FR2613797A1 - Dispositif pour amortir des mouvements, en particulier sur des vehicules, utilisant un fluide d'amortissement sur lequel agit un champ electrostatique - Google Patents

Abstract

CE DISPOSITIF EST FORME ESSENTIELLEMENT D'UN AMORTISSEUR 3 ENTRE UN ESSIEU 1 ET LA CARROSSERIE 2 D'UN VEHICULE. SON PISTON 7 SEPARE DEUX CHAMBRES 5, 6 REMPLIES D'UN LIQUIDE RHEOELECTRIQUE SERVANT DE FLUIDE D'AMORTISSEMENT. LES CHAMBRES COMMUNIQUENT PAR UNE SECTION D'ECOULEMENT 40 FIXEE PAR UN TIROIR 35 DEPLACABLE PAR UN MANCHON 30 AXIALEMENT MOBILE. LE MANCHON CONSTITUE UNE PREMIERE ELECTRODE ET LES PAROIS 11, 15 D'UN CANAL ANNULAIRE 16, DANS LEQUEL EST DISPOSE LE MANCHON, CONSTITUENT UNE SECONDE ELECTRODE. L'INTENSITE DU CHAMP ELECTROSTATIQUE ETABLI ENTRE LES ELECTRODES, INFLUE SUR LA CONTRAINTE DE CISAILLEMENT EXERCEE SUR LE MANCHON PAR LE FLUIDE CIRCULANT DANS LE CANAL 16, DONC SUR LE DEPLACEMENT DU MANCHON. L'AMORTISSEMENT PRODUIT PAR L'AMORTISSEUR 3 EST AINSI REGLABLE PAR LA VARIATION DU CHAMP ELECTROSTATIQUE.

Description

L'invention part d'un dispositif pour amortir des mouvements, en

particulier sur des véhicules, comprenant un piston fixé à une tige de piston et séparant deux chambres de travail remplies d'un fluide d'amortissement dit "rhéoéLectrique" dont les propriétés d'écoulement sont variables par application d'un champ électrostatique, ainsi qu'un espace de commande délimité par deux

électrodes en forme de plaques, générant un champ électrostatique.

On connaît déjà un tel dispositif (DE-OS 34 43 183) avec un fluide d'amortissement dont les propriétés d'écoulement peuvent être changées par application de champs électrostatiques. Le fluide d'amortissement utilisé est un liquide "rhéoélectrique". Ce fluide, s'écoulant entre les deux chambres de travail du dispositif, est guidé devant des électrodes en forme de plaques, ce qui cbange ses propriétés d'écoulement, ce qui donne la possibilité de faire varier les propriétés d'amortissement du dispositif de la manière désirée. Plus la tension appliquée aux électrodes est élevée, plus grande est la contrainte de cisaillement du liquide rhéoélectrique aux surfaces des électrodes et plus important est l'amortissement

du dispositif.

Ce dispositif connu a l'inconvénient qu'il permet seulement d'obtenir une plage d'amortissement très petite et qu'il ne permet pas de répondre aux besoins de toutes les situations susceptibles de se présenter pendant la marche du véhicule. De plus, en cas de défaillance des électrodes ou de leur alimentation électrique, la contrainte de cisaillement du fluide d'amortissement tombe à une valeur minimale, à savoir la valeur de la contrainte de

cisaillement normale, de sorte que le dispositif présente l'amor-

tissement le plus faible possible. Au cas o une telle défectuosité survient brusquement, un véhicule équipé de ce dispositif risque de se trouver dans une situation dangereuse et il s'établit dans tous

les cas un comportement du mécanisme de roulement qui est défavo-

rable pour la marche du véhicule, même en conditions de dépannage.

L'invention vise notamment à supprimer les inconvénients

décrits ci-dessus.

Selon l'invention, un dispositif comme défini au début est caractérisé en ce qu'une première électrode est disposée mobile

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dans Le sens de L'écouLement du fluide et est reliée à un organe de commande qui fait varier la grandeur d'une section d'écoulement

pour le fluide d'amortissement.

