FR2858034A1 - Dispositif d'attenuation/amortissement de vibrations - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations, par exemple transmises par un moteur thermique d'un véhicule automobile, comportant au moins un moteur (8) et des masses tournantes excentrées (10), caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux lignes d'arbre (9) équipées d'une masse tournante excentrée (10), chaque ligne d'arbre (9) étant entraînée par le susdit moteur (8) via un ensemble d'engrenages (11) de manière à faire tourner les deux masses tournantes excentrées (10), équipant respectivement les deux lignes d'arbre (9), en sens inverse ou opposé.

Description

DISPOSITIF D'ATTÉNUATION/AMORTISSEMENT DE VIBRATIONS

La présente invention se rapporte aux dispositifs d'atténuation/amortissement de vibrations, 5 en particulier dans le domaine de l'automobile. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un système d'atténuation des vibrations transmises par le moteur thermique d'un véhicule automobile au châssis.

Dans le cadre de l'invention, cette atténuation est obtenue par génération de vibrations inverses grâce à un (ou des) moteur(s) électromagnétique(s) équipé(s) de masses excentrées. La 15 combinaison du (ou des) moteur(s) avec une commande adéquate permet de créer un effort résultant proche de celui généré par le moteur thermique.

L'art antérieur connaît déjà des systèmes 20 d'atténuation des vibrations transmises par un moteur thermique grâce à un (ou des) moteur(s) électromagnétique(s) équipé(s) de masses excentrées mais aucun dispositif simple et peu coûteux ne permet, à l'heure actuelle, de créer un effort résultant proche 25 de celui généré par le moteur thermique.

La présente invention entend remédier aux inconvénients des dispositifs de l'art antérieur et simplifier les systèmes d'amortissement des vibrations 30 en n'utilisant qu'un seul moteur muni de masses excentrées. La présente invention est basée sur l'utilisation d'un seul moteur entraînant deux masses tournantes excentrées, également dénommées balourds , contra-rotatifs par l'intermédiaire d'un ensemble d'engrenages par roues dentées, l'ensemble étant idéalement fixé de manière élastique sur la structure réceptrice. Grâce au dispositif selon l'invention, il est possible de générer un effort 5 sinusoïdal de direction constante et d'amplitude faiblement variable avec la vitesse de rotation.

Pour ce faire, la présente invention est du type décrit ci-dessus et elle est remarquable, dans son 10 acception la plus large, en ce qu'elle concerne un dispositif d'atténuation/amortissement de vibrations, par exemple transmis par un moteur thermique d'un véhicule automobile, comportant au moins un moteur et des masses tournantes excentrées, caractérisé en ce 15 qu'il comprend au moins deux lignes d'arbre équipées d'une masse tournante excentrée, chaque ligne d'arbre étant entraînée par le susdit moteur via un ensemble d'engrenages de manière à faire tourner les deux masses tournantes excentrées, équipant respectivement les deux 20 lignes d'arbre, en sens inverse ou oppose.

De préférence, le susdit moteur sera de type électromagnétique.

Avantageusement, les deux lignes d'arbre seront parallèles à l'axe du moteur.

Avantageusement, l'ensemble d'engrenage sera constitué de roues dentées. 30 Selon une possibilité offerte par l'invention, le dispositif selon l'invention sera monté dans un boîtier rigide comprenant notamment les logements pour ledit moteur et lesdites lignes d'arbre avec leur balourd.

Selon une possibilité offerte par 5 l'invention, l'ensemble du dispositif selon l'invention sera fixé élastiquement sur une structure réceptrice.

Selon une possibilité offerte par l'invention, le dispositif de l'invention sera placé au 10 niveau de la caisse d'un véhicule automobile. Dans ce cas, de préférence, le boîtier sera fixé sur la caisse via des plots en élastomère.

Avantageusement, au moins un capteur de 15 position pourra être placé dans ledit boîtier en vis-àvis d'un desdits balourds.

Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprendra au moins un capteur de 20 vibrations, par exemple disposé/fixé au niveau de la caisse du véhicule. Dans ce cas, de préférence, le capteur consistera en un capteur de type accéléromètre et/ou microphone.

Avantageusement, les masses tournantes excentrées présenteront la forme d'un secteur angulaire.

De préférence, le dispositif selon 30 l'invention fonctionnera pour des vibrations transmises par un moteur tournant au ralenti et en bas régime, soit de 750 à 1500 tr/min (tour par minute).

Avantageusement, le dispositif de l'invention comprendra un moyen de commande apte à gérer la vitesse et la position, ou la phase, du moteur et du signal issu du capteur de position.

