FR3041400A1 - SUSPENSION SPRING OF MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
L'invention consiste en un ressort de compression (104) suivant un axe longitudinal (L), comprenant au moins une paroi déformable élastiquement (114) avec une épaisseur et un profil en zigzag le long de l'axe longitudinal ; la ou chacune des parois déformables élastiquement (114) présente, suivant l'axe longitudinal, au moins une variation de son épaisseur et/ou de son profil en zigzag de manière à présenter un comportement effort-déformation non linéaire. L'invention consiste, en outre, en un élément de suspension (102) comprenant un amortisseur (106) avec une tige (110) coulissant dans une cartouche (112) suivant un axe longitudinal (L) et un ressort de compression (104) fixé à la cartouche et s'étendant le long de la tige de l'amortisseur, le ressort étant conforme à l'invention.The invention consists of a compression spring (104) along a longitudinal axis (L), comprising at least one elastically deformable wall (114) with a thickness and a zigzag profile along the longitudinal axis; the or each of the elastically deformable walls (114) has, along the longitudinal axis, at least one variation of its thickness and / or its zigzag profile so as to exhibit a nonlinear stress-strain behavior. The invention further comprises a suspension member (102) comprising a damper (106) with a rod (110) sliding in a cartridge (112) along a longitudinal axis (L) and a compression spring (104) attached to the cartridge and extending along the rod of the damper, the spring being in accordance with the invention.
Description
RESSORT DE SUSPENSION DE VEHICULE AUTOMOBILE L’invention a trait au domaine de la liaison au sol de véhicule automobile. Plus particulièrement l’invention a trait au domaine de la suspension d’un véhicule automobile. L’invention a trait également de manière plus générale au domaine des ressorts de suspension de véhicule automobile.The invention relates to the field of the ground connection of a motor vehicle. More particularly, the invention relates to the field of suspension of a motor vehicle. The invention also relates more generally to the field of suspension springs of a motor vehicle.
La suspension d’un véhicule automobile est formée d’éléments de liaison élastiques entre la caisse du véhicule et les roues. Son usage est imposé par les irrégularités de la surface sur laquelle se déplace le véhicule. Elle permet de maintenir le contact entre les roues et le sol malgré les irrégularités ce qui est indispensable pour la tenue de route. Elle assure par ailleurs le confort de conduite.The suspension of a motor vehicle is formed of elastic connecting elements between the vehicle body and the wheels. Its use is imposed by the irregularities of the surface on which the vehicle moves. It helps maintain contact between the wheels and the ground despite the irregularities which is essential for handling. It also ensures driving comfort.
La figure 1 est une vue d’un élément de suspension 2 de véhicule automobile du type pseudo Macpherson selon l’état de l’art. La suspension comprend un ressort 4 et un amortisseur 6, le ressort formant avec l’amortisseur, un ensemble communément appelé jambe de force de la suspension en ce que cet ensemble soutient les parties suspendues du véhicule. Le ressort assure le soutien de la caisse, il est généralement de forme hélicoïdale et en acier. L’amortisseur limite les oscillations des parties en mouvement de la suspension et est généralement en acier. Une telle suspension est située à proximité de la roue 8, le ressort étant généralement situé au-dessus de la roue. Cette suspension est très largement répandue dans l’industrie automobile du fait de son rapport performance/coût fort intéressant. Cependant une telle suspension offre un confort limité en particulier en raison de la course de la suspension. Elle impacte par ailleurs le poids du véhicule ce qui est désavantageux en particulier lorsqu’elle est située au niveau du train avant.Figure 1 is a view of a motor vehicle suspension element 2 of the type pseudo Macpherson according to the state of the art. The suspension comprises a spring 4 and a damper 6, the spring forming with the damper, an assembly commonly called strut of the suspension in that this assembly supports the suspended parts of the vehicle. The spring provides support for the body, it is usually helical and steel. The damper limits the oscillations of the moving parts of the suspension and is generally made of steel. Such a suspension is located near the wheel 8, the spring being generally located above the wheel. This suspension is very widespread in the automotive industry because of its very interesting performance / cost ratio. However, such a suspension offers a limited comfort especially because of the race of the suspension. It also affects the weight of the vehicle which is disadvantageous especially when it is located at the front end.
