INTEGREE

Domaine technique de l'invention

L'invention concerne le domaine des trains roulants à suspension à roues indépendantes pour véhicule automobile.

L'invention a pour objet plus particulièrement un demi-train roulant à suspension à roues indépendantes pour véhicule automobile, comprenant un bras oscillant associé à la roue dudit demi train, des éléments d'articulation assurant un montage à pivotement du bras oscillant sur la caisse et des éléments de suspension interposés entre le bras oscillant et la caisse et assurant une fonction de suspension avec reprise d'efforts entre la caisse et la roue associée audit bras oscillant.

État de la technique

L'invention concerne le domaine des trains roulants à suspension à roues indépendantes pour véhicule automobile. Autrement dit, il s'agit du domaine des trains roulants où les bras oscillants qui supportent les roues à leurs extrémités distales sont indépendants. Dans le cas d'une suspension à roues indépendantes, la masse des pièces non suspendues reste très faible. Lors des mouvements de la suspension, les roues du train n'exercent aucune influence l'une sur l'autre. Seule une barre antiroulis ou barre stabilisatrice classique dans ce domaine peut facultativement relier les deux bras oscillants indépendants. Il s'agit par exemple de la solution décrite dans le document FR2726227A1 . Ainsi, le domaine concerné par l'invention est à ne pas confondre et exclut celui des trains roulants mettant en œuvre un essieu rigide dans lequel les deux bras oscillants ne sont pas indépendants et sont au contraire reliés par une traverse rigide de liaison liant leurs mouvements de débattement. Contrairement au domaine des trains roulants conférant une suspension à roues indépendantes, les deux roues du train sont reliées entre elles par une liaison rigide et l'essieu formé par la traverse et les deux bras oscillants solidaires entre eux supporte la carrosserie par l'intermédiaire d'éléments de suspension.

D'autre part, le domaine des trains roulants à suspensions à roues indépendantes est à ne pas confondre et exclut celui des trains roulants mettant en œuvre un essieu semi-rigide dans lequel les deux bras oscillants ne sont pas indépendants et sont au contraire reliés par une traverse rigide de liaison ayant une élasticité en torsion autorisant une certaine indépendance de mouvement des bras oscillants et donc des roues. Contrairement au domaine des trains roulants conférant une suspension à roues indépendantes, les deux roues du train à essieu semi- rigide sont reliées entre elles par une liaison semi-rigide et l'essieu formé par la traverse et les deux bras oscillants solidaires entre eux supporte la carrosserie par l'intermédiaire d'éléments de suspension. Les essieux semi-rigides sont souvent employés comme essieux arrière sur les véhicules à traction, l'essieu arrière étant conçu de manière à réduire au minimum les masses non suspendues. Il s'agit par exemple des solutions décrites dans les documents FR2849407A1 et EP0956984A1 où les éléments de suspension comprennent des articulations élastiques de liaison entre les bras oscillants longitudinaux de l'essieu et la caisse du véhicule, aptes au montage à pivotement des bras selon un axe transversal et à être sollicitées en torsion autour de cet axe de sorte à contribuer à la reprise de la charge. II convient de préciser que la nature, la fonction et la structure des traverses utilisées dans le domaine des essieux rigides et des essieux semi-rigides sont très différentes de celles correspondant à la barre stabilisatrice utilisée éventuellement dans le cadre du domaine de l'invention, c'est-à-dire celui des suspensions à roues indépendantes. En effet, le niveau d'indépendance entre les bras oscillants conféré par une barre stabilisatrice est nettement supérieur à celui conféré par une traverse rigide.

Les problématiques de dimensionnement, de conception, de reprise des forces motrices, des forces de freinage, des forces latérales et des forces verticales par les éléments de suspension sont très différentes dans le domaine des suspensions à roues indépendantes par rapport à celles des domaines des essieux rigides et semi-rigides.

