Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02401072 2002-08-22
WO 01/64463 PCT/FRO1/00551
Essieu soude pour véhicule automobile, à dispositif anti-
roulis perfectionné
L'invention concerne Ies suspensions de véhicules automobi-
les.
Elle concerne plus particulièrement les essieux à bras tirés,
réunis par une traverse souple ou semi-rigide, une extrémité
de chaque bras supportant une fusée recevant une roue, tandis
que l'autre extrémité est montée articulée sur la caisse du
véhicule.
La traverse doit être rigide en flexion pour guider le plan
des roues dans une trajectoire adéquate en limitant toute
variation d'angulation des bras entre eux, mais souple en
torsion pour permettre une oscillation de chacun des bras.
Il est en outre souhaitable que l'essieu assure une fonction
anti-roulis par un moyen assurant le rappel d'un bras par
rapport à l'autre dans une position centrale.
Le brevet EP 0 229576 décrit un tel essieu semi-rigide obtenu
par mise en forme d'un seul tube métallique pour réaliser de
manière intégrale les bras et la traverse.
il n'est pas facile toutefois d'optimiser l'ensemble des
fonctions demandées à un tel essieu.
Dans la demande internationale PCT W097/47486, l'une des
Demanderesses a proposé un essieu souple comportant une
traverse et deux bras tirés, reliés par deux pièces d'accou-
~;5 pleurent en matériau élastomérique qui assurent notamment une
fonction ~rti-roulis. Ces deux pièces d'accouplement,
disposées symétriquement chacune à proximité d'un bras, sont
conformées et agencées pour assurer un couple de réaction en
torsion aux oscillations relatives d'un bras par rapport à
l'autre. Les pièces d'accouplement, de raideur prédéterminée
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le long de la traverse, assurent un guidage dans cette
direction. Pour contrôler la flexion de l'ensemble en
service, la traverse comprend deux tubes emboîtés l'un dans
l'autre et fixés rigidement chacun à un bras. Les pièces
élastomériques sont alors logées entre les deux tubes,
chacune à proximité d'un bras.
Ces pièces élastomériques possèdent des raideurs appropriées
de par leur structure en torsion par rapport à l' axe de la
traverse, dans le sens axial de celle-ci et dans son sens
radial de manière à optimiser à 1a fois le contrôle des
mouvements de caisse et le guidage des roues.
Cette technique s'est avérée extrêmement prometteuse mais la
réalisation de la traverse avec deux tubes emboîtés sur une
grande partie de leur longueur contribue notamment à augmen-
ter le poids des éléments non suspendus et indirectement son
prix de revient.
La présente invention vient améliorer la situation.
Elle porte sur un essieu, comprenant deux bras destinés à
être montés articulés sur la caisse et muni chacun d'une
fusée porte-roue. L'essieu comprend une traverse montée entre
ces deux bras et la liaison réalisée entre les deux bras par
la traverse comporte au moins un insert défini par un élément
slastomérique. Cet élément est placé, conformé et agencé pour
assurer au moins un couple de réaction en torsion aux
oscillations d'un bras par rapport à l'autre.
Selon une caractéristique générale de l'invention, l'insert
comprend en outre un palier destiné, en coopération avec
=~_'élément élastomérictue à mainter_ir sensiblement une angula
tion de chacun des deux bras par rapport à la traverse, tout
en autorisant une rotation due à l'oscillation des bras,
rotation à laquelle réagit en torsion. l'élément élastoméri-
que.
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-,
L'élément élastomérique assure ainsi la fonction anti-roulis
de l'essieu.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention,
le palier assure, en coopêration avec l'élément élastoméri-
que, un guidage des déformations en empêchant ou en limitant
les déformations transverses à la traverse. Le palier permet
ainsi de maintenir l'angulation .de chacun des bras par
rapport ~ la traverse (dans un plan contenant ce bras et la
traverse). La coopération d'un tel palier avec l'élément
élastomérique permet ainsi de prévoir une traverse monobloc,
ou encore réalisée par emboîtement seulement partiel de deux
tubes.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention,
le palier assure en outre, en coopération avec l'élément
élastomérique, un guidage des déformations de la traverse en
autorisant, dans certaines configurations et de manière
limitée, les déformations dans l'axe longitudinal de la
traverse, ce qui, dans des essieux semi-rigides légers,
permet d'améliorer la tenue en fatigue de l'essieu, en
particulier la tenue, en service, de ï'encastrement de la
traverse dans les bras, comme on le verra plus loin.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention
apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après
et des dessins annexés sur lesquels .
