FR2796888A1

FR2796888A1 - Jambe de suspension, comprenant ou non une regulation interne d'assiette

Info

Publication number: FR2796888A1
Application number: FR0009098A
Authority: FR
Inventors: Hans Dieter Eulenbach; Hubert Beck; Albrecht Nachtigall
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2001-02-02
Anticipated expiration: 2020-07-12
Also published as: FR2796888B1; US6988718B1; DE19932868A1; DE19932868B4

Abstract

Une jambe de suspension 1 guidant la roue associée et comprenant ou non une régulation interne d'assiette, est constituée d'une jambe d'amortissement, au choix sous la forme d'une jambe de suspension hydropneumatique à auto-pompage, d'une tige de piston prenant appui sur un palier d'appui supérieur, et d'un ressort hélicoïdal entre la jambe de suspension et le palier d'appui, le ressort étant fixé à chacun de ces deux derniers éléments par l'intermédiaire d'une coupelle de ressort respective. La coupelle de ressort 5 coopérant avec l'extrémité de la tige de piston 2, est agencée de façon à être mobile par rapport à la tige de piston 2, à la manière d'un joint de Cardan.

Description

L'invention concerne une jambe de suspension guidant la roue associée et

comprenant ou non une régulation interne d'assiette, et est constituée d'une jambe d'amortissement, au choix sous la forme d'une jambe de suspension hydropneumatique à auto-pompage, d'une tige de piston prenant appui sur un palier d'appui supérieur, et d'un ressort hélicoïdal entre la jambe de suspension et le palier d'appui, le ressort étant fixé à chacun de ces deux derniers éléments par l'intermédiaire

d'une coupelle de ressort respective.

On connait des jambes de suspension guidant la roue associée et comportant une régulation d'assiette intégrée et un ressort mécanique additionnel (document DE 36 30 757 C2), dans lesquelles les différences de positions engendrées par la charge, sont compensées par la variation des forces élastiques hydropneumatiques agissant par l'intermédiaire de la tige de piston, de sorte que la proportion de l'effet porteur du ressort mécanique additionnel reste pratiquement inchangée. De ce fait la compensation de force transversale produite par le ressort mécanique additionnel est toutefois également altérée, à savoir que pour des augmentations de charge par rapport à l'état nominal de compensation totale, cela conduit à une sous-compensation, et pour

des diminutions de charge, au contraire, à une sur-

compensation. On connait par ailleurs, des jambes de suspension guidant la roue associée, dans lesquelles apparaissent, en raison du moment de flexion à supporter, des forces latérales accrues dans le guidage de tige de piston et au niveau du piston d'amortissement. Ces forces latérales accrues engendrent des forces de friction perturbant le confort, lors de

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mouvements de suspension de la jambe de suspension. On remédie à un tel inconvénient, par un équilibrage ou une compensation de force transversale (par exemple document DE 14 30 586 Ai). Dans ce cas, le ressort hélicoïdal est implanté de manière partiellement déformé dans la direction transversale, en vue d'obtenir une force de ressort s'étendant de manière oblique par rapport à l'axe de l'amortisseur. Cette compensation s'effectue toutefois seulement dans une position préférentielle déterminée, le plus souvent dans la position dite de construction, de sorte qu'une compensation totale du moment de flexion et donc des forces latérales, n'a lieu que dans cette position de construction. D'après cela, l'action de la compensation dépend donc de la charge et de la position, de sorte qu'en-dehors de la position de construction, l'action de la compensation ne se produit pas. Par le déport excentrique des coupelles de ressort ou l'implantation à déformation transversale du ressort, on doit influencer la direction et la position de la force du ressort, de façon telle que dans la position normale du véhicule, le moment de flexion sur la jambe de suspension, résultant de l'appui de roue, et ayant les conséquences néfastes connues, à savoir forces latérales, friction et usure dans le guidage de tige et sur le piston, soit compensé totalement ou partiellement. Le but de l'invention consiste à fournir une jambe de suspension, au choix avec ou sans régulation interne d'assiette, qui offre une compensation optimale de force transversale pour les différents états de charge. Conformément à l'invention, ce but est atteint pour une jambe de suspension guidant la roue associée et comportant une régulation interne d'assiette, par le

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fait que la coupelle de ressort coopérant avec l'extrémité de la tige de piston, est agencée de façon à être mobile par rapport à la tige de piston, à la

manière d'un joint de Cardan.

