FR2657666A1 - Perfectionnements aux dispositifs antivibratoires hydrauliques. - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'un support antivibratoire hydraulique comportant deux armatures rigides (1,3); une structure en élastomère (6,7) formant avec elles deux chambres étanches (A,B); un passage étranglé (12,18) faisant communiquer en permanence les deux chambres entre elles; une masse de liquide remplissant les deux chambres et le passage étranglé; un clapet rigide ferromagnétique (8) délimitant en partie l'une des deux chambres (A); et des bobines électriques (17,18) pour appliquer des efforts alternatifs sur ce clapet. Ledit clapet (8) est guidé axialement, les entrefers sont isolés du liquide et il est prévu une chaîne asservissant l'excitation électrique des bobines aux déplacements axiaux du clapet lui-même grâce à un capteur (19).

Description

Perfectionnements aux disPositifs antivibratoires hv draulisues.

L'invention est relative aux dispositifs antivibratoires hydrauliques destinés à être interposés aux fins d'amortissement et de liaison voire de support, entre deux éléments rigides tels qu'un châssis de véhicule et que le moteur de ce véhicule.

Elle concerne plus particulièrement, parmi ces dispositifs, ceux qui comportent
- deux armatures rigides solidarisables respectivement avec les deux éléments rigides à réunir
- une structure d'entretoisement en élastomère reliant entre elles les deux armatures et formant au moins en partie avec celles-ci deux chambres étanches,
- un passage étranglé faisant communiquer en permanence les deux chambres entre elles,
- une masse de liquide remplissant les deux chambres et le passage étranglé,
- et un clapet rigide délimitant en partie l'une des deux chambres et monté de façon à pouvoir se déplacer avec une amplitude de débattement limitée.

Comme on le sait, avec un tel dispositif
- les oscillations de relativement grande amplitude (savoir supérieure à 0,5 mm) et de relativement basse fréquence (savoir de l'ordre de 5 à 15 Hz) telles que celles dues au "hachis" engendré sur le véhicule par les cahots de la route ont pour effet de refouler le liquide de l'une des deux chambres dans l'autre et inversement à travers le passage étranglé, avec mise en résonance de la masse liquide ainsi refoulée lorsque la fréquence desdites oscillations atteint une valeur prédéterminée qui est fonction du rapport entre la longueur axiale et la section droite du passage étranglé, cette mise en résonance assurant un excellent amortissement des oscillations concernées,
- les vibrations de relativement petite amplitude (inférieure à 0,5 mm) et de relativement haute fréquence (généralement comprise entre 20 et 200 Hz), telles que celles dues au fonctionnement du moteur se traduisent par des vibrations du clapet susceptibles d'atténuer ou filtrer la transmission des vibrations en cause.

Dans les modes de réalisation connus des dispositifs du genre en question, le clapet est généralement libre de se déplacer entre ses deux butées et ce sont donc les vibrations auxquelles il est soumis naturellement en fonction des vibrations à amortir qui sont exploitées aux fins d'atténuation désirée.

Pour renforcer cet effet atténuateur ou filtrant, on a déjà essayé de supprimer le caractère "naturel" des vibrations utiles et exploitables du clapet en les modifiant d'une façon artificielle et imposée, méthode parfois désignée sous l'appellation "atténuation active".

A cet effet, il a été proposé de constituer au moins partiellement le clapet par un élément ferromagnétique et d'appliquer sur cet élément, à l'aide de bobines électriques, des "contre-vibrations", c'est-à- dire des efforts alternatifs de même fréquence que les vibrations à réduire, orientés selon la même direction que ces vibrations et de sens contraire (brevet US n' 4 650 170).