- la figure 1 est une vue partielle, en plan, d'un essieu
selon un premier mode de réalisation de l'invention;
- la figure 2 représente partiellement un essieu selon un
second mode de réalisation de l'invention;
- la figure 3 représente partiellement un essieu selon un
troisième z~ode de réalisation de l'invention.;
- la figure 4 est une vue détaillée d'un insert prévu dans un
essieu tel que représenté sur l'une des figures l, 2 et 3;
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- la figure 5 est la vue détaillée d'une variante de l'insert
représenté sur la figure 4 ;
- les figures 6A et 6B représentent un palier que comporte
l'insert, dans une forme de réalisation particulière ; et
- la figure 7 représente partiellement un insert monobloc
selon une forme de réalisation avantageuse.
La description détaillée ci-après et les dessins annexés
sont, pour l'essentiel, de caractère certain. Ils pourront
non seulement servir à mieux faire comprendre l'invention,
mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire un
essieu destiné à être monté sur la caisse d'un véhicule
automobile.
Cet essieu comporte une traverse 3, reliant deux bras de
suspension 4A et 4B. Chaque bras 4A porte une fusée 5A
destinée à recevoir une roue (non représentée). L'autre
extrémité de chaque bras 4A est relié à un arbre (non
représenté) permettant une articulation le long d'un axe
d'oscillation ou de débattement du bras par rapport à la
caisse. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les axes
d'oscillation des bras sont colinéaires.
En pratique, il est prévu des articulations élastiques de
suspension qui entourent chaque arbre du type précité. Une
réalisation particulièrement avantageuse de ces articulations
est décrite dans la demande WO 97/47486.
Dans le premier moàe de réalisation représenté sur la figure
1, la traverse 3 est constituée de deux tubes 3A et 3B,
t~artiell eurent emboîtés l' un dans 1 ' autre . La longueur commune
des deux. tubes 3A et 3B représente une faible partie de la
longueur de la traverse, typiquement de l'ordre du dixième de
cette longL.eur. En particulier, le tube 3B est fixé rigide-
ment par l'une de ses extrémités au bras 4B, tandis que
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l'autre extrémité est insérée dans une première extrémité du
tube 3A, coaxiale et de rayon supérieur au rayon du tube 3B.
L'autre extrémité du tube 3A est fixée rigidement au bras 4A.
La fixation des extrémités des tubes 3A et 3B aux bras 4A et
5 4B peut être effectuée par emmanchement, par sertissage, par
emboîtement de cannelures ou encore par soudage. L'insert de
l'essieu selon l'invention est disposé entre les extrémités
respectives des tubes 3A et 3B constituant la traverse 3.
En se référant à ï'une des figures 4 et 5, cet insert est
formé d'au moins un palier 22, en association avec un élément
21 réalisé dans un matériau élastomère. Préférentiellement,
le palier 22 est pïacé à proximité immédiate de l'élément
élastomérique 21.
Avantageusement, l'élément 21 est constitué par une bague en
caoutchouc dont les surfaces internes et externes sont
solidarisées, par exemple par adhésion ou autre à des
éléments tubulaires 23 et 24 (figure 7), tels que des bagues
ou des coupelles métalliques.
Le comportement en déformation de l'élément 21 dans les
directions axiales et radiales est obtenu ici par un choix
judicieux du caoutchouc, de cavités ou au contraire de
renforts ménagés dans la bague en caoutchouc, ainsi que par
la forme des coupelles métalliques 23 et 24.
Le palier 22 est ici un roulement à billes, à aiguilles, ou
encore à rouleaux cylindriques ou coniques.
Dans l'exemple décrit, la paroi interne du palier 22 et la
coupelle intérieure 24 de l'élément élastomérique 21 sont
fixées à 1a paroi externe 60, par exemple d'un tube 3B de la
traverse. La paroi externe du palier 22 et la coupelle
extérieure 23 de l'élément élastomérique 21 sont fixées à la
paroi interne 61, par exemple d'un autre tube 3A de la
traverse, cru encore de l'un des bras de suspension 4A (4B),
comme on le verra plus loin.
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La fixation du palier 22 et des coupelles métalliques de
l'élément élastomérique 21 peut se faire par tout moyen connu
tel que, par exemple, par emmanchement à force.
Dans la réalisation avantageuse représentée sur la figure 7,
les coupelles métalliques extérieures et/ou intérieures ont
une longueur axiale qui dépasse celle de la bague en caout-
chouc en permettant ainsi d'y solidariser le palier 22.
L'insert est alors monobloc et sa mise en place dans la
traverse est plus facile. Avantageusement, on réduit consi-
dérablement les temps de montage et, par conséquent, les
coûts de fabrication. A ce titre, la présente invention vise
aussi un insert monobloc du type ci-avant.
