suspension-4 - Université de Liège

SUSPENSIONS
Partim Eléments de suspension
Pierre DUYSINX
Ingénierie des Véhicules Terrestres
Université de Liège
Année Académique 2013-2014
1
Références bibliographiques






R. Bosch. « Automotive Handbook ». 5th edition. 2002. Society
of Automotive Engineers (SAE)
T. Gillespie. « Fundamentals of vehicle Dynamics », 1992,
Society of Automotive Engineers (SAE)
T. Halconruy. Les liaisons au sol. ETAI. 1995.
H. Mémeteau. « Technologie Fonctionnelle de l’Automobile ».
4ème édition. Dunod. Paris. 2002.
W. Milliken & D. Milliken. « Race Car Vehicle Dynamics », 1995,
Society of Automotive Engineers (SAE)
J. Reimpell, H. Stoll, J. Betzler. « The automotive chassis:
engineering principles ». 2nd edition. 2001, SAE.
2
Plan de l’exposé

LES ELEMENTS DE SUSPENSION


Eléments élastiques
 Ressorts à lames
 Ressorts à boudins
 Ressorts de torsion
 Systèmes oléo pneumatiques
Eléments dissipatifs
 Amortisseurs hydrauliques
3
Ressort à lames
4
Ressort à lames
Ressort traditionnel des véhicules lourds
Avantages:

(+) Simple à fabriquer

(+) Ne nécessite par de liaisons supplémentaires car




assure un certain guidage latéral
assure un transfert des charges longitudinales
possède un amortissement propre
(+) Amortissement interne : frottement entre les lames
Inconvénients:

(-) Fort lourd

(-) Peut se rompre

5
Ressort à lames
Milliken Fig 21.10 : montage de la main libre
6
Ressort à lames
Lame simple

Contrainte de flexion

Raideur
Ressort à lame unique parabolique

Contrainte de flexion

Raideur
Milliken Fig 21.9
7
Ressort à lames
Ressort à lames multiples

Contrainte de flexion

Raideur
N : number of leaves
N’: number of leaves at the spring ends
Milliken Fig 21.9
Raideur des ressorts à lames
8
Ressorts à boudin
9
Ressorts à boudin








Raideur non linéaire possible en changeant la densité des spires
ou en donnant une forme conique
Facile de placer l’amortisseur à l’intérieur du ressort
Beaucoup plus léger que les ressorts à lames
Encombrement plus faible
A l’abri des ruptures, pas de maintenance
Aucun guidage latéral possible d’où utilisation combinée de
barres de guidage et de liaisons supplémentaires
Demande à être combiné à certains systèmes de suspension
La fréquence naturelle de la suspension diminue avec la masse
de la charge utile
10
Ressorts à boudin

Contrainte (force statique)
pte de l'e®et de
¿=

8D
F
3
¼d
e(force
tre prise
en consid¶erat
Contrainte^
alternée)
8kD
¿a = k ¿ =
F
3
d N
torsion exprim¶e¼
e en

Raideur ../Fig/M21_3.eps
F
G d4
C=
=
s
8 n D3
Fig. 2.10 { Ressorts µ
ab
D=d
3
4
6
8
10
20
k
1.55 1.38 1.24 1.17 1.13 1.06
11
Barres de torsion

Constituées de barres qui se tordent lors des débattements de
roues
12
Barres de torsion
Nash Fig. 3.12 Barres de torsion latérales ou parallèles
13
Barres de torsion
Avantages

Encombrement très faible

Possibilité de réglage de la hauteur du véhicule

Faible poids

Rigidité linéaire
Inconvénients
 Guidage des roues doit être complété par des leviers

Fréquence naturelle décroît avec la masse du chargement
14
Barres de torsion

Contrainte de cisaillement

Raideur (N.m/degré)
ssorts de torsio
16
¿=
M
3
n N.m/degr¶e¼ :d
M
G ¼ d4
C=
=
µ
57:3 32 l
15
Barres anti-roulis
16
Barres anti-roulis
17
Barres anti-roulis

Utilisation des barres anti-roulis:




Placer le centre de roulis assez bas pour limiter les transferts de
charge.
Un centre de roulis bas augmente le roulis de la caisse, car cela
augmente la distance par rapport au CG où sont appliqués les
forces centrifuges.
Pour réduire le roulis, on doit raidir la suspension. A cet effet on
utilise souvent de barres anti-roulis.
La barre anti-roulis




n’a pas d’effet si les deux roues bougent simultanément (donc pas
d’effet sur le confort vertical)
réintroduit un couplage entre les roues gauche et droite si on a un
mouvement différentiel
mouvement d’une seule roue: moitié de la rigidité effective
mouvement opposé des deux roues: totalité de la rigidité effective
18
Barres anti-roulis
Hillier Vehicle
And engine
Technology
Fig 7.38
19
Barres anti-roulis





Réduit la tendance au roulis
Influence les caractéristiques en virage (comportement sur ou
sous vireur)
Généralement fait de barres en forme de U ou en tube dont les
extrémités sont aplaties pour s’accommoder des charges de
flexion
Les points d’attache sur le porte roue doivent être aussi éloignés
que possible pour un effet stabilisateur maximal
Les systèmes d’attache sur la suspension doivent arrangés de
telle sorte que les barres anti-roulis travaillent uniquement en
torsion et pas du tout en flexion
20
Eléments de bushing



Il s’agit de toute une série
d’éléments élastiques placés aux
jonctions et joints entre les
différents éléments: sur les
triangles de suspension, aux
extrémités des amortisseurs, etc.
Eléments vitaux pour le confort et
la sécurité
Amortissent les vibrations et les
bruits
21
Système oléo pneumatique
Gaz (1)
Diaphragme (2)
Huile (3)
22
Système oléo pneumatique
23
Système oléo pneumatique





