suspension-4 - Université de Liège
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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