Mais les réalisations proposées pour mettre en oeuvre cette disposition ne pouvaient pas donner satisfaction dans la pratique pour un certain nombre de raisons et en particulier les suivantes
- le clapet n'était pas guidé, mais librement flottant, avec le risque qu'il se mette de travers entre les bobines,
- les entrefers ou intervalles disposés entre le clapet et ses butées étaient accessibles du liquide amortisseur, ce qui entraîne des effets de succion et refoulement alternatifs préjudiciables au fonctionnement à haute fréquence,
- et surtout l'excitation des bobines électriques de commande des contre-vibrations était asservie non pas en boucle fermée aux vibrations même du clapet, mais en boucle ouverte aux vibrations d'un moteur de véhicule donnant naissance aux vibrations à amortir et alors rigidement relié à l'une des deux armatures rigides du dispositif, sans aucun contrôle des résultats obtenus.

Dans ces conditions, rien n'empêche a priori que, lorsque le dispositif est soumis à des oscillations de basse fréquence et grande amplitude, le clapet vienne en contact avec ses butées au rythme desdites oscillations, de sorte qu'il est bloqué aux instants correspondant à ces applications et qu'il ne peut plus alors être soumis à des vibrations utiles au sens décrit cidessus : l'atténuation des vibrations à amortir est alors annulée au rythme desdites oscillations.

L'invention a pour but de rendre possible une atténuation active efficace permettant en particulier de supprimer l'inconvénient qui vient d'être signalé.

A cet effet, les dispositifs antivibratoires du genre en question selon l'invention comprennent encore un clapet constitué au moins partiellement par un élément ferromagnétique et des bobines électriques pour appliquer des contre-vibrations sur cet élément, et ils sont essentiellement caractérisés en ce que le clapet est guidé par au moins une bague déformable de façon à ne pouvoir se déplacer qu'en translation selon la direction "axiale" des vibrations auxquelles il est soumis, en ce que les intervalles compris entre le clapet et les bobines sont séparés du liquide amortisseur par au moins un joint annulaire étanche et en ce qu'il est prévu une chaîne asservissant l'excitation électrique des bobines aux déplacements axiaux du clapet lui-même de façon telle que l'excitation due à cette seule chaîne ait pour effet de réduire, voire d'annuler ces déplacements, ladite chaine comprenant à cet effet un capteur desdits déplacements disposé à proximité immédiate dudit clapet.

Dans des modes de réalisation avantageux, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes
- le clapet est interposé entre l'une des deux chambres remplies de liquide et une troisième chambre dépourvue de liquide et éventuellement mise à l'air libre,
- le clapet est monté dans une carcasse rigide qui est reliée aux deux armatures rigides par respectivement deux portions de la structure d'entretoisement en élastomère,
- le dispositif comprend deux capteurs propres à capter respectivement les vibrations des deux armatures rigides et une seconde chaîne d'asservissement propre à élaborer, à partir des données recueillies par ces deux capteurs et éventuellement de données supplémentaires provenant notamment d'un moteur de véhicule donnant naissance aux vibrations à amortir, des signaux électriques d'excitation des bobines électriques cidessus, signaux propres à imposer au clapet théoriquement stabilisé par la première chaîne d'asservissement, des vibrations artificielles propres à annuler les vibrations apparaissant sur l'armature rigide à amortir.

L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après.

Dans ce qui suitr l'on va décrire quelques modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative.

La figure 1, de ce dessin, montre schématiquement en coupe axiale un support antivibratoire hydraulique établi selon l'invention.

La figure 2 est un diagramme de chaînes d'asservissement associées à ce support conformément à l'invention.

La figure 3 montre encore schématiquement en coupe axiale une variante de support antivibratoire hydraulique conforme à l'invention.

La figure 4 montre semblablement un autre mode de réalisation d'un détail de cette variante.

La figure 5 montre semblablement une variante d'un détail du premier mode de réalisation.