L'avantage réside ici dans le fait que l'on réagit à la force de sortie de la tige de piston, variable pour l'augmentation ou la diminution de la charge du véhicule, par une variation respective de l'angle d'inclinaison à la Cardan de la coupelle de ressort, en ce sens que l'axe d'appui de la coupelle de ressort s'étende de manière plus à plat en cas d'augmentation de la charge, et que son point

d'intersection avec le sol se déplace vers l'extérieur.

Cela conduit à l'action sur l'extrémité supérieure du ressort hélicoïdal, d'un moment de force à la Cardan, qui influence la compensation dans le sens positif souhaité. Dans le cas plus général de jambes de suspension guidant la roue associée, le but recherché est également atteint grâce au fait que la coupelle de ressort coopérant avec l'extrémité de la tige de piston, est agencée de façon à être mobile par rapport à la tige

de piston, à la manière d'un joint de Cardan.

Pour remédier aux inconvénients décrits, on propose de monter la coupelle de ressort supérieure ou la coupelle de ressort inférieure, ou les deux, de façon à ce qu'ils soient mobiles à la manière d'un joint de Cardan par rapport à la jambe de suspension, et de concevoir ce montage de façon telle, que soit produite une déviation à la Cardan de la ou des coupelles de ressort, qui conduit à un moment de force à la Cardan exercé sur les extrémités du ressort, et qui engendre une rotation de l'axe d'action du ressort dans le sens

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des exigences évoquées, dans la mesure nécessitée pour la conservation de la compensation de force transversale

au niveau de la jambe de suspension.

Ce comportement du palier d'appui peut être obtenu à l'aide des mêmes moyens que dans le cas de la

régulation d'assiette.

La différence par rapport à la solution à régulation d'assiette réside donc dans le fait que c'est la force du ressort elle-même, et non pas la force de sortie de la tige de piston (non existante en statique), qui actionne et commande le système à la Cardan du

palier d'appui.

En ce qui concerne le palier d'appui inférieur du ressort, la déviation à la Cardan doit s'effectuer dans le même sens de rotation que dans le haut, de sorte que dans le cas o l'on a appliqué la mesure des deux

côtés, il se produit une déformation en S du ressort.

Par ailleurs, il est prévu, dans l'optique de l'obtention de la mobilité à la manière d'un joint de Cardan, que le palier d'appui soit de configuration non symétrique, la tige de piston et ou le ressort hélicoïdal agissant de manière centrée sur le palier d'appui, ou bien que le palier d'appui soit de configuration symétrique, la tige de piston et/ou le ressort hélicoïdal agissant ici de manière excentrique sur le palier d'appui, ou bien encore que le palier d'appui soit de configuration symétrique, une déformation à la manière de celle d'un joint de Cardan étant effectuée dans le cas d'une charge axiale par la tige de piston et/ou le ressort hélicoïdal, ou une

combinaison de ces configurations.

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Selon une autre caractéristiques essentielle, il est prévu que l'extrémité de la tige de piston soit

réalisée au moins partiellement de manière sphérique.

Un autre mode de réalisation prévoit que la coupelle de ressort présente une surface d'appui au moins partiellement sphérique, qui coopère avec la zone

d'extrémité de la tige de piston.

Une autre possibilité de mouvement à la manière d'un joint de Cardan est prévue par le fait que la coupelle de ressort est en appui sur une partie

élastique du palier d'appui.

