FR2864600A1 - Vibratory and acoustic waves damping device, has housing containing particles e.g. sand grains, and having inner volume greater than volume of particles to permit their displacement, where housing has walls made of metal - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif d'amortissement d'ondes et véhicule comportant un telWave damping device and vehicle comprising such
dispositifdevice
L'invention se rapporte à un dispositif d'amortissement d'ondes vibratoires et/ou acoustiques, notamment pour véhicule automobile, ainsi qu'à un véhicule automobile comportant un tel dispositif. The invention relates to a device for damping vibratory and / or acoustic waves, in particular for a motor vehicle, and to a motor vehicle comprising such a device.
Les vibrations du système de propulsion des véhicules induisent des excitations des systèmes mécaniques. Ces w dernières excitent des modes globaux du véhicule. Ainsi, ces excitations mécaniques influent fortement sur le confort acoustique du véhicule. The vibrations of the vehicle propulsion system induce excitations of the mechanical systems. These last w's excite global modes of the vehicle. Thus, these mechanical excitations strongly influence the acoustic comfort of the vehicle.
Différentes solutions existent dans l'état de la technique pour diminuer la gêne occasionnée par les ondes vibratoires 1s et/ou acoustiques d'un véhicule et ainsi améliorer le confort des passagers. Various solutions exist in the state of the art to reduce the inconvenience caused by the vibration waves 1s and / or acoustic of a vehicle and thus improve the comfort of passengers.
L'une de ces solutions consiste à rigidifier le système à amortir. Mais cet arrangement permet seulement d'augmenter la valeur de la fréquence de résonance; l'amplitude de la fréquence reste du même ordre de grandeur. One of these solutions is to stiffen the system to be damped. But this arrangement only makes it possible to increase the value of the resonant frequency; the amplitude of the frequency remains of the same order of magnitude.
Une autre solution consiste à ajouter de la masse au système à amortir. A l'inverse de la solution précédente, cette disposition permet de diminuer la valeur de la fréquence de résonance, mais là encore l'amplitude de la fréquence reste du même ordre de grandeur. Another solution is to add mass to the system to be damped. In contrast to the previous solution, this arrangement makes it possible to reduce the value of the resonance frequency, but here again the amplitude of the frequency remains of the same order of magnitude.
Un autre dispositif connu consiste à ajouter un batteur sur une structure résonnante. II est constitué par un système masse-ressort. Le ressort peut être constitué, par exemple, par un fil métallique ou par un matériau polymère. Cet agencement permet alors de diminuer l'amplitude de la fréquence de la résonance mais seulement pour une plage de fréquence réduite déterminée. Another known device is to add a drummer on a resonant structure. It is constituted by a mass-spring system. The spring may be constituted, for example, by a wire or a polymeric material. This arrangement then makes it possible to reduce the amplitude of the frequency of the resonance but only for a determined reduced frequency range.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. An object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
A cette fin, le dispositif d'amortissement d'ondes vibratoires et/ou acoustiques selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend au moins un logement clos contenant un amas composé d'éléments dissociables, le volume intérieur du logement étant supérieur au volume de l'amas afin de io permettre le déplacement des éléments dissociables dans le logement de façon à dissiper au moins une partie de l'énergie vibratoire et/ou acoustique à laquelle est soumis le dispositif. To this end, the device for damping vibratory and / or acoustic waves according to the invention, moreover in accordance with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that it comprises at least a closed housing containing a cluster composed of separable elements, the interior volume of the housing being greater than the volume of the cluster so as to allow the displacement of the separable elements in the housing so as to dissipate at least a portion of the vibratory energy and / or acoustic to which the device is subjected.
Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs 15 des caractéristiques suivantes: - l'amas comporte des éléments élémentaires, tels que des grains de sable et/ou de gravier, - la taille des éléments élémentaires est comprise entre 0,1 et 500 mm, et est de préférence inférieure à 5 20 mm, - l'amas comporte un liquide rhéologique, - le volume de l'amas est inférieur au tiers du volume 25 intérieur du logement, - le volume de l'amas est compris entre un tiers et deux tiers environ du volume intérieur du logement, - le logement est constitué par un récipient de forme 30 générale cylindrique. Moreover, the invention may comprise one or more of the following characteristics: the cluster comprises elementary elements, such as grains of sand and / or gravel, the size of the elementary elements is between 0, 1 and 500 mm, and is preferably less than 20 mm, the cluster comprises a rheological liquid, the volume of the cluster is less than one third of the interior volume of the housing, the volume of the cluster is between one-third and two-thirds of the interior volume of the housing, the housing is constituted by a generally cylindrical container.
Un autre but de l'invention est de proposer un véhicule automobile comportant un tel dispositif d'amortissement. Another object of the invention is to propose a motor vehicle comprising such a damping device.
A cette fin, le véhicule automobile comporte au moins une pièce ou un ensemble de pièce résonantes, caractérisé en ce qu'au moins l'une des pièces est couplée vibratoirement directement ou indirectement à au moins un dispositif d'amortissement conforme à l'une des caractéristiques précédentes. To this end, the motor vehicle comprises at least one part or a set of resonant parts, characterized in that at least one of the parts is coupled vibratairement directly or indirectly to at least one damping device according to one previous characteristics.
Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: la masse de l'amas est supérieure à 5%, et est de 10 préférence de l'ordre de 25%, de la masse dynamique de la pièce ou des pièces résonantes, - le dispositif d'amortissement est situé de façon contiguë à la pièce ou à l'ensemble des pièces résonantes, - le dispositif d'amortissement fait partie intégrante de la 15 pièce résonante, - le dispositif d'amortissement est fixé par soudage et/ou boulonnage et/ou collage sur l'une des pièces résonantes, le véhicule automobile comporte une structure et un groupe motopropulseur, la pièce ou l'ensemble de pièce résonantes couplées appartiennent au groupe moto- propulseur du véhicule automobile ou à son environnement proche, tels que des pièces de structure, - le véhicule automobile possède un élément de structure comportant un support moteur, un moteur, une boîte de vitesse reliée au support moteur comportant au moins un moyen de filtrage, le véhicule automobile comporte au moins un dispositif d'amortissement disposé sur le support moteur et/ou sur le moteur, - le véhicule automobile comporte un dispositif de commande de vitesse comprenant au moins un câble logé dans une gaine, le véhicule automobile comporte au moins un dispositif d'amortissement solidaire de la gaine. Moreover, the invention may comprise one or more of the following features: the mass of the cluster is greater than 5%, and is preferably of the order of 25%, of the dynamic mass of the part or resonant parts, - the damping device is situated contiguously to the part or all the resonant parts, - the damping device is an integral part of the resonant part, - the damping device is fixed by welding and / or bolting and / or gluing on one of the resonant parts, the motor vehicle comprises a structure and a power unit, the coupled resonant part or assembly belong to the power unit of the motor vehicle or to its close environment, such as structural parts, - the motor vehicle has a structural element comprising an engine support, an engine, a gearbox connected to the engine support comprising at least one n means of filtering, the motor vehicle comprises at least one damping device disposed on the engine support and / or the engine, - the motor vehicle comprises a speed control device comprising at least one cable housed in a sheath, the motor vehicle comprises at least one damping device integral with the sheath.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux 5 figures dans lesquelles: la figure 1 représente une vue schématique en coupe transversale d'une partie avant gauche d'un véhicule équipé du dispositif d'amortissement conforme à l'invention, io - la figure 2 représente une vue simplifiée en coupe transversale illustrant le principe de fonctionnement du dispositif d'amortissement de la figure 1, - la figure 3 représente une vue en coupe transversale du dispositif d'amortissement conforme à l'invention is placé sur une gaine d'une commande de boîte de vitesse. Other features and advantages will appear on reading the following description, with reference to the figures in which: FIG. 1 represents a schematic cross-sectional view of a left front part of a vehicle equipped with the device of FIG. 2 shows a simplified cross-sectional view illustrating the principle of operation of the damping device of FIG. 1; FIG. 3 represents a cross-sectional view of the damping device; FIG. according to the invention is placed on a sheath of a gearbox control.