Dans une autre variante, la bague en caoutchouc peut être
directement fixée aux tubes métalliques 3A et 3B sans l'aide
de coupelles rmétalliques.
Le palier 22, de largeur choisie, possède un feu radial
propre, extrêrmement faible. Il est disposé à distance choisie
de 1â bague en élastomère 21, pour, en coopération avec
celle-ci, maintenir une angulation sensiblement constante, en
fonction des débattements, de l'un des bras 4A et 4B par
rapport à la traverse 3 (formée, 1e cas échéant, de l'assem-
blage des tubes 3A et 3B). Cette angulation est à considérer
dans un plan comprenant un bras et la traverse.
En effectuant des tests sur des essieux semi-rigides ainsi
conçus, les Demanderesses ont er_ effet constaté que la
distance entre le palier et 1a bague en élastomère, pour un
même insert, était un paramètre important pour le maintien de
l''angulation des bras par rapport à la traverse. Ainsi, cette
distance entre le palier et ïa bague es-~ avantageusement
choisie en fonction de la rigidité de la bague en élastomère,
en vue d'optimiser cette coopération entre la bague et le
palier.
ru fait du maintien. de l'angulation des bras par rapport à la
traverse, tout effort sur l'un et/ou l'autre des bras,
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susceptible de faire varier l'orientation du plan des roues,
induit sur la traverse (le cas échéant formée de l'assemblage
des tubes 3A et 3B) des moments de flexion. La section et le
matériau des ces tubes sont prêvus pour les rendre raides en
flexion .
On obtient ainsi un excellent guidage des roues.
Le palier 22 possède généralement un jeu propre, extrêmement
faible, le long de la grande dimension de la traverse 3, ce
qui limite ainsi les déformations en service de la traverse
dans le sens longitudinal de celle-ci. Le palier peut
néanmoins être choisi pour posséder un jeu plus important
dans cette direction, comme on le verra plus loin.
La réaction à la torsion induite par l'oscillation des bras
4A et 4B sur la traverse 3 est principalement assurée ici par
l'élément élastomérique 21 dont la raideur est choisie pour
assurer un couple de réaction à la torsion, les tubes 3A et
3B étant pratiquement raides en torsion du fait de leur
section et de leur matériau.
Or. obtient ainsi une rigidité en torsion et en flexion au
moins aussi satisfaisante que celle décrite dans W097/47486,
la fonction anti-roulis étant assurée par l'élément élastomé-
rique de l'insert tandis que la fonction guidage des roues
est assurée par la coopération entre le palier et l'élément
élastomérique de l'insert.
Les éléments constitutifs de la traverse 3 sont préférentiel-
lement rézlisés en métal, en aluminium ou en alliage d'alumi-
n~um.
Optionnellement, les éléments constitutifs de la traverse 3
sont réalisés dans un matériau composite, comportant une
résine chargée de fibres renforçantes. La légèreté de ce
mtériau est particulièremer_t appropriée lorsque l ' on cherche
à minimises la masse des parties non suspendues du véhicule.
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Dans une variante d'une réaïisation à base de roulements, le
palier 22 peut se présenter aussi sous la forme de deux
bagues lisses 220 et 221 (figures 6A et 6B), insérées l'un
dans l'autre. Leur zone de contact 222 est à faible frotte-
s ment de par les matériaux constitutifs ou des traitements de
surface réalisés ou encore l'interposition d'un lubrifiant.
La bague de plus petit rayon 220 peut ainsi coulisser dans la
bague de grand rayon 221. Ces bagues peuvent être réalisées
en métal, en plastique, ou autre. La surface interne de 1a
bague 220 et la surface externe de la bague 221 sont fixées
rigidement à des éléments constitutifs de l'essieu tels que
la traverse et/ou l'ur_ au moins des bras.
La bague externe 221 peut se déplacer relativement par
rapport à la bague interne 220, en rotation autour de l'axe
X-X âe la traverse (figure 1) et/ou en translation le long de
cet axe. La réaction à ces déplacements est assurée par
l'élément élastomérique 21 qui coopère ainsi avec le palier
22 pour restreindre la translation.
La translation possible de l'une des bagues lisses par
rapport à l'autre, le long de cet axe longitudinal, permet de
limiter les pics de contraintes au niveau de l'encastrement
des tubes 3A, 3B dans les bras 4A, 4B, ces pics étant évoqués
dans 1a demande WO 97/47486.