Selon un autre mode de réalisation, il est prévu que le ressort hélicoïdal soit disposé sur la jambe de suspension, par l'intermédiaire de la coupelle de ressort, de manière non symétrique par rapport à

l'axe central de la jambe de suspension.

Par ailleurs, il est prévu que le ressort hélicoïdal se déforme de manière non symétrique, en cas de charge, ou bien que la coupelle de ressort soit

déplacée par un dispositif alimenté de manière externe.

Il s'avère ici avantageux que le comportement souhaité du palier d'appui puisse être obtenu par une configuration correspondante non symétrique, mais également par un comportement en déformation non symétrique, en raison, par exemple, d'éléments d'appui ou de rigidification encastrés, ou bien d'une combinaison des deux, ou bien également par des propriétés d'élasticité du matériau différentes (duretés Shore) du palier d'appui. En outre, un tel palier d'appui réduit également de manière considérable, les rétroactions des forces d'amortissement dynamiques sur

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la friction, de sorte qu'un tel palier d'appui est également adapté à des jambes de suspension conventionnelles. Par ailleurs, il s'avère également avantageux qu'un tel palier d'appui soit équipé d'une assistance à alimentation externe, de sorte que la force de sortie de la tige de piston exerce par l'intermédiaire de ce dispositif, un moment de force à la Cardan, directement ou par l'intermédiaire du palier d'appui, sur la

coupelle de ressort.

Des exemples de réalisation de l'invention vont être décrits plus en détail dans la suite et sont représentés de manière schématique sur les dessins annexés, qui montrent: Fig.1 une jambe de suspension à régulation interne d'assiette, en vue de face; Fig.2 et 3 un palier d'appui supérieur, en commun avec la coupelle de ressort, à échelle agrandie; Fig. 4, 5 et 6 une représentation schématique du système formé par le palier d'appui; Fig.7 une représentation schématique de la statique d'un train à jambe de suspension d'une jambe de suspension conventionnelle selon l'état de la technique; Fig.8 un triangle des forces et la configuration statique d'une jambe de suspension conforme à l'invention, comportant une régulation interne d'assiette;

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Fig.9a et 9b un triangle des forces et la configuration statique d'une jambe de suspension. Sur la figure 1 est essentiellement représentée une jambe de suspension 1, qui est constituée d'un carter 9, d'un élément de fixation 10 pour la fixation au support de roue, ainsi que d'une tige de piston 2, d'un palier d'appui 3, d'un ressort

hélicoïdal 4 et d'une coupelle de ressort 5.

L'extrémité supérieure de la tige de piston 2 est pourvue d'une surface d'appui 6, qui est d'une configuration au moins partiellement sphérique, dans ce mode de réalisation même représentée sous forme de sphère complète, de sorte que la surface d'appui 6 peut effectuer, par rapport à la coupelle de ressort 5, un mouvement à la manière d'un joint de Cardan. L'axe central 8 de la jambe de suspension 1 s'écarte de l'axe central du ressort hélicoïdal 4, l'axe central du ressort hélicoïdal variant en cas de charge de la jambe de suspension, par le fait que la surface d'appui sphérique 6 effectue une variation de position par rapport à la coupelle de ressort 5. La partie élastique 7 du palier d'appui 3 est déformable, de sorte que le palier d'appui 3 peut suivre les mouvements de la

coupelle de ressort.

Les figures 2 et 3 montrent à échelle agrandie, le palier d'appui 3, la coupelle de ressort 5, le ressort hélicoïdal 4 et la tige de piston 2. La figure 3 laisse entrevoir, par rapport à la figure 2, que dans le cas d'une augmentation de la charge sur la jambe de suspension 1, la coupelle de ressort 5 peut effectuer un mouvement à la manière d'un joint de Cardan, de sorte que le ressort hélicoïdal 4 réagit par

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une déformation correspondante. Cela conduit à une variation de l'axe central du ressort hélicoïdal 4, de sorte que le prolongement fictif de l'axe central du ressort hélicoïdal 4 est déplacé vers l'extérieur au niveau du sol. La figure 4 montre un palier d'appui en deux parties, dans la partie intérieure duquel la tige de piston 2 s'appuie en étant articulée à la manière d'un joint de cardan, et cette partie intérieure s'appuyant, en commun avec la coupelle de ressort 5, sur la partie extérieure. L'élasticité à la Cardan de la partie intérieure n'est pas significative dans le contexte de l'invention, décisive est au contraire celle de la

partie extérieure.