Comparativement à l'état de la technique, un tel dispo-

sitif a l'avantage que L'étendue de la plage d'amortissement que l'on peut obtenir est plus grande qu'avec les dispositifs classiques, de sorte que des valeurs d'amortissement convenables

peuvent être établies aussi dans des situations de roulement anor-

males. Le montage coulissant d'une des électrodes permet non

seulement de modifier les propriétés d'écoulement du fluide d'amor-

tissement, il permet aussi de changer la grandeur d'une section d'écoulement de ce fluide. De ce fait, les valeurs d'amortissement peuvent s'étendre sur une plage bien plus grande que dans le cas du

dispositif connu.

Selon un mode de réalisation particulier, la première électrode est réalisée comme un manchon disposé coaxialement au piston dans l'espace de commande, lequel entoure radialement le piston, s'étend dans le sens de l'axe de celui-ci et a la forme d'un canal de section droite annulaire, au moins une paroi de cet espace formant la seconde électrode. Le manchon formant la première électrode est ainsi disposé coaxialement dans l'amortisseur, ce qui apporte l'avantage que l'amortisseur peut être réalisé de façon compacte. Une autre caractéristique avantageuse de l'invention prévoit que la section d'écoulement est minimale lorsque aucune tension électrique n'est appliquée aux électrodes. Ainsi, en cas de défaillance des électrodes ou de leur alimentation électrique, on obtient l'amortissement maximal possible, ce qui représente La meilleure solution pour la marche d'un véhicule à la suite d'une

défaillance ou en conditions de dépannage.

Il est également avantageux que la grandeur de la section d'écoulement soit réglée par un tiroir, ce qui permet d'obtenir une grande variation de la section d'écoulement avec seulement un

faible mouvement de réglage.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un

exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale montrant de façon simplifiée un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 2 est un graphique montrant la variation de la contrainte de cisaillement du fluide d'amortissement sur les surfaces des électrodes en fonction de la vitesse d'écoulement du fluide à différentes tensions aux électrodes; et la figure 3 est un graphique montrant la variation de l'amortissement du dispositif en fonction de la vitesse du piston

pour différentes tensions appliquées aux électrodes.

La figure 1 montre un amortisseur 3 installé entre l'essieu 1 d'un véhicule et sa carrosserie 2. Outre sa fonction d'amortissement des oscillations, cet amortisseur peut avoir aussi une fonction de support, par exemple dans le cadre d'une suspension hydraulique, et iL constitue le composant essentiel du dispositif selon l'invention pour amortir des mouvements. L'amortisseur 3 possède une première chambre de travail 5 et une seconde chambre de travail 6 qui est séparée de la première par une cloison mobile réalisée sous forme d'un piston 7. Celui-ci est relié à une,tige de piston 8 servant de tige de manoeuvre, traversant la seconde chambre de travail 6, sortie de façon étanchée de l'amortisseur 3 et appuyée sur la carrosserie 2 du véhicule. Lorsqu'il est utilisé

en plus comme élément de support, la force portante de l'amor-

tisseur est définie par la pression statique dans les chambres de travail 5 et 6 et par l'aire de section droite de la tige de piston 8. Le piston 7 coulisse axialement dans un tube enveloppe

intérieur 9, lequel est fermé par un fond 10 à l'extrémité déli-

mitant la chambre 5. Le tube enveloppe intérieur 9 est entouré radialement par une paroi cylindrique intermédiaire 11 qui s'étend axialement, avec formation, entre le tube intérieur 9 et la paroi intermédiaire 11, d'un espace de compensation 12 de forme annulaire en section, qui est fermé par un disque annulaire 13 du côté de la carrosserie 2. L'espace de compensation 12 est seulement rempli de fluide d'amortissement sur une partie de sa hauteur. La partie restante de cet espace, située du côté de la carrosserie 2, est remplie d'un gaz 14 et sert à compenser le volume de la partie de

tige 8 se trouvant à l'intérieur de l'amortisseur.

Un tube enveloppe extérieur 15 entoure la paroi intermé-

diaire 11 et le tube intérieur 9, avec formation, entre la paroi 11 et le tube extérieur 15, d'un canal 16 de forme annulaire en section droite, qui communique d'un côté avec la seconde chambre de travail 6 et est fermé de l'autre côté par un disque d'extrémité 19, contre lequel s'applique également une extrémité de la paroi

intermédiaire 11.