Dans une autre variante, le palier est formé d'une seule
bague dont la surface interne est fixée rigidement à la paroi
60 (figures 4 et 5). La surface externe d'une telle bague
peut posséder des caractéristiques antifriction adaptées
et/ou être enduite de graisse pour réduire les frottements
avec la paroi 61.
En variante de la réalisation représentée sur la figure a et
dar_s laquelle l'insert 2 est muni d'un seul palier 22, il
peut être prévu un insert comprenant ur_ élément élastomérique
21 et deux paliers 22A et 22B ( figure 5 ) . Ces deux paliers
sont disposés de part et d'autre àe l'élément élastomérique
21. Dans cette forme de réalisation, les largeurs respectives
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des paliers 22A et 22B sont choisies en fonction de la
largeur de l'élément êlastomérique 21 et de sa raideur.
On se réfère maintenant à la figure 2 pour décrire un essieu
selon un second mode de réalisation de la présente invention.
Dans cette forme de réalisation, préférée, la traverse 3 est
monobloc, formée d'un unique tube, dont les extrémités sont
solidaires des bras de suspension 4A et 4B. Dans l' exemple
ZO représenté sur la figure 2, les extrémités du tube 3 viennent
s'emboîter dans des ouvertures respectives que comportent les
bras 4A et 4B, par l'intermédiaire d'inserts respectifs 2A
et 2B, du type représenté sur l'une des figures 4 et 5.
Dans une variante (figure 3) du mode de réalisation repré-
senté sur la figure 2, la traverse monobloc 3 est fixée
rigidement et directement à l'un des bras de suspension 4A,
par l'une de ses extrémités. Son autre extrémité est solida-
risée à l'autre bras de suspension 4B, par l'intermédiaire
d'un insert 2 comprenant un élément élastomérique et au moins
un palier.
Dans cette variante, la dissymétrie des réactions aux
contraintes de flexion auxquelles est soumise la traverse,
peut être palliée par une forme adaptée de la traverse
monobloc 3 sur une portion 31 de sa longueur. Préférentielle-
ment, le tube 3 a été embouti radialement pour présenter
localement, à une distance donnée et su-r une longueur
adéquate, une section beaucoup plus souple en flexion.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à 1a
forme de réalisation décrite ci-avant à titre d'exemple. Elle
s'étend à d'autres variantes.
Ainsi, on comprendra que les bras de suspension aA et 4B
peuvent, dans une variante de l'exemple de réalisation
représenté sur la figure 2, comporter des tiges sensiblement
cylindriques, faisant saillie l'une et l'autre vers la
traverse monobloc 3. Les extrémités àe ces tiges sont alors
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emboîtées dans les extrémités du tube formant la traverse
monobloc 3, par l'intermédiaire d'inserts respectifs 2A et
2B.
Bien entendu, il peut être prévu une pluralité d'éléments
élastomériques 21, par exemple deux éléments élastomérigues
21 de part et d'autre d'un unique palier 22, selon les
exigences de l'application visée.
Les bagues décrites ci-avant, en matériau élastomêre ou en
matériau rigide, peuvent être de forme cylindrique, conique
ou autre pour optimiser 1e comportement mécanique de la
bague.
De façon plus générale, l'insert de l'essieu selon l'inven-
tion peut se présenter sous toute autre forme à base de
palier et d'élément élastomère, assurant de mêmes fonctions
d'ami-roulis et de guidage des bras de roues.
Bien entendu, le terme "tubes", utilisé ci-avant pour décrire
des éléments constitutifs de la traverse référencés 3A,3B,
est à prendre au sens large. I1 désigne des élêments de forme
gênérale sensiblement tubulaire, cylindrique ou non, avec, le
cas échéant, des variations de diamètre, ou encore de forme,
le long de leur grande dimension.
Dans les modes de réalisation représentés, les bras de roues
oscillent autour d'un axe commun parallèle à l'axe de la
traverse mais distant de cet axe.
Dans d'autres modes non représentés, les bras de roues
peuvent osciller autour d'un axe confondu avec l'axe de la
traverse.
La présente invention s'applique également à tout autre mode
ou disposition d'attache des bras de roues à la caisse.
Un essieu du type àécrit ci-avant trouve une application
intéressante dans la conception d'un train arrière d'un
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véhicule de tourisme ou d'un véhicule utilitaire. La simpli-
cité de cet essieu permet notamment une adaptabilité à une
large catégorie de véhicules. Suivant les applications
visées, il est possible de choisir les largeurs respectives
du (des) palier(s), la largeur et/ou la raideur du (des)
éléments) élastomère(s), la raideur du (des) tubes) formant
la traverse 3, etc.