Ce palier possède deux centres de rotation, le centre inférieur est le centre de rotation de la tige de piston dans la partie intérieure, tandis que le centre supérieur est le centre de rotation de la partie extérieure. Ces deux centres de rotation sont fonction de la conception et peuvent, le cas échéant également coïncider. Comme ce palier est d'une construction symétrique et est doté d'une tige de piston et d'un ressort agissant de manière centrée relativement au centre de rotation à la Cardan respectivement associé, une fonction conforme à l'invention ne peut être obtenue que par un comportement de déformation à la Cardan non symétrique et non reconnaissable sur le plan de la représentation graphique, aussi bien les forces exercées par la tige de piston que celles exercées par le ressort

ayant alors la même traversée du système à la Cardan.

Une différenciation entre les deux n'est donc

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pas possible dans ce cas.

La figure 5 montre le même palier présentant toutefois un déport excentrique nettement visible du palier intérieur et de son appui de tige de piston. L'excentricité rend possible une différenciation entre la tige de piston et le ressort quant à la traversée du

système à la Cardan.

En cas de symétrie totale de la partie extérieure quant à la configuration et au comportement en déformation, ce palier ne compenserait que les forces d'élasticité et d'amortissement hydropneumatiques

exercées par la tige de piston.

La figure 6 montre le même palier que la figure 4, présentant toutefois un déport excentrique nettement visible de la coupelle de ressort et du ressort. L'excentricité rend possible une différenciation entre la tige de piston et le ressort

quant à la traversée du système à la Cardan.

En cas de symétrie totale de la partie extérieure quant à la configuration et au comportement en déformation, ce palier ne compenserait que les forces exercées par le ressort, aussi bien en position de repos

que lors de mouvements de suspension.

Sur la figure 7 sont représentés, en tant qu'état de la technique, la cinématique et la statique d'un train à jambe de suspension, FR représentant la force de contact au sol de la roue, FQL la force de bras de suspension transversal, et FFB la force de jambe de suspension au niveau du palier d'appui supérieur. Il en résulte un triangle des forces conforme au tracé sur le côté droit de la figure. Comme l'axe central 8 de la

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jambe de suspension 1 ne coïncide pas avec la ligne d'action 11 de la force d'appui de la jambe de suspension, il en résulte une force latérale sur la tige de piston 2. Le but visé consiste compenser cette force latérale, ceci dans le cas d'une jambe de suspension à régulation interne d'assiette, dans tous les états de charge. La figure 8 montre un triangle des forces d'une jambe de suspension à régulation interne d'assiette, les désignations utilisées étant indiquées

dans la légende qui va suivre.

La partie droite de ce triangle des forces avec les indices 1, représente ici l'état de la jambe de suspension pour la charge nominale, dans lequel, grâce à une disposition et/ou à une configuration appropriée du ressort, celui-ci compense totalement avec sa force FTF1,

la force latérale sur la tige de piston.

Si le ressort agissait de manière coaxiale à la jambe de suspension, la force du ressort FTFO et la proportion d'effet porteur hydropneumatique FTNO serait de même direction, ce qui, en raison de l'équilibre, engendrerait une force latérale FSLO non souhaitée, sur

la tige de piston.

Lors de l'augmentation de la charge, il s'établit, après régulation de la position d'assiette, le triangle des forces situé à gauche avec les indices 2, similaire au triangle de forces situé à droite. La proportion de l'effet porteur du ressort mécanique additionnel reste identique (FTF2 = FTF1) et l'augmentation de charge est uniquement absorbée par une augmentation de la proportion de l'effet porteur hydropneumatique (FTN2 > FTN1) et une force latérale FSL2

apparaissant en supplément sur la tige de piston.