Dans le domaine des trains roulants à suspension à roues indépendantes, concerné par l'invention, chaque bras oscillant est associé à l'une des roues du train et est indépendant de l'autre bras oscillant. L'extrémité proximale du bras oscillant est montée à pivotement, par l'intermédiaire d'éléments d'articulation, sur un élément de support appartenant à la caisse selon un axe longitudinal dans le cas d'un bras oscillant transversal ou selon un axe transversal dans le cas d'un bras oscillant longitudinal. Ces éléments d'articulation sont classiquement des articulations ou plots élastiques, notamment élastomériques, jouant un rôle de filtrage favorable au confort, en sus du degré de liberté en pivotement. En outre, on peut conférer à ces articulations des fonctions de guidage assez élaborées en maîtrisant leur déformation sous les sollicitations de service, pour réaliser par exemple des roues auto-directionnelles dont le plan se braque légèrement sous le seul effet des transferts d'appui sur le sol.

Leur contribution à la reprise de la charge dans la fonction de suspension est négligeable, de l'ordre du pour-cent. En fait, leur contribution à la reprise de la charge, faible et inhérente, n'intervient absolument pas dans le dimensionnement de la suspension. Les éléments de suspension, dans le cadre des trains roulants à suspension à roues indépendantes, sont classiquement formés par des ressorts hélicoïdaux ou par des lames de ressort liant l'extrémité distale du bras oscillant à un élément de la caisse, ce qui représente des problèmes de poids, d'encombrement, de réglage et de montage-démontage dans certaines conditions.

Objet de l'invention Le but de la présente invention est de proposer une solution de suspension à roues indépendantes qui remédie aux inconvénients listés ci-dessus.

Notamment, un objet de l'invention est de fournir un demi-train roulant à suspension à roues indépendantes pour véhicule automobile, qui soit : compact,

peu onéreux,

léger,

facile à monter à et à démonter,

- facile à régler.

Cet objet peut être atteint par un demi-train roulant à suspension à roues indépendantes pour véhicule automobile, comprenant un bras oscillant associé à la roue dudit demi-train, des éléments d'articulation assurant un montage à pivotement du bras oscillant sur la caisse et des éléments de suspension interposés entre le bras oscillant et la caisse et assurant une fonction de suspension avec reprise d'efforts entre la caisse et la roue associée audit bras oscillant, les éléments de suspension étant constitués par les éléments d'articulation. De préférence, le demi-train roulant comprend un plot élastiquement déformable constituant en même temps les éléments d'articulation et les éléments de suspension. Les éléments de suspension peuvent être intégrés dans le bras oscillant.

Les éléments d'articulation peuvent notamment assurer un montage à pivotement du bras oscillant par rapport à la caisse selon un axe de pivotement orienté dans une direction longitudinale du véhicule de sorte que le bras oscillant est un bras oscillant transversal se déplaçant dans un plan défini par les directions verticale et transversale du véhicule.

Le bras oscillant peut comprendre une extrémité distale destinée à assurer la fixation de la roue associée et deux extrémités proximales reliées à la caisse par l'intermédiaire des éléments d'articulation en deux points de liaison distincts de la caisse, les extrémités distale et proximales étant disposées selon un triangle.

Les éléments d'articulation peuvent comprendre, au niveau d'au moins l'un desdits deux points de liaison, un plot élastiquement déformable sollicité en torsion autour de l'axe de pivotement du bras oscillant et ayant une raideur de torsion telle que le plot élastiquement déformable génère un moment de rappel fournissant les efforts de suspension nécessaires pour conférer ladite fonction de suspension.

Préférentiellement, les éléments de suspension comprennent un moyen d'ajustement en précontrainte de torsion du plot élastiquement déformable dans une position angulaire donnée du bras oscillant. Notamment, le moyen d'ajustement en précontrainte peut comprendre un palier de fixation susceptible d'être rendu solidaire angulairement avec le plot élastiquement déformable autour de l'axe de pivotement du bras oscillant, la position angulaire occupée par le palier de fixation par rapport au plot élastiquement déformable autour dudit axe de pivotement lorsqu'ils sont rendus solidaires étant réglables et le palier de fixation et le plot élastiquement déformable occupant des positions angulaires prédéterminées, autour dudit axe de pivotement, respectivement par rapport à la caisse et par rapport au bras oscillant.

