Description du système

Suspension pneumatique - Description du système

Généralités

Le nombre de véhicule à suspension pneumatique est en augmentation depuis ces dernières années. D'après les estimations, près de 85% des véhicules moteurs, 100% des bus, 60% des remorques à avant train directeur et 95% des semi-remorques sont équipés d'une suspension pneumatique.Cette augmentation est due aux nombreux avantages de ce système. Nous allons passer en revue les principes théoriques du système, le design et les fonctions des éléments ainsi que les possibilités supplémentaires de contrôle, comme par exemple les châssis pour plateforme mobiles, les fonctions de relevage d'essieux et les systèmes spéciaux qui facilitent l'utilisation, et augmentent la sécurité. 

Double circuit:

Les circuits droit et gauche sont reliés pneumatiquement, mais délimités par un restricteur de débit dans la valve de nivellement, et séparés au niveau du Colas. 

Pour la majorité des suspensions actuelles sur véhicules remorqués, le comportement routier et la protection de la charge sont liés aux caractéristiques de flexibilité des coussins de suspension. Cette caractéristique ainsi que le type de construction d’essieu permettent d’obtenir la rigidité au roulis, qui influe directement sur la stabilité latérale du véhicule, et qui sécurise le comportement dynamique du véhicule dans les courbes. La particularité des suspensions pneumatiques modernes vient de l’utilisation d’une seule valve de nivellement, qui permet un « pseudo-double circuit de suspension ». Sur ces versions à double circuit avec restricteur de débit, les coussins de suspension des côtés gauche et droit sont reliés pneumatiquement, mais les circuits sont séparés par un restricteur de débit. En ligne droite, les coussins sont alimentés par les orifices 21 et 22 de la valve de nivellement, et dans les courbes, l’air va avoir tendance à se déplacer des coussins extérieurs au virage (en compression), vers les coussins intérieurs (en détente). Le restricteur de débit freine ce déplacement d’air entre les deux côtés, avec pour effet de contrer le roulis du véhicule. Dans le cas d'une suspension pneumatique, environ 80% de la rigidité au roulis provient des caractéristiques mécaniques de l’essieu, et 20% des coussins de suspension. Par rapport à l’ensemble du train roulant, comprenant les roues, la suspension et l’essieu, la part de rigidité au roulis provenant du coussin de suspension n’est plus que de 10%, car la flexibilité du pneumatique a également une influence sur l’effet de roulis global.

Simple circuit:

Les cotés gauche et droit sont reliés pneumatiquement, sans restricteur de débit.

 

Dans une version simple circuit sans restricteur de débit, les coussins gauche et droit sont directement reliés pneumatiquement. Dans une courbe, l’air peut donc se déplacer librement entre les circuits gauche et droit. Cela veut dire que le roulis du véhicule n’est pas contré par les coussins de suspension. La stabilité au roulis est donc diminuée par rapport à un montage à double circuit, et par conséquent la sécurité du véhicule également. D’autre part, les contraintes mécaniques dans le train roulant sont plus élevées, car s’il n’y a pas de stabilisation du roulis au niveau des coussins de suspension, l’essieu et les bras de suspension doivent pouvoir absorber et compenser cet effet. L’utilisation d’une valve de nivellement simple circuit peut dans certains cas amener à endommager les essieux du fait de ces contraintes plus importantes. Pour cette raison, il est nécessaire de se conformer aux spécifications techniques des fabricants d’essieux. Pour assurer un fonctionnement optimal et un comportement routier sécurisant, en particulier dans les situations dangereuses, il est donc recommandé d’utiliser une valve à double circuit de suspension avec restricteur de débit. Les essieux relevables sont la seule exception à cette recommandation. Dans ce cas, il est permis d’utiliser un simple circuit pour un essieu relevable au maximum, sur les véhicules avec trois ou quatre essieux.

Avantages d'une suspension pneumatique

  • Une garde au sol et donc une hauteur de chargement constante.
  • Le réglage des éclairages n’est pas modifié en fonction de la charge.
  • Confort de conduite augmenté, les marchandises transportées sont mieux protégées, et la remorque ne rebondit pas à vide, avec moins de dégâts sur la chaussée.
  • Comportement de conduite stable, car le contact du pneumatique sur la route est constant.
  • Stabilité en courbe.
  • Meilleur contrôle des fonctions de correction (Correcteur de freinage pneumatique, EBS).
  • Les bus peuvent abaisser leur suspension d’un seul côté pour faciliter l’accès aux personnes.
  • Les châssis pour plateformes mobiles peuvent être adaptés aux différents types de chargement (Colas, Colas+)
  • Possibilité de contrôler électroniquement la suspension, par exemple mémorisation de plusieurs hauteurs de châssis.
  • Possibilité de contrôle de relevage d’essieu.
  • Moins d’usure mécanique des composants.
  • Facilité d’entretien et de réparation, diminution des coûts de fonctionnement.
  • Augmente la simplicité d’utilisation.

Courbe de flexibilité d'un ressort (Fig. 1)

Principes théoriques

Définition d'une suspension pneumatique:

Une suspension est dite “pneumatique” dès lors qu’un minimum de 75% de son fonctionnement est obtenu à l’aide d’un élément pneumatique.