Le document de brevet GB2 197 424B1 divulgue une suspension de véhicule automobile comprenant un assemblage à ressorts et un amortisseur. Les ressorts de l’assemblage sont formés d’un ruban de matériau composite en forme de zigzag. L’assemblage comprend à chaque extrémité un élément de fixation des ressorts. Les extrémités des rubans formant les ressorts sont encastrés dans les éléments de fixation afin d’assurer une déformation homogène des rubans en question. L’utilisation de matériau composite est intéressante notamment en ce que le ou les ressorts peuvent être plus légers, ce qui est particulièrement intéressant pour les masses dites non-suspendues d’un train roulant de véhicule.GB2 197 424B1 discloses a motor vehicle suspension comprising a spring assembly and a damper. The springs of the assembly are formed of a zigzag-shaped composite material ribbon. The assembly comprises at each end a fixing element of the springs. The ends of the ribbons forming the springs are embedded in the fastening elements to ensure a homogeneous deformation of the ribbons in question. The use of composite material is interesting in particular that the spring or springs can be lighter, which is particularly interesting for so-called unsprung masses of a vehicle running gear.
Le document de brevet FR 2 805 868 A1 divulgue un ressort de compression suivant un axe longitudinal notamment de suspension automobile et comprenant une paroi avec des ouvertures latérales. Les ouvertures latérales forment des cellules déformables par compression du ressort. Le ressort peut former un tube cylindrique ou conique et les cellules peuvent être de diverses formes. Cet enseignement est intéressant en ce que le ressort de compression est favorable au poids de la suspension, il peut par ailleurs améliorer le potentiel de confort de conduite du véhicule grâce en particulier aux formes possibles données au ressort et aux cellules. Il est cependant coûteux en particulier en raison de sa forme complexe. L’invention a pour objectif de proposer une solution palliant au moins un inconvénient de l’état de la technique, en particulier de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de proposer une solution de suspension qui améliore le potentiel de confort de conduite et qui soit économique. L’invention a pour objet un ressort de compression suivant un axe longitudinal, comprenant au moins une paroi déformable élastiquement avec une épaisseur et au moins un profil en zigzag le long de l’axe longitudinal ; remarquable en ce que la ou chacune des parois déformables élastiquement présente, suivant l’axe longitudinal, au moins une variation de son épaisseur et/ou de son profil en zigzag de manière à présenter un comportement effort-déformation non linéaire.The patent document FR 2 805 868 A1 discloses a compression spring along a longitudinal axis including automotive suspension and comprising a wall with lateral openings. The lateral openings form cells deformable by compression of the spring. The spring may form a cylindrical or conical tube and the cells may be of various shapes. This teaching is interesting in that the compression spring is favorable to the weight of the suspension, it can also improve the driving comfort potential of the vehicle thanks in particular to the possible shapes given to the spring and the cells. It is however expensive especially because of its complex shape. The object of the invention is to propose a solution that overcomes at least one drawback of the state of the art, in particular of the state of the art mentioned above. More particularly, the invention aims to provide a suspension solution that improves the driving comfort potential and is economical. The invention relates to a compression spring along a longitudinal axis, comprising at least one elastically deformable wall with a thickness and at least one zigzag profile along the longitudinal axis; remarkable in that the or each of the elastically deformable walls has, along the longitudinal axis, at least one variation of its thickness and / or its zigzag profile so as to exhibit a nonlinear stress-strain behavior.
Le nombre de variation de l’épaisseur et/ou du profil peut être supérieur à deux. La ou les variations peuvent être continues.The number of variation of the thickness and / or the profile may be greater than two. The variation or variations may be continuous.
Selon un mode avantageux de l’invention, la ou les variations du profil en zigzag de la ou des parois déformables élastiquement comprennent une ou plusieurs variations de hauteur dudit profil, ladite ou lesdites variations étant préférentiellement de plus de 10%, plus préférentiellement de plus de 20%.According to an advantageous embodiment of the invention, the one or more variations of the zig-zag profile of the elastically deformable wall or walls comprise one or more height variations of said profile, said one or more variations preferably being greater than 10%, more preferably more 20%.