Un train roulant avant ou arrière à suspensions à roues indépendantes pour véhicule automobile peut comprendre deux tels demi-trains roulant fixés en deux zones distinctes de la caisse décalées dans la direction transversale du véhicule. Un véhicule automobile peut comprendre un tel train roulant avant et/ou un tel train roulant arrière.

Il peut être mis en œuvre un procédé de montage d'un tel demi-train sur une caisse de véhicule automobile, comprenant une étape d'ajustement en précontrainte de torsion des éléments de suspension dans une position donnée du bras oscillant puis une étape d'application de ladite précontrainte en torsion aux éléments de suspension mise en œuvre par une étape de fixation du bras oscillant sur la caisse au niveau des éléments d'articulation.

Description sommaire des dessins

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de demi-train roulant arrière selon l'invention,

- la figure 2 est une vue identique à la figure 1 , la roue étant supprimée, - la figure 3 illustre en perspective le moyeu utilisé dans la solution des figures 1 et 2,

- et la figure 4 est une vue en coupe longitudinale-verticale du demi train selon un plan de coupe passant par l'articulation du bras oscillant sur la caisse.

Description de modes préférentiels de l'invention

La description qui va suivre est faite en référence à un repère orthonormé (X, Y,Z) associé classiquement à un véhicule automobile, dans lequel X est la direction longitudinale horizontale avant-arrière du véhicule, Y est la direction transversale droite-gauche qui est horizontale et perpendiculaire à X, et Z est la direction verticale conjointement perpendiculaire aux directions X et Y.

De manière générale, l'invention porte sur un demi-train roulant à suspension à roues indépendantes pour véhicule automobile. Comme indiqué précédemment, elle sort donc totalement du cadre du domaine des suspensions à essieux rigides ou semi-rigides. Par contre, elle concerne aussi un train roulant avant ou arrière à suspensions à roues indépendantes pour véhicule automobile comprenant deux tels demi-trains fixés en deux zones distinctes de la caisse décalées dans la direction transversale du véhicule. De manière facultative, un tel train roulant peut alors comprendre une barre stabilisatrice non représentée reliant les deux bras oscillants des deux demi-trains. Enfin, l'invention concerne un véhicule automobile comprenant un tel train roulant avant et/ou un tel train roulant arrière.

Les figures 1 à 4 illustrent le cas particulier d'un demi-train roulant 10 à suspension à roues indépendantes pour train roulant arrière de véhicule automobile. Autrement dit, il s'agit d'un demi-train roulant 10 assurant la liaison entre une roue arrière du véhicule automobile et la caisse ou le châssis du véhicule automobile.

Il convient donc de préciser une fois encore que de manière indifférente, le demi-train roulant selon l'invention, à suspension à roues indépendantes, pourrait être pour la constitution d'un train roulant avant. Autrement dit, il s'agirait alors d'un demi-train roulant assurant la liaison entre une roue avant du véhicule automobile et la caisse ou le châssis du véhicule automobile.

Le demi-train roulant 10 comprend une roue 12, ici arrière, et un bras oscillant 1 1 associé à la roue 12. Des éléments d'articulation assurent un montage à pivotement du bras oscillant 1 1 sur une partie latérale 13 d'un berceau 14 appartenant à la caisse et des éléments de suspension décrits plus loin interposés entre le bras oscillant 1 1 et la caisse de sorte à assurer une fonction de suspension avec reprise d'efforts entre la caisse et la roue 12 associée au bras oscillant 1 1 . Grâce à la structure décrite plus loin, le demi-train roulant 10 présente la particularité que les éléments de suspension sont interposés entre la roue et la même partie de la caisse que celle où le bras 1 1 est articulé, c'est-à-dire ici la partie latérale 13.