Selon une possibilité offerte par l'invention, le dispositif selon l'invention pourra comprendre un moyen de commande à boucle ouverte ou fermée apte à générer un complément d'effort nécessaire 10 à la réduction ou à l'annulation des mesures sur les capteurs de bruits et de vibrations dans l'habitacle.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le capteur de position susmentionné sera 15 apte à engendrer un signal à chaque tour effectué par chaque masse tournante excentrée de manière à permettre les asservissements en vitesse et en position du moteur.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, au moins un capteur de position, par exemple à effet hall, est intégré dans le moteur.

Selon une possibilité offerte par 25 l'invention, une masse supplémentaire pourra être disposée dans le boîtier afin d'équilibrer le dispositif et d'assurer une position satisfaisante de son centre de gravité.

Grâce au dispositif selon l'invention, on obtient un système d'atténuation/amortissement simple permettant de générer un effort monodirectionnel d'amplitude constante ou quasi-constante sur une large plage de fréquences, soit en particulier pour une utilisation dans le domaine des fréquences supérieures à la fréquence de suspension du système. Par ailleurs, au voisinage de la fréquence de suspension du système, il est possible d'amplifier l'effort injecté dans la 5 caisse, d'où une diminution possible de la valeur des masses tournantes excentrées. Enfin, la suspension du dispositif permet de le découpler visà-vis des excitations perturbatrices provenant de la caisse, susceptibles de diminuer la précision et/ou la 10 robustesse de la commande.

On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en 15 référence aux figures annexées: - la figure 1 illustre une vue schématique d'implantation du dispositif selon l'invention avec sa commande; - la figure 2 illustre une vue en 20 perspective du dispositif selon l'invention, le boîtier contenant l'ensemble des éléments du dispositif étant ouvert; - la figure 3 illustre schématiquement le fonctionnement des masses tournantes excentrées; - les figures 4a à 4c illustrent un mode de réalisation préférentiel selon l'invention, permettant l'obtention d'un dispositif particulièrement économique.

Dans la suite, uniquement afin d'illustrer le dispositif de l'invention et son fonctionnement, on a choisi comme direction de fonctionnement du système l'axe vertical pour la génération des efforts.

La figure 1 présente schématiquement une description préalable des perturbations dans le cas d'un moteur thermique automobile, une application principale, mais non exclusive, du dispositif 1 selon 5 l'invention étant le traitement des bruits et des vibrations au ralenti et à bas régime d'un moteur diesel quatre cylindres 2 associé à une boîte automatique. Les nuisances, ou perturbations, à atténuer sont les accélérations vibratoires sur la 10 caisse 3 et la pression acoustique dans l'habitacle.

Ces nuisances sont dûes au résidu de filtrage des supports 4 du moteur 2. Dans ce cas, la nuisance est composée principalement d'une composante harmonique à la fréquence double du régime du Groupe Moto Propulseur 15 (GMP).

Durant le fonctionnement, on utilisera des capteurs 5 de type accéléromètre et microphone facilement intégrables dans un véhicule pour la mesure 20 de la nuisance et le pilotage, ou moyen de commande 6, du dispositif.

La figure 2 illustre une vue en perspective du dispositif selon l'invention, contenu dans un 25 boîtier 7, ce dernier étant ouvert afin de rendre visible l'ensemble des éléments dudit dispositif 1. Le boîtier 7 est idéalement réalisé de manière à présenter, lorsque vide, des évidements, ou logements, pour l'installation et la fixation de l'ensemble des 30 éléments du dispositif 1. Le boîtier 7 pourra être réalisé en tous types de matériaux, mais il est intéressant qu'il présente un poids relativement faible et qu'il soit résistant notamment aux chocs. Ainsi, on privilégiera une réalisation du boîtier 7 en matière plastique. Ainsi, l'ensemble des éléments du dispositif 1, à l'exception des capteurs 5 disposés dans le véhicule ou le système générant des vibrations à atténuer, est monté dans le boîtier rigide 7 comprenant 5 les logements pour le moteur électrique 8 et les différentes lignes d'arbre 9 avec leur balourd 10.

Le moteur 8 est de type électromagnétique avec une préférence pour les moteurs à courant continu 10 ou sans balai. Ses caractéristiques sont choisies de sorte qu'il puisse mettre en mouvement le système de masses tournantes excentrées 10 dans la plage de fréquences désirée.

Le dispositif 1 de l'invention comprend deux lignes d'arbre parallèles 9 à l'axe du moteur électrique 8, équipée chacune d'une masse tournante excentrée 10. Les possibilités de conception de ces masses 10 sont très variées. Ainsi, elles pourront 20 présenter tous types de forme, mais seront de préférence identiques. Dans le cadre de cet exemple, on préférera la forme d'un secteur angulaire.