Par hauteur du profil en zigzag, on entend la hauteur entre les sommets du profil, selon une direction généralement perpendiculaire à l’axe longitudinal.The height of the zigzag profile means the height between the vertices of the profile, in a direction generally perpendicular to the longitudinal axis.
Avantageusement, la ou les variations d’épaisseur de la ou des parois déformables élastiquement sont de plus de 10%, plus préférentiellement de plus de 20%.Advantageously, the thickness variation (s) of the elastically deformable wall (s) are more than 10%, more preferably more than 20%.
Selon un mode avantageux de l’invention, le ou chacun des profils en zigzag comprend, suivant l’axe longitudinal, une portion principale d’une première raideur moyenne ki et une portion secondaire d’une deuxième raideur moyenne k2 supérieure à la première raideur moyenne k1; ladite portion secondaire servant de butée élastique lorsque la portion principale est dans un état comprimé, la hauteur moyenne de la portion principale du profil en zigzag étant préférentiellement supérieure à la hauteur moyenne de la portion secondaire, préférentiellement supérieure à 200% de la hauteur moyenne de la portion secondaire. Le comportement effort-déformation de la portion principale et/ou de la portion secondaire peut être non-linéaire, c’est-à-dire présenter une raideur variable avec la déformation.According to an advantageous embodiment of the invention, the or each of the zigzag profiles comprises, along the longitudinal axis, a main portion of a first average stiffness ki and a secondary portion of a second average stiffness k2 greater than the first stiffness average k1; said secondary portion acting as an elastic stop when the main portion is in a compressed state, the average height of the main portion of the zigzag profile being preferentially greater than the average height of the secondary portion, preferably greater than 200% of the average height of the the secondary portion. The stress-strain behavior of the main portion and / or of the secondary portion may be non-linear, that is to say have a variable stiffness with the deformation.
Avantageusement, le nombre de zigzags de la portion principale du profil en zigzag est supérieur au nombre de zigzags de la portion secondaire.Advantageously, the number of zigzags of the main portion of the zigzag profile is greater than the number of zigzags of the secondary portion.
Avantageusement, c’est la différence de hauteur et/ou du nombre de zigzags entre la portion principale et la portion secondaire qui assure la différence de raideur.Advantageously, it is the difference in height and / or the number of zigzags between the main portion and the secondary portion that ensures the difference in stiffness.
Selon un mode avantageux de l’invention, chacune des parois déformables élastiquement présente une section transversale droite.According to an advantageous embodiment of the invention, each of the elastically deformable walls has a right cross section.
Selon un mode avantageux de l’invention, les parois déformables élastiquement forment deux profils en zigzag le long de l’axe longitudinal, lesdits profils étant opposés par rapport audit axe. Les deux profils sont avantageusement symétriques par rapport à un plan comprenant l’axe longitudinal.According to an advantageous embodiment of the invention, the elastically deformable walls form two zigzag profiles along the longitudinal axis, said profiles being opposite with respect to said axis. The two profiles are advantageously symmetrical with respect to a plane comprising the longitudinal axis.
Selon un mode avantageux de l’invention, la paroi déformable élastiquement présente une section transversale circulaire.According to an advantageous embodiment of the invention, the elastically deformable wall has a circular cross section.
Selon un mode avantageux de l’invention, la ou chacune des parois déformables élastiquement est en matériau composite, préférentiellement à matrice organique. L’invention a également pour objet un élément de suspension pour véhicule automobile, comprenant : un amortisseur avec une tige coulissant dans une cartouche suivant un axe longitudinal ; un ressort de compression fixé à la cartouche et s’étendant le long de la tige de l’amortisseur ; remarquable en ce que le ressort est conforme à l’invention.According to an advantageous embodiment of the invention, the or each of the elastically deformable walls is made of composite material, preferably with an organic matrix. The invention also relates to a suspension element for a motor vehicle, comprising: a damper with a rod sliding in a cartridge along a longitudinal axis; a compression spring attached to the cartridge and extending along the damper rod; remarkable in that the spring is in accordance with the invention.