L'amortisseur 3 est équipé de clapets antiretour dont un premier, désigné par 21, se trouve sur le dessus du piston 7, tandis qu'un second clapet antiretour 22 ferme le fond 10 du tube enveloppe intérieur 9. Le premier clapet antiretour 21 s'ouvre seulement dans le sens de l'écoulement vers la seconde chambre de travail 6, tandis que le second clapet antiretour 22 permet seulement l'écoulement de l'espace de compensation 12 dans la première chambre 5. Par conséquent, le second clapet 22 s'ouvre à l'extension de la tige de piston 8 et le premier clapet 21 s'ouvre à la rentrée de la tige 8 dans l'amortisseur. L'aire des sections

de passage des clapets antiretour 21 et 22 détermine l'amortis-

sement de base de l'amortisseur 3. Du côté de la carrosserie 2, l'amortisseur 3 est fermé par un autre disque d'extrémité 24 qui guide de façon étanche la tige 8 dans un perçage central 25 et dont le bord extérieur se raccorde à l'extrémité du tube enveloppe

extérieur 15.

Un manchon 30 est disposé - à une distance radiale autant

que possible égale du tube extérieur 15 et de la paroi intermé-

diaire 11 - dans le canal annulaire 16 servant d'espace de commande. Des éléments de glissement 31, guidant le manchon 30 dans le sens de son mouvement axial, sont prévus entre le manchon et la paroi intermédiaire 11 d'une part et le tube extérieur 15 d'autre part; ces éléments, réalisés d'un matériau électriquement isolant, sont fixés à la paroi 11 et au tube 15. Un tiroir 35 est appliqué contre une première extrémité 33 du manchon 30, extrémité qui est dirigée vers l'essieu 1 du véhicule et dans laquelle sont pratiqués quelques orifices d'écoulement radiaux 34. De l'autre côté, le tiroir 35 est chargé par au moins un ressort 37 s'appuyant sur le disque d'extrémité 19. Le tiroir 35 affecte la forme d'un court morceau de tube cylindrique ou d'une bague et 'peut glisser

axialement sur la surface latérale externe de la paroi intermé-

diaire 11 par sa surface latérale interne. Suivant la position qu'occupe le tiroir 35, il recouvre une partie plus ou moins grande d'une ouverture 39 ménagée dans la paroi intermédiaire 11. La partie non recouverte de cette ouverture constitue une section d'écoulement 40 qui relie le canal annulaire 16 à l'espace de compensation 12 et à travers le second clapet antiretour 22 à la première chambre de travail 5. Le tiroir 35 est formé d'un matériau électriquement isolant et il est à équilibrage statique en pression dans l'exécution illustrée. La seconde extrémité 43 du manchon 30 est dirigée vers la carrosserie 2; entre cette extrémité et le disque 24, fermant le tube extérieur 15, subsiste un passage

d'écoulement quelle que soit la position axiale du manchon 30.

Le mouvement axial du manchon 30 en direction de la

carrosserie 2 est limité par des butées 44. Les dimensions géomé-

triques relatives du manchon 30, du tiroir 35, de l'ouverture ou des ouvertures 39 et des butées 44, sont choisies de manière que lorsque le manchon 30 est appliqué par sa seconde extrémité 43 contre les butées 44, la section d'écoulement 40 possède sa grandeur minimale. Plus le manchon 30 est déplacé en direction de l'essieu 1, plus grande devient la section d'écoulement 40. La position axiale du manchon 30 détermine par conséquent la grandeur

de la section 40 et, partant, la grandeur ou le degré d'amortis-

sement de l'amortisseur 3.

La position du manchon 30 à l'intérieur de l'amortisseur 3 dépend de l'effort que le fluide d'amortissement - lequel s'écoule le long du manchon 30 dans Le canal 16 en direction du tiroir 35 - exerce par suite de la contrainte de cisaillement de paroi sur les parois cylindriques du manchon 30. Cet effort est dû à la contrainte de cisaillement dans la couche limite du fluide d'amortissement s'écoulant le long du manchon 30. L'invention est basée sur le principe physique-que la contrainte de cisaillement du liquide rhéoéLectrique, employé en tant que fluide d'amortissement, peut être variée par application d'un champ électrostatique. Un tel liquide est constitué généralement d'une suspension de petites particules dans l'huile. Les intensités que doivent avoir les champs électrostatiques sont de l'ordre de quelque kV/mm, par

exemple de 2 à 4 kV/mm.

