REAR SUSPENSION FOR BICYCLES

SUSPENSION ARRIERE POUR VELOS

Abrégé français

Une suspension arrière pour vélos de
montagne comprend une membrure rigide montée a pivot
à ses extrémités opposées à un endroit inférieur
arrière du triangle avant du vélo et à un endroit
inférieur avant du triangle arrière du vélo. La
membrure permet ainsi des déplacements relatifs des
deux triangles suivant deux degrés de liberté et,
plus particulièrement, des déplacements dans une
portion de plan définie par la position des deux
pivots par rapport à la roue arrière, par leur
espacement et également par la déformation possible
du ressort pourvu entre les deux triangles. Un
ressort à lame entre les triangles avant et arrière
peut être utilisé en guise de système
d'amortissement pour amortir les déplacements
relatifs entre ces derniers lors d'impacts de la
roue arrière avec un obstacle, bien qu'il puisse
comporté également un amortisseur et/ou plusieurs
ressorts.

Abrégé anglais

A rear suspension for mountain bicycles includes a rigid frame pivot-mounted at its opposite extremities to a lower rear location on the front triangle of the bicycle and to a lower front location on the rear triangle of the bicycle. The frame thus allows relative movement of the two triangles with two degrees of freedom, and particularly movements within a portion of plane defined by the position of the two pivots relative to the rear wheel, by their spacing and also by the possible deformation of the spring provided between the two triangles. A leaf spring between the front and rear triangles may act as a system to cushion relative movements between the two triangles during impacts of the rear wheel with an obstacle, although it may also include a shock absorber and/or several springs.

Revendications

Les réalisations de l'invention, au sujet
desquelles un droit exclusif de propriété ou de
privilège est revendiqué, sont définies comme il
suit:
1. Une suspension arrière, comprenant une
membrure rigide montée à pivot à deux endroits
espacés de ladite membrure à des triangles avant et
arrière d'un cadre, notamment d'un cadre de vélo,
permettant ainsi des déplacements relatifs des deux
triangles suivant deux degrés de liberté.
2. Une suspension arrière suivant la
revendication 1, dans laquelle un système
d'amortissement, par exemple une lame de ressort,
est pourvu entre les triangles avant et arrière pour
amortir les déplacements relatifs entre ces derniers
lors d'impacts de l'un ou l'autre des triangles avec
un obstacle.
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Description

CA 02207802 1997-06-10
SUSPENSION ARRIERE POUR VELOS
CONTEXTE DE L'INVENTION
1. Domaine technique de l'invention
La présente invention traite de
suspensions arrières, à deux degrés de liberté, qui
s'appliquent particulièrement au domaine des vélos,
notamment des vélos de montagne.
2. Description de la technique antérieure
La suspension arrière des vélos de
montagne se compose d'un système d'absorption des
chocs (incluant ressorts et amortisseurs), et d'un
système de pivots qui détermine la trajectoire de la
roue lors d'un impact avec un terrain accidenté.
Les suspensions les plus simples sont
munies d'un pivot principal situé sur le triangle
avant, auquel est rattaché le triangle arrière, ou
le bras de suspension. Cette configuration oblige
la roue arrière à suivre une trajectoire circulaire,
soit un pivot par rapport à un seul axe de rotation
qui fixe par rapport au vélo. Ce type de suspension
se retrouve sous différents designs, tels que le
support MacPherson, communément appelé "MacPherson
Strut" (voir "First Dirt for Proflex's 855",
Mountain Bike Action, février 1995, pp. 51-55; et
"Les suspensions arrière: Des forces à domestiquer",
Yannick Boivin, Vélo Mag, Printemps 1996, pp. 38-40)
et ses variantes; le bras cantilevier ou porte-à-
faux, communément appelé "cantilever beam" (voir
"Foes Fab Weasel", Mountain Bike Action, septembre
1995, pp. 49-60); et le triangle arrière flottant ou
"floating drivetrain" (voir Floating Drivetrain
Klein", Mountain Bike Action, février 1995, pp. 67-
70). D'autres types de suspensions arrières
utilisent un raccord ou "linkage" (voir "Floating
GT's Fully Active LTS", Mountain Bike Action,