La figure 1 présente un dispositif d'amortissement 6 selon l'invention destiné à amortir au moins une partie des vibrations des éléments de structure supportant le groupe moto- propulseur. Figure 1 shows a damping device 6 according to the invention for damping at least a portion of the vibrations of the structural elements supporting the power unit.
Le dispositif d'amortissement 6 est composé d'un logement 1 à l'intérieur duquel sont placées des particules 2. The damping device 6 is composed of a housing 1 inside which particles 2 are placed.
Le logement 1 est constitué par un récipient possédant une forme générale cylindrique, mais d'autres formes peuvent 25 être envisagées: parallélépipédique, ovale... The housing 1 is constituted by a container having a generally cylindrical shape, but other forms may be envisaged: parallelepipedal, oval ...
Le logement 1 est clos de façon étanche ou non afin de contenir les particules 2 et à ce que celles-ci ne s'échappent pas du récipient 1. Ainsi les parois du logement 1 peuvent être percées mais le diamètre des trous doit être inférieur aux diamètres des particules 2. The housing 1 is closed tightly or not to contain the particles 2 and that they do not escape the container 1. Thus the walls of the housing 1 can be drilled but the diameter of the holes must be less than particle diameters 2.
Le logement 1 peut aussi être constitué de plusieurs parties. Ainsi, le logement 1 peut comprendre un couvercle destiné à coopérer avec un récipient ouvert. Housing 1 can also be made up of several parts. Thus, the housing 1 may include a cover for cooperating with an open container.
Les particules 2 présentes à l'intérieur du récipient 1 sont de préférence des grains de sable. Les grains 2 ont un diamètre compris entre 0,1 et 500 mm, et sont de préférence inférieure à 5 mm. Ainsi les grains ont une taille optimisée de façon à générer un minimum de bruit. Mais tout autre matériau formé de grains 2 dissociables peut être utilisé, tel que des lo graviers... De même, on peut envisager l'utilisation d'un liquide possédant des propriétés rhéologiques appropriées pour dissiper de l'énergie vibratoire. The particles 2 present inside the container 1 are preferably grains of sand. The grains 2 have a diameter of between 0.1 and 500 mm, and are preferably less than 5 mm. Thus the grains have an optimized size so as to generate a minimum of noise. But any other material formed of dissociable grains 2 can be used, such as gravels ... Similarly, one can consider the use of a liquid with appropriate rheological properties to dissipate vibrational energy.
Un mélange de différentes catégories de particules 2 dissociables peut aussi être envisagé. Par exemple un liquide possédant des propriétés rhéologiques peut être employé en mélange avec des grains de sable. A mixture of different classes of dissociable particles 2 can also be considered. For example, a liquid having rheological properties can be used in admixture with grains of sand.
Les particules 2 occupent un volume inférieur au volume intérieur du logement 1, de façon à ce que les particules 2 puissent se déplacer dans le récipient 1. Différents rapports de volumes des particules 2 et du récipient 1 peuvent être envisagés: - le volume des particules 2 peut être inférieur à un tiers du volume intérieur du logement 1, - le volume des particules 2 peut être compris entre 25 environ un tiers et deux tiers du volume intérieur du logement 1, le volume des particules 2 peut être supérieur au deux tiers du volume intérieur du logement 1. The particles 2 occupy a volume less than the interior volume of the housing 1, so that the particles 2 can move in the container 1. Different volume ratios of the particles 2 and the container 1 can be envisaged: the volume of the particles 2 may be less than one third of the interior volume of the housing 1, the volume of the particles 2 may be between about one-third and two-thirds of the interior volume of the housing 1, the volume of the particles 2 may be greater than two-thirds of the interior volume of dwelling 1.