Le champ électrostatique, influençant la contrainte de cisaillement aS du liquide rhéoélectrique, doit être formé entre au moins deux électrodes de polarisations différentes. Dans l'exemple représenté ici, le manchon 30 sert de première électrode, laquelle est reliée par une connexion électrique 46 à une source de tension ou un appareil de commande non représenté (figure 1). Un élément

compensateur en longueur 47, incorporé dans la connexion élec-

trique, assure la liaison électrique entre le manchon 30 et la

connexion 46 quelle que soit la position axiale du manchon.

Comme seconde électrode, on peut utiliser la paroi inter-

médiaire 11 ou la surface interne du tube enveloppe extérieur 15, ou les deux à la fois, comme représenté. Au cas o la seconde électrode est une électrode de masse, il n'est pas nécessaire de

prévoir une connexion électrique supplémentaire pour elle.

Le diagramme de la figure 2 montre la variation de la

contrainte de cisaillement S en fonction de la vitesse d'écou-

lement VF du liquide rhéoélectrique dans le canal annulaire 16 pour différentes intensités de champ électrique E. On voit que la contrainte de cisaillement oS n'augmente que peu avec la vitesse d'écoulement VF, mais augmente fortement avec l'intensité du champ

électrique E appliqué. Cette propriété physique du liquide rhéo-

électrique permet, dans le cadre de la présente invention, en

donnant au champ électrostatique agissant sur le fluide d'amortis-

sement l'intensité requise, de fixer la contrainte de cisaillement oS sur le manchon 30, et par suite la déviation axiale de ce manchon contre la force du ressort 37, donc en même temps la

grandeur de la section d'écoulement 40 déterminant l'amortissement.

La force exercée sur le tiroir 35, laquelle fixe la grandeur de la section d'écoulement 40, est la résultante de l'effort appliqué sur un côté du tiroir 35 par le manchon 30 et de la force du ressort 37, agissant en sens contraire (si l'on ne tient pas compte des

forces gravitationnelles et d'inertie).

Le graphique de la figure 3 montre l'allure de l'amortis-

sement D en fonction de la vitesse VK du piston 7 pour différentes intensités de champ E. Le plus fort amortissement se produit avec les électrodes déconnectées de la source d'alimentation (E = 0), et l'amortissement D est le plus faible quand le champ électrostatique possède sa pleine intensité (Emax). En cas de défaillance de l'alimentation électrique des électrodes, le dispositif travaille suivant la droite représentée en traits mixtes (E = 0), donc avec l'amortissement maximal. Ceci représente la meilleure solution pour la marche en cas d'anomalie puisqu'une grande sûreté de roulement

est ainsi préservée, en renonçant au confort.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour amortir des mouvements, en particulier sur des véhicules, comprenant un piston fixé à une tige de piston et séparant deux chambres de travail remplies d'un fluide

d'amortissement dit "rhéoélectrique" dont les propriétés d'écou-

lement sont variables par application d'un champ électrostatique, ainsi qu'un espace de commande délimité par deux électrodes en forme de plaques, générant un champ électrostatique, caractérisé en ce qu'une première électrode (30) est disposée mobile dans le sens de l'écoulement du fluide et est reliée à un organe de commande (35) qui fait varier la grandeur d'une section d'écoulement (40)

pour le fluide d'amortissement.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de commande (35) est sollicité par une force exercée par la première électrode (30) et par la force d'un ressort (37),

agissant en sens contraire.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première électrode (30) est réalisée comme un manchon (30) disposé coaxialement au piston (7) dans l'espace de commande (16), lequel entoure radialement le piston (7), s'étend dans le sens de l'axe de celui-ci et a la forme d'un canal (16) de section droite annulaire, au moins une paroi (11, 15) de cet espace formant la

seconde électrode.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de commande (35) est disposé à une extrémité du

manchon (30).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce

que l'organe de commande (35) est un tiroir.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section d'écoulement (40) est minimale lorsque aucune

tension électrique n'est appliquée aux électrodes (30, 11, 15).