est laminé, freiné. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le piston à laminage variable peut être adapté au laminage de la compression, ou, doublé pour contrôler individuellement les flux de compression et de détente.