Ainsi le volume libre doit être non nul. Si l'on utilise un 30 logement 1 standard, le volume des particules 2 peut varier selon le type de vibrations à amortir. Thus the free volume must be non-zero. If a standard housing 1 is used, the volume of the particles 2 may vary depending on the type of vibration to be damped.
Le détail du véhicule représenté à la figure 1, comprend un support moteur 4 gauche placé en porte à faux sur un brancard avant gauche 7. Une tige 12 relie l'extrémité supérieure d'une boîte de vitesse 9 au support moteur 4. La liaison entre la tige 12 et le support moteur 4 est réalisée par une cale élastique 10 de forme conique, mais d'autres formes peuvent être envisagées (trapézoïdale, en forme de chevrons...). Un moteur 8 est couplé à la boîte de vitesse 9. Un dispositif d'amortissement 6 selon l'invention est fixé sur le lo support moteur 4 par boulonnage, mais il peut aussi être soudé ou collé. La fixation est de préférence rigide de façon à ce qu'un maximum de vibrations soit transmis à la paroi 1. Le dispositif d'amortissement 6 peut notamment être disposé à l'extrémité du support moteur 4 à l'opposé du brancard 7. The detail of the vehicle shown in Figure 1, comprises a left engine support 4 placed cantilever on a left front stretcher 7. A rod 12 connects the upper end of a gearbox 9 to the engine support 4. The link between the rod 12 and the engine support 4 is formed by an elastic wedge 10 of conical shape, but other shapes can be envisaged (trapezoidal, shaped chevrons ...). An engine 8 is coupled to the gearbox 9. A damping device 6 according to the invention is fixed on the motor support 4 by bolting, but it can also be welded or glued. The attachment is preferably rigid so that a maximum of vibrations is transmitted to the wall 1. The damping device 6 may in particular be arranged at the end of the engine support 4 opposite the stretcher 7.
is Par soucis de simplification, les autres points de supports du groupe moto-propulseur ne sont pas présentés. For the sake of simplification, the other support points of the powertrain are not shown.
Lors de leur fonctionnement, le moteur 8 et la boîte de vitesse 9 transmettent leurs vibrations au support moteur 4 via la cale élastique 10. Le support moteur 4 vibrant transmet ses oscillations aux parois 1 du dispositif d'amortissement 6. Les parois 1 transmettent les vibrations aux particules 2. Ainsi, lorsque les particules 2 sont excitées, deux réponses sont possibles en fonction de l'intensité des excitations: - pour des petites excitations, dont les accélérations sont inférieures à 1g (g représentant l'intensité de la pesanteur), le sable se comporte comme une simple masse et n'a qu'un rôle amortissant limité, - pour des excitations plus importantes, dont les accélérations sont supérieures à 1g, les particules 2 s'agitent. Ainsi à chaque cycle vibratoire, les particules 2 s'entrechoquent de façon à provoquer une conversion de l'énergie vibratoire en énergie thermique. Ainsi l'énergie vibratoire du système se dissipe quelque soit la fréquence. During their operation, the motor 8 and the gearbox 9 transmit their vibrations to the engine support 4 via the elastic wedge 10. The vibrating motor support 4 transmits its oscillations to the walls 1 of the damping device 6. The walls 1 transmit the Thus, when the particles 2 are excited, two responses are possible depending on the intensity of the excitations: - for small excitations, whose accelerations are less than 1g (g representing the intensity of gravity) , the sand behaves like a simple mass and has only a limited cushioning role, - for larger excitations, whose accelerations are greater than 1g, the particles 2 are agitated. Thus at each vibration cycle, the particles 2 collide so as to cause a conversion of the vibratory energy into thermal energy. Thus the vibratory energy of the system dissipates whatever the frequency.
Afin de transmettre un maximum d'énergie vibratoire aux particules 2 et ainsi de permettre un maximum de dissipation de cette énergie, les parois du logement 1 sont de préférence rigide. Les parois du logement 1 sont de préférence métalliques, par exemple en acier; mais tout autre matériau permettant de transmettre les vibrations peut être utilisé. In order to transmit a maximum of vibratory energy to the particles 2 and thus to allow a maximum of dissipation of this energy, the walls of the housing 1 are preferably rigid. The walls of the housing 1 are preferably metal, for example steel; but any other material for transmitting vibrations can be used.