Grâce au déplacement conforme à l'invention, à la manière d'un joint de Cardan, de la coupelle de ressort, produit par la force de sortie de tige de piston accrue FTN2, la force du ressort FTF2 varie vers FTF3, ce qui fait disparaître totalement la force

latérale FSL2.

Légende FR = force de contact au sol de la roue FQL = force de bras de suspension transversal FFB = force de jambe de suspension globale au niveau du palier d'appui supérieur FN = force télescopique globale (de nivellement) de la jambe de suspension au niveau du palier d'appui supérieur (agit sur la tige de piston) FTN = proportion de l'effet porteur hydropneumatique de la jambe de suspension FSL = force latérale sur la tige de piston au niveau du palier d'appui supérieur FTF = force porteuse du ressort mécanique additionnel Indices O = charge nominale, pas de compensation 1 = charge nominale, compensation totale par un ressort additionnel désaxé 2 = augmentation de la charge avec compensation sur la base 1 3 = augmentation de la charge, compensation totale en désaxant davantage au moyen d'un mouvement de déplacement à la Cardan du palier d'appui

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Relations

-> -+ -

FR + FQL + FFB = 0

-> -+>-

FN = FTN + FSL

FFB = FTF + FN= FTF + FTN + FSL

La figure 9b montre un triangle de forces d'une jambe de suspension guidant la roue associée, de la figure 9a, sans régulation interne d'assiette, les désignations utilisées étant indiquées dans la légende

qui va suivre.

La partie droite de ce triangle des forces avec les indices 1 représente ici l'état de la jambe de suspension pour la charge nominale, à l'état de repos, dans lequel, grâce à des mesures appropriées analogues à la figure 8, la force latérale sur la tige de piston est

totalement compensée.

Lors de l'augmentation de la charge ou de l'enfoncement de la suspension, en-dehors de la variation de la grandeur des forces, la position des organes du train de suspension varient également, ce qui est reproduit sur la partie située à gauche du triangle des forces avec les indices 2. Il y est visible que pour maintenir la compensation, la force du ressort doit modifier sa direction de manière à ce que le point d'intersection de sa ligne d'action avec le sol se

déplace vers l'extérieur.

En réalité, la force du ressort FTF2 tourne dans la direction opposée en raison de la composante de

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force de suspension transversale, ce qui augmente davantage la force latérale FSL2 sur la tige de piston,

engendrée en raison de l'équilibre.

Dans le cas d'un appui distinct du ressort sur la structure ou coque, le centre extérieur des forces 4' de l'appui supérieur, situé à l'intersection de la force du ressort et de la force latérale sur la tige de piston, se déplace vers l'extérieur, ce qui réduit un peu l'augmentation de la force latérale, toutefois ne la

supprime pas.

Dans le cas d'un appui lié de manière fixe à la structure, du ressort et de la tige de piston, apparait la force latérale non réduite, mais le centre intérieur des forces 5 de la tige de piston, se situant au point d'intersection de la force du ressort et de la force de palier résultante, se déplace vers le bas, ce qui produit une diminution du bras de levier actif et des forces d'appui intérieures résultantes dans le

guidage de la tige et sur le piston.

Grâce au déplacement à la Cardan conforme à l'invention, de la coupelle de ressort, produit par la force de ressort accrue FTF2, la force de ressort FTF2 varie pour donner FTF3, ce qui fait disparaître

totalement la force latérale FSL2 non souhaitée.