Chaque ligne d'arbre 9 est entraînée par le 25 moteur électrique 8 via un ensemble d'engrenage 11, de manière à faire tourner les deux balourds 10, situés respectivement sur les deux lignes d'arbre 9, en sens opposé. Dans l'exemple choisi pour illustrer l'invention, un des côtés 12' du boîtier 7 comporte 30 quatre petites roues dentées sphériques tandis que l'autre côté opposé 12'' comporte uniquement deux roues dentées et une roue d'équilibrage, de diamètre légèrement supérieur à celui des quatre roues dentées opposées.

Les caractéristiques de chaque balourd 10, ou masse tournante excentrée, sont les suivants: - la masse m, - la distance entre le centre d'inertie de la masse 10 et le centre de rotation r, - la position angulaire du centre d'inertie de la masse 10 par rapport à un repère commun oc, - la vitesse de rotation c, - le sens de rotation par rapport à un repère commun ( = 1 pour le sens trigonométrique et = -1 pour le sens inverse).

Pour le dimensionnement de ces paramètres, on peut prendre pour hypothèse que les nuisances à annuler sont liées à un effort, résidu de filtrage des supports du Groupe Moto Propulseur (GMP), de direction constante Z et d'amplitude constante Fpert. La force 20 radiale générée par chacun des balourds est donnée par la relation Fbal = mroe.

Un capteur de position 14, de type capteur de proximité par exemple à effet Hall, est placé dans 25 le boîtier en vis-à-vis d'un des balourds 10, pour donner un top, ou signal, par tour permettant les asservissements en vitesse et en position du moteur électrique. Une variante consiste à intégrer directement le capteur (type codeur), non représenté 30 sur les figures annexées, au moteur 8.

Le dispositif selon l'invention est placé au niveau de la caisse 3 du véhicule, par exemple sur une traverse du berceau moteur. I1 est positionné de manière à disposer les différentes lignes d'arbres 9 dans un plan horizontal, afin de générer via les balourds 10 des efforts dans les plans verticaux. Le 5 boîtier 7 est fixé sur la caisse 3 via un dispositif de plots 13 en élastomère permettant de régler sa fréquence de suspension verticale.

La figure 3 illustre le dimensionnement des 10 paramètres choisis. Le choix des rapports de réduction des divers engrenages du système permet de régler la vitesse de rotation de chaque balourd 10 par rapport à celle du moteur électrique 8: la solution préférentielle est de les faire tourner à la fréquence 15 de la perturbation.

Le choix de la position initiale de chaque balourd permet de régler la direction de l'effort résultant généré au niveau du boîtier 7; dans la 20 configuration de la figure 3, en choisissant U2 = X on obtient un effort uniquement suivant la direction verticale. Le choix de la masse 10 et de la position du centre d'inertie de chaque balourd 10 permet de régler l'amplitude de cet effort, soit 25 2 * Fbal = 2 * m * r * (2f) 2.

Cet effort croît avec le carré de la fréquence, d'où une variation importante sur la plage de fonctionnement du GMP correspondant au ralenti et 30 bas régime (de 750 à 1500 tr/mn). Le choix de la fréquence f0 de suspension du système, lié au rapport entre la raideur des plots 13 de suspension et la masse totale du boîtier 7, permet de régler le niveau d'effort généré au niveau de la caisse 3. On observe classiquement pour un système suspendu à la fréquence f0 une amplification jusqu'à V2 * f0, puis un filtrage aux fréquences supérieures. On démontre que l'amplitude de l'effort tend vers une valeur constante égale à 2*m*r*(21f0)2.

Le système est piloté par un algorithme de commande, implémenté par exemple dans le calculateur moteur, non représenté sur les figures annexées. La 10 stratégie de commande consiste, dans un premier temps, en un asservissement de vitesse et position du moteur électrique 8, crée à partir d'un signal de référence issu du calculateur moteur (information PMH par exemple) et du signal issu du capteur de position 14. 15 Dans un deuxième temps, on utilise la mesure des nuisances sur les capteurs de bruit et de vibrations 5 dans l'habitacle pour asservir la phase du moteur, dans le but de minimiser l'amplitude desdites 20 nuisances.

Une alternative est d'utiliser un asservissement en boucle ouverte par cartographie pour piloter la phase du moteur 8 en fonction de 25 l'information régime GMP issue du calculateur moteur.

Une troisième possibilité de commande consiste à associer à ce système un générateur secondaire d'effort, généralement de puissance faible, 30 permettant de générer le complément d'effort nécessaire à l'annulation des mesures sur les capteurs de bruits et vibrations 5 dans l'habitacle. Ceci est alors réalisé par une commande multivariable à boucle fermée.