D'une façon connue en soi, le support considéré schématisé sur la figure 1 comprend
- une embase rigide 1 constituée par un plot central prolongé vers le haut par un goujon 2 en attente,
- un anneau rigide 3 prolongé vers l'extérieur par deux pattes 4 elles-mêmes perforées par des trous de fixation 5,
- une paroi tronconique épaisse en caoutchouc 6 présentant une bonne résistance à la compression axiale de façon à jouer un rôle de "support" et reliant de façon étanche l'embase 1 à l'anneau 3,
- un soufflet mince et flexible 7 relié de fa çon étanche à l'anneau 3 et délimitant un boîtier fermé avec cet anneau, la paroi 6 et l'embase 1,
- un clapet 8 divisant ledit boitier en deux chambres, savoir une chambre de travail A du côté de la paroi 6 et une chambre de compensation B du côté du soufflet 7, ledit clapet 8 étant constitué par un disque plat dont la périphérie forme une collerette ou rondelle 9 logée avec un jeu 10 dans une gorge 11 évidée dans l'anneau 3, ledit jeu étant de l'ordre de 0,5 mm de part et d'autre du disque,
- un passage étranglé 12 reliant les deux chambres A et B entre elles, passage ici évidé au centre du clapet 8,
- et une masse de liquide L remplissant les deux chambres et le passage étranglé.

Dans les modes de réalisation auxquels 1 'inven- tion s applique de préférence et qui seront choisis à titre d'exemples non limitatifs pour le présent exposé, l'ensemble du support est de révolution autour d'un axe X, l'embase rigide 1 supporte un moteur à combustion interne 13 de véhicule et l'anneau rigide 3 est monté sur le châssis 14 de ce véhicule.

Comme on le sait, les oscillations de relativement basse fréquence et grande amplitude appliquées au châssis 14 se traduisent par un refoulement alternatif à la même fréquence du liquide L de l'un des deux compartiments A et B dans l'autre et inversement à travers le passage 12 et la colonne de liquide oscillante contenue dans ce passage est le siège d'un phénomène de résonance lorsque ladite fréquence atteint une valeur prédéterminée qui dépend des cotes dudit passage, ce phénomène ayant pour effet d'amortir la transmission des oscillations d'origine d'une armature à l'autre.

Dans les modes de réalisation habituels, le clapet 8 est libre de se débattre dans la gorge 11 et ce sont ses vibrations naturelles qui sont exploitées pour filtrer les vibrations de relativement haute fréquence et faible amplitude qui sont engendrées par le moteur 13, de façon à réduire la transmission de ces vibrations au châssis 14.

Ce sont ces vibrations que l'on se propose de contrôler efficacement selon l'invention en les commandant artificiellement de façon telle
- qu'au moins elles ne puissent pas être neutralisées périodiquement par les oscillations de basse fréquence et grande amplitude appliquées à l'un des deux éléments rigides 1 et 3 par rapport à l'autre,
- et que de préférence en outre elles soient renforcées de façon à provoquer une "atténuation active" des vibrations du châssis allant jusqu'à l'annulation totale de ces vibrations, par imposition à ce châssis de contre-vibrations appropriées, c'est-à-dire dont la fréquence et l'amplitude sont identiques à celles des vibrations normalement transmises depuis le moteur, mais de phase opposée.

A cet effet
- on prévoit entre le clapet 8 et son support une bague déformable 15 propre à guider les débattements dudit clapet en rendant ceux-ci possibles exclusivement en translation et parallèlement à la direction de l'axe
X ou direction "axiale" et non selon les directions radiales perpendiculaires à cet axe ou en basculement autour d'un axe transversal,
- on constitue en un matériau ferromagnétique au moins la rondelle constituant la portion périphérique 9 dudit clapet 8,
- on isole cette rondelle 9 du liquide L par au moins un joint d'étanchéité 16,
- on prévoit dans l'anneau 3, de part et d'autre de la rondelle 9, deux bobines 17 et 18 dont les excitations électriques se traduisent par l'application de forces axiales de sens contraires sur ladite rondelle 9,
- et on prévoit une chaîne d'asservissement des excitations de ces deux bobines, comprenant un capteur 19 des déplacements du clapet 8, un circuit électronique 20 de traitement des données recueillies par le capteur 19 et deux amplificateurs 21 et 22 interposés respectivement entre le circuit 20 et les bobines 17 et 18.