Légende de la figure 9a 1 = axe de force en position normale, compensation totale 2 = axe de force, suspension enfoncée, compensation totale (consigne)

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3 = axe de force réel du ressort (état réel), suspension enfoncée 4 = centre extérieur de forces, palier d'appui supérieur, position normale et suspension enfoncée, avec coupelle de ressort liée de manière fixe 4' = centre extérieur de forces, palier d'appui supérieur, suspension enfoncée, coupelle de ressort séparée 5 = centre intérieur de forces, tige de piston, suspension enfoncée, coupelle de ressort liée de manière fixe Légende de la figure 9b FR = force de contact au sol de la roue FQL = force de bras de suspension transversal FM = force de jambe de suspension globale au niveau du palier d'appui supérieur FSL = force latérale sur la tige de piston au niveau du palier d'appui supérieur FTF = force porteuse résultante du ressort Indices 1 = position normale, compensation totale par ressort porteur décalé 2 = suspension enfoncée ou charge augmentée 3 = compensation totale de 2 par un mouvement de déplacement à la Cardan de la coupelle de ressort

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Relations

FR + FQL + FFB = 0

FFB = FTF + FSL

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Claims

REVENDICATIONS.

1. Jambe de suspension guidant la roue associée et comprenant une régulation interne d'assiette, constituée d'une jambe de suspension hydropneumatique à auto-pompage, d'une tige de piston prenant appui sur un palier d'appui supérieur, et d'un ressort hélicoïdal entre la jambe de suspension et le palier d'appui, le ressort étant fixé à chacun de ces deux derniers éléments par l'intermédiaire d'une coupelle de ressort respective, caractérisée en ce que la coupelle de ressort (5) coopérant avec l'extrémité de la tige de piston (2), est agencée de façon à être mobile par rapport à la tige de piston (2), à la manière

d'un joint de Cardan.

2. Jambe de suspension guidant la roue associée, comprenant une tige de piston prenant appui sur un palier d'appui supérieur, et un ressort hélicoïdal entre la jambe de suspension et le palier d'appui, le ressort étant fixé à chacun de ces deux derniers éléments par l'intermédiaire d'une coupelle de ressort respective, caractérisée en ce que la coupelle de ressort (5) coopérant avec l'extrémité de la tige de piston (2), est agencée de façon à être mobile par rapport à la tige de piston (2), à la manière d'un joint

de Cardan.

3. Jambe de suspension selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le palier d'appui (3) est de configuration symétrique, une déformation à la manière de celle d'un joint de Cardan étant effectuée dans le cas d'une charge axiale par la tige de piston

(2) et/ou le ressort hélicoïdal (4).

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4. Jambe de suspension selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le palier d'appui (3) est de configuration non symétrique, la tige de piston (2) et ou le ressort hélicoïdal (4) agissant de manière centrée sur le palier d'appui (3).

5. Jambe de suspension selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le palier d'appui (3) est de configuration symétrique, la tige de piston (2) et/ou le ressort hélicoïdal (4) agissant ici de manière

excentrique sur le palier d'appui (3).

6. Jambe de suspension selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'extrémité de la tige de piston (2) est réalisée au moins partiellement de

manière sphérique.

7. Jambe de suspension selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la coupelle de ressort (5) présente une surface d'appui (6) au moins partiellement sphérique, qui coopère avec la zone

d'extrémité de la tige de piston (2).

8. Jambe de suspension selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la coupelle de ressort (5) est en appui sur une partie élastique (7) du palier

d'appui (3).

9. Jambe de suspension selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le ressort hélicoïdal (5) est disposé sur la jambe de suspension (1), par l'intermédiaire de la coupelle de ressort (5), de manière non symétrique par rapport à l'axe central (8)

de la jambe de suspension (1).

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10. Jambe de suspension selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le ressort hélicoïdal (4)

se déforme de manière non symétrique, en cas de charge.

11. Jambe de suspension selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la coupelle de ressort (5) est déplacée par un dispositif alimenté de manière externe.

12. Jambe de suspension selon la revendication 2, caractérisée en ce que la coupelle de ressort inférieure (12) est agencée de façon à être mobile à la

manière d'un joint de Cardan.