Sur les figures 4a à 4c, le dispositif selon l'invention comprend un moteur à courant continu 15 fabriqué en grande série pour l'automobile, par exemple de type lève-vitre, incluant un capteur de 5 position, par exemple à effet Hall, et monté dans un boîtier thermoplastique.

Le boîtier peut être constitué de plusieurs composants, par exemple un corps principal 16' et deux 10 plaques de fermeture 16'' et 16''', liés par vissage rivetage ou tout autre moyen d'assemblage bien connu de l'homme du métier.

Le moteur entraîne directement en rotation 15 une première roue dentée 17, dite menant, montée sur son axe et engrenant à la suite et dans le même plan les deux roues dentées 18, dites menées, supportant chacune une masse excentrée. Les diverses roues dentées sont réalisées par surmoulage en thermoplastique des 20 dentures sur un disque métallique plein 19, ou roue menant, ou sur une couronne 20 et un secteur angulaire métallique 21, ou roue menée. Ces composants métalliques sont dimensionnés de manière à générer les forces d'inerties souhaitées (rôle des secteurs 25 angulaires constituant les balourds) et à présenter une inertie totale en rotation suffisante pour assurer la précision et la robustesse des asservissements en vitesse de position. Chaque roue menée est montée via un roulement 22 ou un palier auto-lubrifié sur un axe 30 issu du boîtier.

Une masse supplémentaire 23 peut être disposée dans le boîtier, via un surmoulage du plastique, afin d'équilibrer le dispositif, et d'assurer une position satisfaisante de son centre de gravité, de préférence au point de génération de l'effort, c'est-à-dire au point d'engrènement des deux roues menées.

Le dispositif est monté sur la structure réceptrice via plusieurs supports 24 en élastomères assemblés sur le boîtier par exemple par vissage.

L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations, par exemple transmises par un moteur 5 thermique d'un véhicule automobile, comportant au moins un moteur (8) et des masses tournantes excentrées (10), caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux lignes d'arbre (9) équipées d'une masse tournante excentrée (10), chaque ligne d'arbre (9) étant entraînée par le 10 susdit moteur (8) via un ensemble d'engrenages (11) de manière à faire tourner les deux masses tournantes excentrées (10), équipant respectivement les deux lignes d'arbre (9), en sens inverse ou opposé.

2. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble d'engrenage (11) est constitué de roues dentées.

3. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ensemble dudit dispositif (1) est fixé élastiquement sur une structure réceptrice.

4. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moteur (8) est de type électromagnétique.

5. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux lignes d'arbre (9) sont parallèles à l'axe du moteur (8).

6. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit dispositif (1) est monté dans un boîtier rigide (7) comprenant notamment les 5 logements pour ledit moteur (8) et lesdites lignes d'arbre (9) avec leur balourd (10).

7. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon les revendications 1 à 6, 10 caractérisé en ce que ledit dispositif (1) est placé au niveau de la caisse (3) d'un véhicule automobile, par exemple sur une traverse du berceau moteur.

8. Dispositif d'atténuation/amortissement 15 (1) de vibrations selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit boîtier (7) est fixé sur la caisse (3) via des plots (13) en élastomère.

9. Dispositif d'atténuation/amortissement 20 (1) de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un capteur de position (14), par exemple à effet hall, est placé dans ledit boîtier (7) en vis-à-vis d'un desdits balourds (10).

10. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de vibrations, par exemple disposé/fixé au 30 niveau de la caisse (3) du véhicule.

11. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon la revendication 10, caractérisé en ce en que le capteur consiste en un capteur de type accéléromètre et/ou microphone.

12. Dispositif d'atténuation/amortissement 5 (1) de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les masses tournantes excentrées (10) présentent la forme d'un secteur angulaire.

13. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif (1) fonctionne pour des vibrations transmises par un moteur tournant au ralenti et en bas régime, soit de 750 à 15 1500 tr/min (tour par minute).

14. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de commande (6) apte à 20 gérer la vitesse et la position, ou la phase, du moteur (8) et du signal issu du capteur de position.

15. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon l'une des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de commande à boucle ouverte ou fermée apte à générer un effort nécessaire à la réduction ou à l'annulation des mesures sur les capteurs de bruits et de vibrations (5) dans l'habitacle.

16. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon la revendication 9, caractérisé en ce que le capteur de position (14) est apte à engendrer un signal à chaque tour effectué par chaque masse tournante excentrée (10) de manière à permettre les asservissements en vitesse et en position du moteur (8).

17. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un capteur de position, par exemple à effet hall, est intégré dans le moteur (8).

18. Dispositif d'atténuation/amortissement (1) de vibrations selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une masse supplémentaire (23) est disposée dans le boîtier (7) afin d'équilibrer le dispositif et 15 d'assurer une position satisfaisante de son centre de gravité.