La bague de guidage 15 est avantageusement constituée par une bague en élastomère peu compressible radialement, mais très facilement déformable en direction axiale, et travaillant au cisaillement ou par un soufflet métallique travaillant à la flexion tel que celui désigné par la référence 15' dans la variante de la figure 4.

Le joint d'étanchéité 16 doit opposer une résistance négligeable aux débattements axiaux du clapet 8 et pourrait être dans certains cas constitué par la bague de guidage 15 elle-même si sa position lui permet d'empêcher le liquide L de pénétrer dans l'entrefer 11.

Les bobines 17 et 18 travaillent à la façon d'un moteur à réluctance variable, engendrant sur le clapet des forces élevées orientées alternativement dans les deux sens : elles peuvent être logées dans une carcasse ou culasse en matériau ferromagnétique faisant partie de leur support commun ou constituant celui-ci.

Le capteur 19 est constitué de toute manière désirable, travaillant par exemple sur le principe LVDT ("Linear Variation Differential Transformer") ou étant d'un type inductif, capacitif ou à courants de Foucault.

L'asservissement réalisé par la chaîne est prévu de façon telle que, s'il est utilisé isolément, il immobilise pratiquement le clapet 8, toute tentative de déplacement axial de celui-ci dans un sens donné se traduisant instantanément par l'application sur lui d'une force antagoniste contraire tendant à interdire ce déplacement.

C'est sur le clapet ainsi asservi en position que l'on vient appliquer artificiellement une vibration correctrice en utilisant les bobines 17 et 18 ci-dessus ainsi que leurs circuits d'attaque 20 à 22.

Plus précisément, on prévoit sur le circuit électronique 20 une entrée spéciale E adaptée à la réception des signaux électriques représentatifs d'une telle vibration correctrice et on élabore ces signaux électriques dans un circuit atténuateur approprié 23.

Ce circuit atténuateur 23 reçoit des informations provenant respectivement d'un capteur de vibrations 24 monté sur l'embase 1 et donc apte à capter les vibrations imposées à cette embase par le moteur 13 et d'un capteur de vibrations 25 monté sur l'anneau 3 et donc apte à capter les vibrations résiduelles qui apparaissent sur le châssis 14 tant que le réglage optimum de l'ensemble n'est pas obtenu.

Dans certains cas, on établit en outre une liaison 26 entre le moteur 13 lui-même et le circuit atténuateur 23, par exemple à des fins de synchronisation.

Sur la figure 2, on a schématisé en 27 un circuit soustracteur disposé sur 1 t entrée E et recevant à la fois les signaux électriques élaborés par le capteur 19 et ceux élaborés par le circuit atténuateur 23, la différence de ces signaux étant faite à ce niveau avant l'application des signaux résultants sur le circuit 20.

Cette seconde chaîne d'asservissement 23-26 permet d'appliquer sur le clapet 8 des vibrations imposées dont les caractéristiques (fréquence, amplitude, phase) sont pratiquement identiques à celles des vibrations naturelles du clapet qui auraient lieu en l'absence des deux chaines d'asservissement.

On obtient dans ce cas des effets d'amortissement du même genre que ceux obtenus par lesdites vibrations naturelles.

Mais ici ces vibrations sont imposées sur le clapet 8 en maintenant sa position moyenne au milieu de la largeur axiale de la gorge 11, de sorte qu'il ne risque plus de venir buter contre les faces en regard de ladite gorge, l'amplitude desdites vibrations étant inférieure au jeu 10, et par exemple de l'ordre de 0,1 mm si ce jeu est de 0,5 mm : en particulier, il n'y a donc plus de risque que ces vibrations utiles cessent au rythme d'éventuelles oscillations à basse fréquence et grande amplitude ainsi qu'il a été décrit ci-dessus.