Selon un mode avantageux de l’invention, la portion secondaire du ou des profils en zigzag de la ou des parois déformables élastiquement du ressort est située longitudinalement à hauteur de la cartouche.According to an advantageous embodiment of the invention, the secondary portion of the zigzag profile (s) of the elastically deformable wall (s) of the spring is located longitudinally at the height of the cartridge.
Selon un mode avantageux de l’invention, la cartouche comprend une zone de fixation d’une barre anti-dévers, ladite zone étant située longitudinalement à hauteur de la portion secondaire du ou des profils en zigzag de la ou des parois déformables élastiquement du ressort, ladite ou lesdites parois formant une ouverture à hauteur de ladite zone de fixation en vue du passage de la barre anti-dévers.According to an advantageous embodiment of the invention, the cartridge comprises a zone for fixing an anti-roll bar, said zone being situated longitudinally at the level of the secondary portion of the zigzag profile or profiles of the elastically deformable wall or walls of the spring. said one or more walls forming an opening at a height of said attachment area for passage of the anti-roll bar.
Selon un mode avantageux de l’invention, l’ouverture à hauteur de la zone de fixation d’une barre anti-dévers est une première ouverture, la paroi formant au moins un ou plusieurs deuxièmes ouvertures, préférentiellement à l’opposé de ladite première ouverture par rapport à l’axe longitudinal. L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant des éléments de suspension liés aux roues, caractérisé en ce que les éléments de suspension sont conformes à l’invention, chacune des cartouches étant fixée à une roue.According to an advantageous embodiment of the invention, the opening at the height of the fastening zone of an anti-roll bar is a first opening, the wall forming at least one or more second openings, preferentially the opposite of said first opening relative to the longitudinal axis. The invention also relates to a motor vehicle comprising suspension elements linked to the wheels, characterized in that the suspension elements are in accordance with the invention, each of the cartridges being attached to a wheel.
Les mesures de l’invention sont intéressantes en ce que le ressort de la suspension présente un comportement progressif et améliore ainsi le potentiel de confort de conduite du véhicule. En particulier, le ressort comprend une portion principale destinée à assurer le soutien de la caisse et présentant un comportement progressif, et une portion secondaire servant de butée élastique lorsque la portion principale est dans un état comprimé et présentant un comportement progressif ce qui est particulièrement avantageux. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description et des dessins parmi lesquels : - La figure 1 est une vue d’un élément de suspension selon l’état de l’art ; - La figure 2 illustre un élément de suspension selon un premier mode de réalisation de l’invention ; - La figure 3 illustre un élément de suspension selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;The measurements of the invention are interesting in that the spring of the suspension exhibits a progressive behavior and thus improves the driving comfort potential of the vehicle. In particular, the spring comprises a main portion intended to provide the support of the body and having a progressive behavior, and a secondary portion serving as an elastic stop when the main portion is in a compressed state and having a progressive behavior which is particularly advantageous . Other features and advantages of the present invention will be better understood from the description and drawings in which: FIG. 1 is a view of a suspension element according to the state of the art; FIG. 2 illustrates a suspension element according to a first embodiment of the invention; FIG. 3 illustrates a suspension element according to a second embodiment of the invention;
La figure 1 est une vue d’un élément de suspension selon l’état de la technique. La figure 1 a déjà été décrite en relation avec la discussion de l’état de la technique.Figure 1 is a view of a suspension element according to the state of the art. Figure 1 has already been described in connection with the discussion of the state of the art.