Le principe: un réservoir de gaz (séparée de l’huile par une
membrane ou un piston) détermine la caractéristique du
ressort.
La raideur est fortement non linéaire.
Des soupapes tarées différemment (dure à la détente et souple
à la compression) permettent de dissiper de l’énergie et donc de
jouer le rôle d’amortisseur.
La fréquence naturelle augmente avec la charge utile
Les caractéristiques sont progressives et dépendent de la
pression initiale dans le réservoir
24
Système oléo pneumatique
Raideur d’un système oléo pneumatique

Compression isentropique
p V ° = p0 V0°

Variation de volume due au déplacement de la roue reliée à un
piston
dV = S dx
p0 V0°
p=
(V0 ¡ S x)°

Pression dans le fluide

Effort en fonction du déplacement
p0 S
F0
=
F = pS =
Sx °
(1 ¡ V0 )
(1 ¡ SVx0 )°
25
Système oléo pneumatique
Raideur d un amortisseur oléo pneumatique
10
9
8
7
F / F0
6
5
4
3
2
1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
S x / V0
0.6
0.7
0.8
0.9
1
26
Amortisseurs



Amortisseurs = principaux éléments dissipateurs d’énergie
Ils servent à dissiper l'énergie cinétique accumulée lorsqu'une
roue descend dans un nid de poule ou bien qu'elle surmonte un
obstacle et qu'elle tend à créer un mouvement oscillant dans la
suspension.
C'est un élément essentiel pour réaliser un bon compromis entre
un faible niveau de transmission des vibrations à la masse
suspendue (niveau de confort) et un contrôle adéquat de la
masse non suspendue afin de garder une bonne tenue de route.
27
Amortisseurs
Milliken Fig 22. 23
(a) Amortisseurs bitube
(b) Simple tube
(c) Simple tube avec piston
flottant
28
Amortisseurs



Systèmes télescopiques contenant un fluide hydraulique.
En outre une partie en matériau caoutchouté (bushing) aux
extrémités de fixation afin de fournir une isolation des vibrations
acoustiques.
On distingue généralement deux grands types d'amortisseur


les amortisseurs simples tubes
les amortisseurs bi-tubes.
29
Amortisseurs

Amortisseurs bi tubes :



le tube intérieur sert de cylindre de travail
le cylindre extérieur sert de réservoir pour stocker le surplus de
fluide qui résulte de la différence de volume entre les deux côtés
du piston lorsque la tige monte ou descend.
Amortisseurs simples tubes,


le surplus de fluide est accumulé dans un piston libre avec du gaz
pressurisé.
autre solution technologique consiste à employer un fluide de
travail contenant un mélange de liquide et de bulles de gaz pour
absorber la différence de volume.
30
Amortisseurs
Gillespie Fig 5.20: amortisseurs bitube et simple tube
31
Amortisseurs

Amortisseurs bi tube




plus compacts
peuvent être utilisés dans des endroits où il y a moins d'espace.
beaucoup plus résistants à la pénétration de petites pierres
éjectées par les roues.
Amortisseurs simple tube



une meilleur capacité de dissipation de l'énergie : dissipent la
chaleur directement à travers la paroi du tube contenant le fluide
de travail
Plus longs, ils ne peuvent souvent pas être logés dans des endroits
où le volume est limité
le tube qui sert de guide au piston peut être plus facilement
endommagé par des petites pierres qui rentreraient par le joint
autour de la tige.
32
Amortisseurs

Les amortisseurs actuels


Explication:


systèmes doubles effets avec amortissement généralement moins
grand en compression qu’en détente pour des raisons de confort
Lors d'un choc en compression, la force d'amortissement tend à
augmenter l'accélération de la masse suspendue, alors qu'en
extension (rebond) la force de dissipation est nécessaire pour
dissiper l'énergie accumulée dans le ressort.
Caractéristiques d'amortisseur antisymétriques par rapport à la
vitesse de compression / extension.


Le coefficient d'amortissement = la pente de la courbe de
caractéristique.
Généralement un rapport de 2 ou 3 à 1 pour l'extension et la
compression.
33
Amortisseurs
Effort
Force d’amortissement
attaque
Elongation
détente
compression
vitesse relative
détente
Milliken Fig 22.25
34
Amortisseurs
Milliken Fig 22.24
Milliken Fig 22.26
35
Amortisseurs



Les caractéristiques des amortissements sont réalisées par une
combinaison cumulée des fonctions d'amortissement dans les
orifices et de vannes à ouverture réglée par des ressorts pré
comprimés.
Permet d'atteindre une très large gamme de forme et
d'ajustement des courbes de force d’amortissement en fonction
de la vitesse d'extension ou de compression.
Par exemple :



à faible vitesse, l'amortissement est réalisé par les orifices
lorsque le pression du fluide atteint une valeur suffisante, elle
ouvre les valves pré calibrées.
On recherche généralement un adoucissement de
l'amortissement pour les vitesses élevées.
36
Amortisseurs
Gillespie Fig 5.21 : réglage des caractéristiques d’amortissement
en combinant les ouvertures des orifices et des soupapes
37
Amortisseurs
38
Amortisseurs
(
Cc x_ compression;
F=
Cd x_ d¶etente:

Amortissement

Pour un signal sinusoïdal
x = a sin !t

(
Cc ! a cos !t compression;
=
F
Cd ! a cos !t d¶etente:
Dissipation d’énergie
(
Tc = 12 ¼ Cc ! a2
Td = 12 ¼ Cd ! a2
compression;
d¶etente:
39
Jambe de force Mc Pherson
40
Jambe de force Mc Pherson
41
Jambe de force Mc Pherson
42