Le demi-train roulant 10 peut aussi comporter un arbre de transmission 15 interposé entre le moyeu de la roue 12 et un moteur d'entraînement, par exemple un moteur électrique (non représenté) supporté par le berceau 14.

Selon une caractéristique importante, les éléments de suspension sont constitués par les éléments d'articulation. Cette solution améliore la compacité, le coût et le poids du demi-train roulant par rapport aux demi- trains roulant à suspension à roues indépendantes dans lesquels les éléments de suspension sont classiquement constitués par des ressorts hélicoïdaux ou par des lames de ressort liant l'extrémité distale du bras oscillant à un élément de la caisse distinct de l'élément où est articulé le bras à son extrémité proximale. Pour parvenir à ce résultat, le demi-train roulant 10 comprend de préférence un plot élastiquement déformable 17 constituant en même temps les éléments d'articulation et les éléments de suspension. La conception de ce plot 17 doit être réalisée de sorte à s'assurer qu'il puisse répondre conjointement à la première fonction d'articulation du bras oscillant 1 1 sur la caisse et à la deuxième fonction de suspension nécessitant la fourniture d'un couple de rappel appliqué au bras de suspension dès qu'il s'écarte d'une position angulaire donnée autour de l'axe de pivotement qui ait une valeur suffisante pour remplir la fonction de suspension.

De préférence, les éléments de suspension sont intégrés dans le bras oscillant 1 1 , au niveau de l'extrémité proximale du bras oscillant 1 1 au niveau de laquelle il est articulé à pivotement sur la caisse. Dans un mode particulier avantageux mais non exclusif, les éléments d'articulation assurent un montage à pivotement du bras oscillant 1 1 par rapport à la caisse selon un axe de pivotement D orienté dans la direction longitudinale X du véhicule de sorte que le bras oscillant 1 1 est un bras oscillant dit « transversal » se déplaçant dans un plan défini par les directions verticale Z et transversale Y du véhicule. Toutefois, l'orientation de l'axe de pivotement D peut être différente, par exemple selon la direction Y.

Le bras oscillant 1 1 comprend une extrémité distale 1 1 1 destinée à assurer la fixation de la roue 12 associée et deux extrémités proximales 1 12, 1 13 reliées à la caisse (ici sur la partie latérale 13 du berceau 14) par l'intermédiaire des éléments d'articulation en deux points de liaison distincts de la caisse, décalés selon l'axe de pivotement D, donc selon la direction longitudinale X dans l'exemple illustré, les extrémités distale et proximales étant disposées selon un triangle.

De préférence, les éléments d'articulation comprennent, au niveau d'au moins l'une des deux extrémités proximales 1 12 et 1 13, un plot élastiquement déformable 17 tel que mentionné précédemment et sollicité en torsion autour de l'axe de pivotement D du bras oscillant 1 1 et ayant une raideur de torsion telle que le plot élastiquement déformable 17 génère un moment de rappel fournissant les efforts de suspension nécessaires pour conférer la fonction de suspension. Dans l'exemple illustré, le demi-train 10 ne comporte qu'un seul plot élastiquement déformable 17 ayant ces propriétés, disposé à l'interface entre la partie latérale 13 du berceau 14 et l'extrémité proximale 1 13. Il pourrait toutefois être prévus deux plots élastiquement déformables 17 respectivement aux extrémités proximales 1 12 et 1 13.

Avantageusement, les éléments de suspension comprennent un moyen d'ajustement en précontrainte de torsion du plot élastiquement déformable 17 dans une position angulaire donnée du bras oscillant 1 1 , permettant de compenser les dispersions de fabrication du plot 17. Dans la variante illustrée, ce moyen d'ajustement en précontrainte comprend un palier de fixation 18 susceptible d'être rendu solidaire angulairement avec le plot élastiquement déformable 17 autour de l'axe de pivotement D du bras oscillant 1 1 , la position angulaire occupée par le palier de fixation 18 par rapport au plot élastiquement déformable 17 autour de l'axe de pivotement D lorsqu'ils sont rendus solidaires étant réglables. Le palier de fixation 18 et le plot élastiquement déformable 17 occupent des positions angulaires prédéterminées, autour de l'axe de pivotement D, respectivement par rapport à la caisse (ici par rapport à la partie 13 du berceau 14) et par rapport au bras oscillant 1 1 ).

