SUSPENSIONS Partim Eléments de suspension · Partim Eléments de suspension Pierre DUYSINX...
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SUSPENSIONS Partim Eléments de suspension
Pierre DUYSINX
Ingénierie des Véhicules Terrestres
Université de Liège
Année Académique 2013-2014
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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.
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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
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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
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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
Raideur des ressorts à lames
Milliken Fig 21.9 N : number of leaves N’: number of leaves at the spring ends
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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
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Ressorts à boudin
Contrainte (force statique)
Contrainte (force alternée)
Raideur
pte de l'e®et de
¿ =8D
¼ d3F
../Fig/M21_3.eps
Fig. 2.10 { Ressorts µa b
D=d 3 4 6 8 10 20
k 1.55 1.38 1.24 1.17 1.13 1.06
../Fig/M21_3.eps
etre prise en consid¶erat
¿a = k ¿ =8 k D
¼ d3F
../Fig/M21_3.eps
torsion exprim¶ee en N
C =F
s=
G d4
8 nD3
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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
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Barres de torsion
Contrainte de cisaillement
Raideur (N.m/degré)
../Fig/M21_1.eps
ssorts de torsio
¿ =16
¼ d3M
../Fig/M21_1.eps
n N.m/degr¶e :
C =M
µ=
G¼ d4
57:3 32 l
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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
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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
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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
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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
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Système oléo pneumatique
Raideur d’un système oléo pneumatique
Compression isentropique
Variation de volume due au déplacement de la roue reliée à un piston
Pression dans le fluide
Effort en fonction du déplacement
p V
° = p 0 V
°
0
d V = S d x
p =
p 0 V
°
0
( V 0 ¡ S x ) °
F = p S =
p 0 S
( 1 ¡ S x
V 0 ) °
=
F 0
( 1 ¡ S x
V 0 ) °
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Système oléo pneumatique
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Raideur d un amortisseur oléo pneumatique
S x / V0
F / F
0
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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.
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Amortisseurs
Milliken Fig 22. 23 (a) Amortisseurs bitube (b) Simple tube (c) Simple tube avec piston flottant
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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.
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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.
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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.
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Amortisseurs
Les amortisseurs actuels
systèmes doubles effets avec amortissement généralement moins grand en compression qu’en détente pour des raisons de confort
Explication:
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.
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Amortisseurs
Milliken Fig 22.25
vitesse relative
Force d’amortissement
compression
détente
Effort
Elongation
détente
attaque
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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.
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Amortisseurs
Gillespie Fig 5.21 : réglage des caractéristiques d’amortissement en combinant les ouvertures des orifices et des soupapes
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Amortisseurs
Amortissement
Pour un signal sinusoïdal
Dissipation d’énergie
F =
(
C c _ x c o m p r e s s i o n ;
C d _ x d ¶ e t e n t e :
x = a s i n ! t
F =
(
C c ! a c o s ! t c o m p r e s s i o n ;
C d ! a c o s ! t d ¶ e t e n t e :
(
T c = 1
2 ¼ C c ! a
2 c o m p r e s s i o n ;
T d = 1
2 ¼ C d ! a
2 d ¶ e t e n t e :
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