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février 1995, pp. 56-63; "Dual Suspension bike of
the decade?", Vic Armijo, Guide to Suspension and
high performance, volume 2, 1996, pp. 11-12; et le
brevet américain no. 5,306,036 émis à Busby le 26
avril 1994) qui est réalisé à l'aide de plusieurs
pivots, ce qui permet à la roue arrière de
déterminer une trajectoire plus complexe lors d'un
impact. Toutes les configurations décrites
précédemment ont des trajectoires de roue arrière
toujours contraintes à une seule dimension.
Une suspension qui est contrainte à une
seule trajectoire ne peut pas être optimale pour
tous les types d'obstacles et toutes les vitesses
d'impact rencontrées sur les terrains accidentés.
EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention a donc pour but de
mettre au point une suspension arrière à deux degrés
de liberte, notamment pour utilisation sur velos
dont les velos de montagne.
La presente invention a egalement pour but
de mettre au point une suspension arrière qui permet
à la roue arrière de decrire des trajectoires
différentes selon le type d'obstacle rencontré.
Suivant la présente invention, on propose
une suspension arrière, comprenant une membrure
rigide montée à pivot à deux endroits espacés de
ladite membrure a des triangles avant et arrière
d'un cadre, notamment d'un cadre de vélo, permettant
ainsi des déplacements relatifs des deux triangles
suivant deux degrés de liberté.
Préférablement, un système d'amortisse-
ment, par exemple une lame de ressort, est pourvu
entre les triangles avant et arriere pour amortir
les déplacements relatifs entre ces derniers lors

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d'impacts de l'un ou l'autre des triangles avec un
obstacle.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
Une réalisation préférée de la présente
invention sera maintenant décrite en référence aux
dessins annexés dans lesquels:
la figure 1 est une vue d'un cadre de type
"floating drivetrain", soit à entraînement flottant,
avec suspension arrière à deux degrés de liberté
suivant la présente invention, dans laquelle le
système d'amortissement est composé d'une lame de
ressort à deux degrés de liberté en composites et
d'un amortisseur;
la figure 2 est une vue isométrique du
cadre de la figure l;
la figure 3 est une vue de profil montrant
par agrandissement une partie du système de
suspension à deux degrés de liberté composé deux
pivots pourvus sur l'un et l'autre des triangles
avant et arrière, d'une lame de ressort et d'un
amortisseur;
la figure 4 est une vue similaire à la
figure 3 mais illustre une variante de la lame de
ressort;
la figure 5 est une vue schématique de
profil de la suspension arrière illustrant les
limites du domaine accessible par la roue arrière;
et
la figure 6 est une vue schématique de
profil montrant une trajectoire possible du centre
de la roue arrière suivant une collision avec un
obstacle imaginaire quelconque.

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DESCRIPTION DES CONSTRUCTIONS PREFEREES
La présente invention se rapporte à une
suspension, typiquement une suspension arrière pour
vélos, notamment de montagne.
Le cadre du vélo préconisé comporte des
triangles avant et arrière et un mécanisme de
suspension qui utilise deux pivots couplés à un
ressort ou un système de ressorts à deux degrés de
liberté. Le système de ressorts peut se composer
d'une lame de ressort en alliage ou en matériaux
composites dont la forme permet deux degrés de
liberté dans le plan latéral du cadre (voir le plan
"x-y" à la figure l).
L'objectif de cette configuration est de
permettre à la roue arrière de diminuer la vitesse
d'impact dans l'axe de déplacement du vélo
(habituellement l'axe "x", figure l), tout en
permettant à la roue de contourner l'obstacle en lui
laissant un degré de liberté supplémentaire dans
l'axe perpendiculaire au déplacement du vélo
(habituellement l'axe "y", figure l). Etant donné
la possibilité de la roue de se déplacer dans un
plan, la suspension est tout aussi efficace lorsque
l'axe principal du vélo (H) n'est pas
perpendiculaire à l'obstacle percuté (par exemple,
lorsque la roue avant ne touche pas au sol).
De fa~on générale, une suspension à deux
degrés de liberté sera composée de deux pivots
indépendants, dans lequel l'un de ces pivots sera
placé à n'importe quel endroit sur le triangle
avant, alors que le deuxième pivot sera situé sur le
triangle arrière ou sur le bras de suspension
arrière (selon le type de suspension). La position
relative des pivots est optimale lorsque l'axe
passant par le centre de ces pivots est
perpendiculaire à l'axe passant par le centre des

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roues. La suspension n'est pratiquement plus
efficace lorsque l'axe passant par le centre des
pivots est parallèle à l'axe passant par le centre
des roues.
s Une suspension à deux degrés de liberté
sera composée également d'un système d'amortissement
de chocs qui devra posséder deux axes
d'amortissement complètement ou partiellement indé-
pendants. Un système d'amortissement complètement
indépendant sera habituellement constitué d'au moins
deux unités d'amortissement (ressorts et/ou lames de
ressort avec un amortisseur approprié) travaillant
dans des axes non parallèles. Un système
d'amortissement partiellement indépendant sera
habituellement constitué d'une seule lame de ressort
avec deux axes principaux de mouvement possible.
La configuration ci-décrite s'applique
principalement à un vélo de cross-country de type
"floating drivetrain". Cette configuration élimine
tous les problèmes reliés à l'élongation de la
chaîne, ce qui pourrait être un problème difficile à
solutionner étant donné le caractère aléatoire du
mouvement de la roue arrière. Une suspension à deux
degrés de liberté peut s'appliquer à un bras de
suspension, particulièrement pour une application en
descente ("Down Hill").
Un cadre de type "floating drivetrain"
sera composé d'un triangle avant (A) et d'un
triangle arrière (B) dont le tube de boîtier de
pédalier (TlO) (i.e. "bottom bracket shell") fera
partie du triangle arrière (B), voir les figures l
et 2).
Le pivot "Pl" est placé sur le triangle
avant (A) alors que le pivot "P2" est placé sur le
triangle arrière (B). Le lien (L) de longueur "1"