De préférence, le palier de fixation 18 est fixé de manière démontable sur la caisse, notamment par l'intermédiaire d'au moins une vis de fixation. Dans l'exemple illustré, le palier de fixation 18 est fixé sur la partie latérale 13 du berceau 14 par l'intermédiaire d'une vis de fixation supérieure 19 et d'une vis de fixation inférieure 20. Pour sa part, le plot déformable 17 est fixé par emboîtement à force dans le bras oscillant 1 1 , dans un logement 21 de type alésage formé dans l'extrémité proximale 1 13 du bras 1 1 .

Le plot élastiquement déformable 17 comprend :

une cage extérieure 22 montée dans le logement 21 du bras oscillant 1 1 sans glissement possible autour de l'axe de pivotement D, afin de permettre la reprise des efforts entre le bras 1 1 et le plot 17,

un moyeu intérieur 23 relié à la caisse, notamment par l'intermédiaire du palier de fixation 18 et d'un noyau 25 détaillé plus loin, sans glissement possible autour de l'axe de pivotement D, afin de permettre la reprise des efforts entre le plot 17 et la caisse,

- au moins une couche de matière élastiquement déformable 241 , 242, notamment en caoutchouc, reliée au moyeu 23 et à la cage extérieure 22 sans glissement possible autour de l'axe de pivotement D, chaque couche 241 , 242 étant configurée de sorte que sa déformation par décalage angulaire de la cage extérieure 22 par rapport au moyeu 23 génère la raideur en torsion du plot élastiquement déformable 17.

Dans la variante illustrée, le plot élastiquement déformable 17 comprend une couche externe de matière élastiquement déformable 241 et une couche interne de matière élastiquement déformable 242. La couche externe 241 est disposée coaxialement selon D autour de la couche interne 242. La surface extérieure de la couche externe 241 est reliée à la cage extérieure 22 sans possibilité de glissement autour de l'axe de pivotement D. La surface intérieure de la couche externe 241 est reliée à la surface extérieure de la couche interne 242 sans possibilité de glissement autour de l'axe de pivotement D. La surface intérieure de la couche interne 242 est reliée à la surface extérieure du moyeu 23 sans possibilité de glissement autour de l'axe de pivotement D. Enfin, La surface intérieure du moyeu 23 est reliée à la surface extérieure du noyau 25 sans possibilité de glissement autour de l'axe de pivotement D. Plus précisément, préférentiellement pour la transmission des efforts de suspension et pour la possibilité de réglage de la précontrainte en torsion, le moyeu 23 comprend une pluralité de cannelures. Les éléments de suspension comprennent le noyau 25 (détaillé à la figure 3) qui est inséré axialement selon D dans le moyeu 23 et équipé d'une première série 251 de cannelures coopérant par conjugaison de forme avec les cannelures du moyeu 23 et d'une deuxième série 252 de cannelures coopérant par conjugaison de forme avec des cannelures formées dans le palier de fixation 18, le nombre de cannelures de la première série 251 étant différent du nombre de cannelures de la deuxième série 252.

En référence à la figure 4, le demi-train 10 comprend au moins une vis de fixation 26 orientée selon l'axe de pivotement D et réalisant une liaison encastrement entre la caisse, le moyeu 23 du plot élastiquement déformable 17, le noyau 25 et le palier de fixation 18. Cette vis 26 peut par exemple comprendre une tête d'un côté tourné vers le palier de fixation 18 et coopérer par vissage avec un écrou de serrage 27 contraignant axialement selon D la caisse, le moyeu 23, le palier 18 et le noyau 25 qui comporte donc un trou traversant à ses deux extrémités pour le passage de la vis 26. Le plot élastiquement déformable est fixé entre les deux ailes d'une chape solidaire de la caisse, en forme de U, ouverte vers l'extérieur du véhicule selon la direction Y. Les ailes sont décalées suivant l'axe de pivotement D du bras oscillant 1 1 par rapport à la caisse. L'une des ailes est constituée par le palier de fixation 18. L'autre aile, repérée 28, est solidaire de la caisse, notamment en venant de matière avec la partie latérale 13 du berceau 14.