La figure 2 illustre un élément de suspension selon un premier mode de réalisation. Elle présente trois vues de l’élément de suspension 102. L’élément de suspension comprend un amortisseur 106 avec une tige 110 coulissant dans une cartouche 112 suivant un axe longitudinal L et un ressort de compression 104 fixé à la cartouche 112 et s’étendant le long de la tige 110 de l’amortisseur. Le ressort 104 est un ressort de compression suivant l’axe longitudinal L et qui comprend deux parois déformables élastiquement 114 formant deux profils en zigzag le long de l’axe longitudinal L et opposés par rapport à l’axe longitudinal. Chacun des profils en zigzag comprend, suivant l’axe longitudinal, une portion principale 1141 d’une première raideur moyenne ki et une portion secondaire 1142 d’une deuxième raideur moyenne k2 supérieure à la première raideur moyenne ki. La portion secondaire 1142 de raideur moyenne supérieure sert de butée élastique lorsque la portion principale 1141 est dans un état comprimé. La deuxième raideur moyenne k2 de la portion secondaire peut être supérieure à 200% de la première raideur moyenne, préférentiellement supérieure à 300% de la première raideur moyenne. Aussi, la hauteur moyenne h-ι de la portion principale de chacun des profils en zigzag, est supérieure à la hauteur moyenne h2 de la portion secondaire de chacun des profils en zigzag, préférentiellement supérieure à 200% de ladite hauteur moyenne h2. En outre, chacune des parois déformables élastiquement présente une section transversale droite. En l’occurrence, le ressort est en matériau composite à matrice organique. Cette mesure est favorable pour réduire la masse de l’élément de suspension. Les deux parois 114 du ressort peuvent par ailleurs être d’un seul tenant, par exemple par moulage par injection, cette mesure étant favorable au coût de fabrication du ressort.Figure 2 illustrates a suspension element according to a first embodiment. It has three views of the suspension element 102. The suspension element comprises a damper 106 with a rod 110 sliding in a cartridge 112 along a longitudinal axis L and a compression spring 104 attached to the cartridge 112 and extending along the rod 110 of the damper. The spring 104 is a compression spring along the longitudinal axis L and which comprises two elastically deformable walls 114 forming two zigzag profiles along the longitudinal axis L and opposite with respect to the longitudinal axis. Each of the zigzag profiles comprises, along the longitudinal axis, a main portion 1141 of a first average stiffness ki and a secondary portion 1142 of a second average stiffness k2 greater than the first average stiffness ki. The secondary portion 1142 of upper middle stiffness serves as an elastic stop when the main portion 1141 is in a compressed state. The second average stiffness k2 of the secondary portion may be greater than 200% of the first average stiffness, preferably greater than 300% of the first average stiffness. Also, the average height h-ι of the main portion of each of the zigzag profiles is greater than the average height h2 of the secondary portion of each of the zigzag profiles, preferably greater than 200% of said average height h2. In addition, each of the elastically deformable walls has a straight cross section. In this case, the spring is made of organic matrix composite material. This measure is favorable for reducing the mass of the suspension element. The two walls 114 of the spring may also be integral, for example by injection molding, this measure being favorable to the cost of manufacturing the spring.
Chacune des portions principale 1141 et secondaire 1142 peut présenter des variations d’épaisseur de la paroi et/ou du profil en zigzag, de manière à présenter un comportement effort-déformation non linéaire. Avantageusement, le comportement non-linéaire est tel que la raideur instantanée augmente avec la déformation en compression. Cela permet ainsi d’obtenir un comportement progressif, ce qui est particulièrement intéressant.Each of the main 1141 and secondary 1142 portions may have variations in thickness of the wall and / or the zigzag profile, so as to have a nonlinear stress-strain behavior. Advantageously, the non-linear behavior is such that the instantaneous stiffness increases with the deformation in compression. This allows to obtain a progressive behavior, which is particularly interesting.
On peut observer que la portion secondaire 1142 de chacun des profils en zigzag des parois déformables élastiquement du ressort est en l’occurrence située longitudinalement à hauteur de la cartouche 112. On peut par ailleurs observer que la cartouche comprend une zone de fixation 120 d’une barre anti-dévers (non représentée). Cette zone de fixation est située à hauteur de la portion secondaire 1142 des profils en zigzag des parois déformables élastiquement 114. Les parois forment ainsi une ouverture 122 à hauteur de la zone de fixation en vue du passage de la barre anti-dévers.It can be observed that the secondary portion 1142 of each of the zigzag profiles of the resiliently deformable walls of the spring is in this case located longitudinally at the height of the cartridge 112. It may furthermore be observed that the cartridge comprises a fixing zone 120 of an anti-roll bar (not shown). This attachment zone is situated at the level of the secondary portion 1142 of the zigzag profiles of the elastically deformable walls 114. The walls thus form an opening 122 at the level of the attachment zone for the passage of the anti-roll bar.