Fonctions

La fonction d’une suspension est d’absorber les chocs causés par l’état de la route et qui sont transmis au châssis pendant la conduite. Cette fonction peut parfaitement être assurée par la suspension pneumatique. Tous les types de coussins de suspension sont utilisés pour supporter la masse des véhicules tracteurs ou des remorques. Une différence est faite entre une suspension primaire ou secondaire. La suspension primaire supporte la masse du véhicule en permanence, alors que la secondaire n’est sollicitée qu’en cas de route extrêmement difficile ou de défaillance de la suspension primaire. Ces deux fonctions doivent être correctement accordées entre elles, avec comme priorité d’assurer le confort des passagers et l’utilisation (par exemple levage et abaissement de la suspension) pour le transport de marchandises. La suspension secondaire consiste généralement en des absorbeurs en matière composite. La suspension pneumatique ne permettant pas d’amortissement, il est nécessaire d’y ajouter des amortisseurs en compression/détente avec des forces plus importantes que sur les suspensions à ressort à lame.

Par ailleurs, les coussins de suspension ne sont pas conçus pour supporter les forces latérales, et le guidage doit être assuré par des moyens tels que bras de suspension, barres de liaisons ou dispositifs anti-roulis.

Flexibilité

La courbe de flexibilité peut être linéaire (linear), progressive ou dégressive, avec des comportements différents pour chaque cas. La figure 1 montre la plage de variation statique et dynamique d’un ressort avec sa zone de travail, qui est représentée par la surface sous la courbe, et entre les limites (3) et (4). La plage d’utilisation dynamique est plus étendue qu’en statique, en fonction de la course utile du ressort (zone 1-3 et 2-4).

Important : La déflection totale du ressort comprend la course statique, que l’on mesure véhicule à l’arrêt, et la course dynamique, jusqu’aux butées de suspension. Pour une flexibilité faible, avec une masse véhicule élevée, il y a un minimum d’accélération verticale du châssis et un meilleur confort de conduite.

Zone de confort (Fig. 2)

 

Nous pouvons conclure que :

  • Pour obtenir un confort de conduite dans toutes les conditions, le rapport entre la flexibilité de la suspension et la masse suspendue doit rester constant.
  • La fréquence propre de la suspension doit être la plus faible possible si le critère principale à respecter est le confort.
  • Cette fréquence est modifiée en fonction de la flexibilité de la suspension et de la masse suspendue du véhicule.
  • Cette fréquence a une influence très importante sur le confort. Bien qu’il soit difficile de représenter objectivement cette notion, des données subjectives sont utilisées pour décrire mathématiquement et graphiquement ce critère. Il est possible de voir que la zone décrite comme confortable n’est pas uniquement liée à la fréquence, mais également à l’amplitude du mouvement.
  • Si la fréquence doit rester constante malgré les variations de charge, la flexibilité doit varier pour garder le rapport flexibilité/masse constant. De ce fait, l’augmentation des constructions légères avec des différences très importantes entre les conditions vide/charge des véhicules, va nécessiter de pouvoir faire varier la flexibilité de la suspension avec le développement de systèmes de suspension variables.

Production et stockage de l’air comprimé

Pour des raisons de sécurité, l’air comprimé du système de freinage doit être isolé de celui destiné à la suspension. Les circuits 1 et 2 (21 et 22) sur la valve de protection 4 voies étant destinés au système de freinage.

Sur les systèmes de suspensions pour remorques et semi-remorques, le niveau de pression est identique à celui du système de freinage, car alimenté par la même conduite d’alimentation.

Plusieurs systèmes sont possibles sur les véhicules :

  • La pression dans le système de suspension = pression dans le système de freinage ( cas des remorques et semi-remorques)
  • La pression dans la suspension est plus faible ou plus élevée que dans le système de freinage (tracteurs et bus). Dans le premier cas, l’air comprimé pour la suspension est prélevé dans un circuit auxiliaire de la valve de protection 4 voies (23 et 24), cette valve donnant toujours priorité aux circuits 21 et 22 (conformément à la réglementation depuis le 1er Octobre 1994). Pour les cas où la suspension est alimentée avec une pression plus élevée que le système de freinage, l’air comprimé est prélevé entre la valve Governor et la valve de protection 4 voies, et alimente le réservoir de suspension via une valve de protection sans retour, ou à retour limité, réglée à une valeur plus élevée que la valve 4 voies. Ce type de fonctionnement permet d’utiliser des coussins de suspension et des réservoirs plus petits, avec des temps de remplissage et de vidange plus court, car la différence de pression entre le réservoir et les coussins de suspension est plus élevée.
  • Sur les véhicules remorqués, l’alimentation du réservoir de suspension est prise sur la conduite d’alimentation du circuit de freinage. Les deux circuits doivent être isolés l’un de l’autre par une valve de protection (avec retour ou retour limité). La pression d’ouverture est d’environ 6 bar, avec une fermeture à 5,2 bar défini par la réglementation.

Correction de freinage en fonction de la charge / Fonctions EBS

Un autre avantage de la suspension pneumatique est que la pression dans les coussins, qui dépend de la charge, peut être utilisée pour contrôler la correction automatique du freinage des correcteurs pneumatique ou d’un EBS. Pour exemple le schéma de suspension avec un correcteur pneumatique double circuit, avec dans le cas d’une défaillance sur un des deux circuit de suspension, la correction de freinage qui est toujours assurée par le correcteur.

En fonction du type de circuit, l’efficacité de freinage peut toujours être obtenue même avec un fonctionnement partiel à cause d’un défaut dans la suspension.

Exemple de circuit d’alimentation (fig.3)

AS = Réservoir de suspension

SB = Réservoir de freinage