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relie les pivots "Pl" et "P2". Les figures l et 2
montrent l'application pour un cadre de type
"floating drivetrain" modifié (ou "unified rear
triangle").
Le système de pivots "Pl" et "P2" permet
deux degrés de liberté à la roue arrière dans un
plan délimité par l'intérieur du cercle (OC) de
rayon "R+l" et par l'exterieur du cercle (IC) de
rayon "R-l" (voir figure 5), dont l'origine est le
point de pivot "Pl", "R" etant la distance entre le
pivot "P2" et le centre de la roue arrière, et "l"
la distance entre les centres des pivots "Pl" et
"P2". Le pivot "P2" peut se déplacer suivant une
trajectoire circulaire ("PATH l" des figures l et 6)
qui correspond à un cercle de rayon "l" dont le
centre est le pivot "Pl". La roue arrière peut se
déplacer sur une trajectoire circulaire ("PATH 2" de
la figure l) dont le centre est le pivot "P2".
La combinaison linéaire des deux
mouvements de rotation permet une infinité de
trajectoires de roue possible à l'intérieur du
domaine délimité par la difference des surfaces
interieures de (OC) moins (IC). De plus, le domaine
accessible par la roue arrière sera limite par la
deformation possible du ressort ("Sl" dans les
figures l à 3, 5 et 6, ou la variante "S2" de la
figure 4), et par l'amplitude maximale de
l'amortisseur (Dl) (definie par le carre (SQl) de la
figure 5). L'intersection du domaine (OC-IC) et le
domaine (SQl) determineront le domaine accessible
par la roue arrière. La figure 6 montre un exemple
de trajectoire possible du centre de la roue arrière
(WC) pour une collision avec un obstacle imaginaire
quelconque.
Bien que le système d'amortissement puisse
être compose de plusieurs ressorts et d'un

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amortisseur, la lame de ressort à deux degrés de
liberté en composites permet une meilleur rigidité
latérale et un poids inférieur. Les figures 3 et 4
montrent deux types de lames de ressort (Sl) et (S2)
qui favorisent des familles de trajectoires
différentes.
Plusieurs emplacements de pivots et de
ressort sont possibles pour permettre a la roue
arriere de se déplacer dans un plan, mais certaines
configurations sont préférables pour permettre un
bon fonctionnement du mécanisme et une bonne
rigidité en torsion.
Les emplacements des pivots et de la lame
de ressort ne sont pas importants pour permettre les
deux degrés de liberté mais affectent grandement la
sensibilité de la suspension et la rigidité
latérale. Pour un cadre a triangle arriere unifié,
il est préférable de placer le pivot "Pl" dans la
région inférieure du triangle avant (A), à
l'extrémité du tube diagonal ou "down tube" (T5).
Le pivot "P2" peut être situé devant le tube de
boîtier de pédalier (TlO) mais doit être situé en-
dessous ou au-dessus de l'axe horizontal "H" passant
par le centre du pivot "Pl". Une lame de ressort
placée au dessus du système de pivots "Pl" et "P2"
est préférable.

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Terminoloqie des fiqures 1 à 6:
Tl :Tube de direction ~Head tube)
S T2 :Tube horizontal (Top Tube)
T3 :Tube de selle (Seat Tube)
T4 :Tube d'emprise de ressort (Spring Tube)
T5 :Tube diagonal (Down Tube)
T6 :Tube de pivot P2 ~P2 pivot tube)
T7 :Tube de dérailleur avant ~Front derailleur
Tube)
T8 :Bases ~Chainstay)
T9 :Haubans ~Springstay)
T10 :Tube de boîtier de pédalier ~Bottom bracket
shell)
Tll :Tube frontal de pivot P2 ~P2 pivot front tube)
DO :Emprise de roue arriere ~Rear drop out)
Pl :Pivot du triangle avant (Front triangle pivot)
P2 :Pivot du triangle arrière (Rear triangle pivot)
Sl :Lame de ressort en composites #l~composites
spring configuration #l)
S2 :Lame de ressort~composites spring configuration
#2)
Dl :Amortisseur (Damper)
2S CW :Centre de la roue arriere (wheel center)
R :distance entre P2 et WC (distance between P2
and WC)
1 :Distance entre Pl et P2 ~distance between Pl
and P2)~0 Path l:trajectoire du pivot P2 autour de Pl (path of
pivot P2 around Pl)
Path 2:trajectoire de WC autour de P2 (path of WC
around P2)

Dessin représentatif