Le deuxième mode de réalisation de l’invention va être décrit en référence à la figure 3. Les numéros de référence du premier mode de la figure 2 sont utilisés pour désigner les éléments identiques ou correspondants, ces numéros étant toutefois majorés de 100 afin de bien distinguer les modes de réalisation.The second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 3. The reference numbers of the first mode of FIG. 2 are used to designate the identical or corresponding elements, these numbers being however increased by 100 in order to distinguish the embodiments.
La figure 3 présente selon deux vues un élément de suspension 202 conforme à l’invention et dans un deuxième mode de réalisation de l’invention. La vue de gauche est une vue en plan et la vue de droite est une vue en coupe longitudinale de l’élément de suspension. On peut observer que l’élément de suspension 202 comprend un amortisseur 206 avec une tige coulissant 210 dans une cartouche 212 suivant un axe longitudinal L. L’élément de suspension 202 comprend aussi un ressort 204 qui est fixé à la cartouche et qui s’étend le long de la tige 210 de l’amortisseur. Dans le mode de réalisation ici présenté le ressort 204 comprend une paroi déformable élastiquement 214 avec un profil en zigzag le long de l’axe longitudinal, la paroi présentant une section transversale circulaire. On peut observer que conformément à l’invention, le profil en zigzag comprend, suivant l’axe longitudinal, une portion principale 2141 d’une première raideur moyenne ki et une portion secondaire 2142 d’une deuxième raideur moyenne k2 supérieure à la première moyenne ki et servant de butée élastique lorsque la première portion est dans un état comprimé. La deuxième raideur moyenne k2 peut être supérieure à 200% de la première raideur moyenne k1, préférentiellement supérieure à 300% de la première raideur moyenne ki. On peut aussi observer que la hauteur moyenne de la portion principale du profil en zigzag est supérieure à la hauteur moyenne de la portion secondaire, préférentiellement supérieure à 200% de la hauteur moyenne de la portion secondaire. La paroi 214 peut être en matériau composite, par exemple à matrice organique. La paroi peut être venue par moulage à injection.Figure 3 shows in two views a suspension element 202 according to the invention and in a second embodiment of the invention. The left view is a plan view and the right view is a longitudinal section view of the suspension member. It can be seen that the suspension element 202 comprises a damper 206 with a sliding rod 210 in a cartridge 212 along a longitudinal axis L. The suspension element 202 also comprises a spring 204 which is attached to the cartridge and which extends along the rod 210 of the damper. In the embodiment presented here the spring 204 comprises an elastically deformable wall 214 with a zigzag profile along the longitudinal axis, the wall having a circular cross section. It can be observed that according to the invention, the zigzag profile comprises, along the longitudinal axis, a main portion 2141 of a first average stiffness ki and a secondary portion 2142 of a second average stiffness k2 greater than the first average ki and serving as an elastic stop when the first portion is in a compressed state. The second average stiffness k2 may be greater than 200% of the first average stiffness k1, preferably greater than 300% of the first average stiffness ki. It can also be observed that the average height of the main portion of the zigzag profile is greater than the average height of the secondary portion, preferably greater than 200% of the average height of the secondary portion. The wall 214 may be made of a composite material, for example an organic matrix. The wall can be made by injection molding.
On peut observer que la portion secondaire 2142 du profil en zigzag de la paroi déformable élastiquement 214 est située longitudinalement à hauteur de la cartouche 212. En l’occurrence, la cartouche comprend une zone de fixation 220 d’une barre anti-dévers (non représentée) et qui est située longitudinalement à hauteur de la portion secondaire du profil en zigzag de la paroi déformable élastiquement du ressort. On peut aussi observer que la paroi 214 forme une ouverture 222 à hauteur de la zone de fixation 220 en vue du passage de la barre anti-dévers. Cette ouverture prend en l’occurrence la forme d’une lumière s’étendant dans la direction longitudinale.It can be observed that the secondary portion 2142 of the zigzag profile of the elastically deformable wall 214 is located longitudinally at the height of the cartridge 212. In this case, the cartridge comprises a fastening zone 220 of a roll bar (no shown) and which is located longitudinally at the height of the secondary portion of the zigzag profile of the elastically deformable wall of the spring. It can also be observed that the wall 214 forms an opening 222 up to the attachment zone 220 for the passage of the anti-roll bar. This opening takes the form of a light extending in the longitudinal direction.
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