Cela dit, la seconde chaine permet d'appliquer sur le clapet 8 des vibrations encore plus correctrices que les vibrations naturelles précédentes, en particulier en conférant à ces vibrations correctrices des amplitudes supérieures à celles desdites vibrations naturelles, mais toujours inférieures bien entendu au jeu 10.

L'ensemble permet alors d'engendrer une "atténuation active" des vibrations à amortir, ce qui permet à la limite de supprimer intégralement celles-ci au niveau du châssis 14.

Sur la figure 3, on a schématisé une variante du support schématisé sur la figure 1, variante pour laquelle les éléments identiques ou comparables à ceux précédemment décrits ont été affectés des memes références que précédemment.

Cette variante diffère essentiellement de la précédente par les points suivants
1/ Au lieu d'être interposé entre les deux chambres de liquide A et B, le clapet 8 est ici interposé entre la première chambre de liquide A et une troisième chambre C qui est dépourvue de liquide et avantageusement mise à l'air libre à travers au moins un orifice approprié 28.

Cette mesure est de nature à augmenter la sensibilité du dispositif, car alors seule l'une des deux faces du clapet 8 est en contact avec du liquide, ce qui facilite le contrôle de ses débattements.

2/ La gorge 11 est alors évidée dans un bloc annulaire ferromagnétique 29 indépendant de l'anneau 3 et la seconde chambre de liquide B est reportée à la périphérie de ce bloc 29, cette seconde chambre B étant alors annulaire et délimitée extérieurement par l'anneau 3, intérieurement par le bloc 29 et, entre ces deux pièces rigides, d'une part, par une entretoise annulaire 30 constituée en un matériau élastique et, d'autre part, par une membrane annulaire mince et flexible constitutive du soufflet 7, et le passage étranglé 12 étant ici un canal évidé dans ledit bloc 29.

Une telle construction permet de filtrer les hautes fréquences par la simple inertie du bloc 8, lequel est relativement pesant et se trouve suspendu entre les deux entroises en élastomère 6 et 30.

3/ Au lieu de présenter la forme d'un disque plat, comme précédemment, le clapet 8 présente ici la forme d'un pot cylindrique à fond plat ceinturé à mihauteur par la collerette radiale externe 9 en matériau ferromagnétique logée avec jeu dans la gorge annulaire 11.

Le guidage de ce clapet 8 dans le bloc 29 est assuré à l'aide de deux bagues 15 adhérées respectivement sur ces deux pièces et disposées axialement de part et d'autre de la collerette 9, bagues peu déformables radialement, mais offrant une résistance négligeable à la déformation par cisaillement selon la direction axiale.

L'une de ces deux bagues sert en même temps de joint d'étanchéité 16 empêchant que le liquide L contenu dans la chambre A puisse accéder à la collerette 9.

Le capteur 19 est ici disposé axialement au centre du support, à l'intérieur du pot constitutif du clapet 8 et il en est de même du capteur 25.

En suite de quoi et quel que soit le mode de réalisation adopté on dispose finalement d'un support antivibratoire hydraulique dont la constitution, le fonctionnement et les avantages résultent suffisamment de ce qui précèdent.

Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment:
- celles où le dispositif antivibratoire considéré serait un manchon travaillant essentiellement selon une direction diamétrale et pour lequel les deux armatures rigides seraient tubulaires, s'entourant l'une l'autre et de préférence de révolution et coaxiales au moins sous charge,
- celles où l'entretoise annulaire 30 ci-dessus serait constituée par une pièce rigide solidarisant entre eux le bloc 29 et l'anneau 3,
- celles où le bord périphérique du clapet 8 serait prolongé axialement, de préférence de part et d'autre de celle-ci, par un rebord 31 (figure 5) présentant une relativement grande dimension axiale, la bague 15 de guidage du clapet 8 comprenant alors au moins deux portions annulaires interposées radialement entre le fond 32 de la gorge 11 et le flanc 33 des deux extrémités axiales dudit rebord, de façon à améliorer le guidage du clapet et en particulier renforcer sa résistance aux basculements autour d'axes transversaux,
- et celles où la portion ferromagnétique 9 constitutive du clapet 8 -et les bobines 17 et 18 qui l'encadrent- seraient disposées à proximité de l'axe X, la portion du clapet mise en contact avec le liquide étant alors disposée à la périphérie de ce clapet.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Dispositif antivibratoire hydraulique destiné à être interposé entre deux éléments rigides (13,14), comportant deux armatures rigides (1,3) solidarisables respectivement avec les deux éléments rigides à réunir une structure d'entretoisement en élastomère (6,7,29) reliant entre elles les deux armatures et formant au moins en partie avec celles-ci deux chambres étanches (A,B) ; un passage étranglé (12) faisant communiquer en permanence les deux chambres entre elles ; une masse de liquide remplissant les deux chambres et le passage étranglé ; un clapet rigide (8) délimitant en partie l'une des deux chambres (A), monté de façon à pouvoir se déplacer avec une amplitude de débattement limitée, et constitué au moins partiellement par un élément ferromagnétique ; et des bobines électriques (17,18) pour appliquer des forces alternatives sur cet élément, caractérisé en ce que le clapet (8) est guidé par au moins une bague déformable (15) de façon à ne pouvoir se déplacer qu'en translation selon la direction des vibrations auxquelles il est soumis, en ce que les intervalles (10) compris entre le clapet et les bobines sont séparés du liquide amortisseur par au moins un joint annulaire étanche (16) et en ce qu'il est prévu une chaine asservissant l'excitation électrique des bobines aux déplacements du clapet lui-même de façon telle que l'excitation due à cette seule chaine ait pour effet de réduire, voire d'annuler ces déplacements, ladite chaîne comprenant à cet effet un capteur (19) desdits déplacements disposé à proximité immédiate dudit clapet.

2. Dispositif antivibratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (8) est interposé entre l'une des deux chambres remplies de liquide (A) et une troisième chambre (C) dépourvue de liquide et éventuellement mise à l'air libre.

3. Dispositif antivibratoire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le clapet (8) est monté dans une carcasse rigide (29) qui est reliée aux deux armatures rigides par respectivement deux portions (6,30) de la structure d'entretoisement en élastomère.

4. Dispositif antivibratoire selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'élément ferromagnétique constituant au moins une partie du clapet est une rondelle ou collerette périphérique (9) de celui-ci.

5. Dispositif antivibratoire selon la revendication 4, caractérisé en ce que le clapet présente la forme d'un pot cylindrique ceinturé à mi-hauteur par la collerette (9) et guidé à l'aide de deux bagues (15) disposées axialement de part et d'autre de la collerette.

6. Dispositif antivibratoire selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le bord de son clapet (8) est prolongé axialement par un rebord (31) présentant une relativement grande dimension axiale et guidé par les bagues (15) au niveau de ses extrémités axiales.

7. Dispositif antivibratoire selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il comprend deux capteurs (24,25) propres à capter respectivement les vibrations des deux armatures rigides (1,3) et une seconde chaîne d'asservissement (23-25) propre à élaborer, à partir des données recueillies par ces deux capteurs, des signaux électriques d'excitation des bobines électriques (17,18), signaux propres à imposer au clapet (8) théoriquement stabilisé par la première chaîne d'asservissement (17-22), des vibrations artificielles propres à réduire, voire annuler les vibrations apparaissant sur l'armature rigide à amortir (3).

8. Dispositif antivibratoire selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une connection électrique (26) entre l'élément rigide vibrant (13) et la seconde chaîne d'asservissement (2325).