Dans le mode particulier illustré, le demi-train roulant 10 comprend un seul bras oscillant 1 1 dont une extrémité distale 1 1 1 opposée aux éléments d'articulation est reliée à la caisse par l'intermédiaire d'une jambe de force 29 de sorte à constituer un demi-train roulant de type Mac Pherson.

De manière générale, le montage du demi-train 10 sur la caisse comprend une étape d'ajustement en précontrainte de torsion des éléments de suspension dans une position donnée du bras oscillant 1 1 puis une étape d'application aux éléments de suspension de cette précontrainte en torsion telle qu'ajustée à l'étape précédente, cette étape d'application étant mise en œuvre par une étape de fixation du bras oscillant 1 1 sur la caisse au niveau des éléments d'articulation.

Plus précisément, dans un premier temps, le plot 17 est inséré dans le logement 21 du bras par emboîtement à force, puis le noyau 25 est inséré axialement dans le plot 17. Dans un deuxième temps, le palier 18 est rapporté sur l'extrémité du noyau 25 qui fait saillie à l'extérieur du plot, au niveau de la deuxième série 252 de cannelures. Les deux séries 251 , 252 de cannelures ayant des nombres différents de cannelures, elles permettent un ajustement angulaire entre le palier 18 et le plot 17. Cet ajustement permet d'avoir plus ou moins de torsion des couches 241 , 242 dans une position donnée du bras 1 1 . Le choix de la position angulaire du palier 18 par rapport au plot 17 permet d'ajuster la valeur de la précontrainte en torsion. La précision de l'ajustement angulaire dépend du nombre de cannelures sur chacune des séries 251 , 252 et de la différence des nombres de cannelures entre les deux séries 251 , 252. Il est compris ici que cette étape d'ajustement est donc réalisée avant que le palier 18 ne soit fixé à la caisse donc avant que le bras 1 1 ne soit fixé à la caisse.

Puis, l'ensemble formé par le bras 1 1 , le plot 17, le noyau 25 et le palier 18 dont la position angulaire a été réglée est d'abord présenté devant la caisse au niveau de la partie latérale 13 du berceau 14, puis est assemblé en serrant les deux vis de fixation 19, 20. Pour finir, l'ensemble constitué par le plot 17, le noyau 25, le palier 18 et la caisse sont rendus solidaires par encastrement par le serrage de la vis 26 en association avec l'écrou 27. En fonctionnement, le palier de fixation 18 supporte à lui seul la totalité du couple mécanique généré par la torsion du plot élastiquement déformable 17 autour de l'axe de pivotement D.

Le train roulant complet, ici le train arrière mais cela pourrait indifféremment être un train avant, comprend deux demi-trains 10 tels que développés précédemment fixés en deux zones distinctes de la caisse décalées dans la direction transversale Y du véhicule. Dans l'exemple illustré, les deux demi-trains 10 sont respectivement articulés et suspendus par rapport aux deux parties latérales 13 du berceau 14 qui sont décalées selon Y de sorte à être agencées dans deux zones distinctes de la caisse décalées selon Y.

La structure décrite précédemment assure :

une grande facilité de montage et de démontage du système contenant le bras oscillant et les éléments de suspension, un réglage en précontrainte du plot 17 permettant de compenser les dispersions de fabrication,

une reprise des efforts radiaux, verticaux et axiaux générés par les efforts au pied de roue,

- une amélioration du poids, de l'encombrement, du coût et de la complexité.