Ainsi si on utilise de l'acier, la paroi a une épaisseur comprise entre 0, 1 et 10 mm, et est de préférence de l'ordre de 1 mm. Thus, if steel is used, the wall has a thickness of between 0.1 and 10 mm, and is preferably of the order of 1 mm.
lo Le dispositif d'amortissement 6 peut avantageusement être disposé sur toute autre partie de la structure rentrant en résonance, tel qu'un support d'échappement. The damping device 6 may advantageously be disposed on any other part of the resonant structure, such as an exhaust support.
La masse des particules 2 est déterminée en fonction de la masse de la pièce 4 rentrant en résonance, cette dernière est nommée la masse dynamique. Ainsi la masse des particules 2 est supérieure à 5% de la masse dynamique de la pièce 4 résonante, et est de préférence de l'ordre de 25% de la masse dynamique de la pièce 4 résonante. The mass of the particles 2 is determined as a function of the mass of the resonant piece 4, the latter is called the dynamic mass. Thus the mass of the particles 2 is greater than 5% of the dynamic mass of the resonant part 4, and is preferably of the order of 25% of the dynamic mass of the resonant part 4.
En particulier, suite à des mesures effectuées dans l'habitacle du véhicule, il a été constaté que l'utilisation d'une masse de sable équivalente à 25% de la masse dynamique du support moteur 4, permet un gain de 6 à 10 dB à plusieurs fréquences: 150 Hz, 180 Hz, 280 Hz, 380 Hz et 470 Hz pour un effort de 1 Newton appliqué à la structure. L'amortissement généré est donc indépendant de la fréquence, il entre en action dès que l'énergie vibratoire est suffisante pour faire s'entrechoquer les particules 2. In particular, following measurements made in the passenger compartment of the vehicle, it has been found that the use of a mass of sand equivalent to 25% of the dynamic mass of the engine support 4, allows a gain of 6 to 10 dB at several frequencies: 150 Hz, 180 Hz, 280 Hz, 380 Hz and 470 Hz for a force of 1 Newton applied to the structure. The damping generated is therefore independent of the frequency, it comes into action as soon as the vibratory energy is sufficient to clash the particles 2.
Pour une efficacité maximum, le dispositif doit être implanté dans une zone possédant une faible masse dynamique ayant des accélérations élevées, car l'amplitude des vibrations y est plus importante. For maximum efficiency, the device must be implanted in an area having a low dynamic mass with high accelerations because the amplitude of the vibrations is greater.
Le dispositif d'amortissement 6 peut être distinct de la pièce à amortir. Ainsi une ou plusieurs pièces intermédiaires servant de relais (non représentées) peuvent être disposées de façon à permettre la transmission des vibrations entre la pièce résonante et le dispositif d'amortissement 6. The damping device 6 may be distinct from the part to be damped. Thus one or more intermediate parts serving as relays (not shown) can be arranged to allow the transmission of vibrations between the resonant part and the damping device 6.
Ce type de dispositif d'amortissement 6 peut aussi être utilisé pour un ensemble de pièces entrant en résonance. This type of damping device 6 can also be used for a set of parts entering into resonance.
Le fonctionnement de l'amortissement sur des pièces de structure a été simulé de façon simplifiée à la figure 2; le support moteur 4 et le brancard 7 de la figure 1 ont été symbolisés respectivement par une poutre 11 et un marbre 13. The operation of the damping on structural parts has been simulated in a simplified manner in FIG. 2; the engine support 4 and the stretcher 7 of FIG. 1 have been respectively symbolized by a beam 11 and a marble 13.
Pour une poutre 11 et un marbre 13 ayant respectivement io une masse de 600 grammes et de 1000 grammes, un effort F (voir flèche de la figure 2) a été appliqué à la poutre 11 encastrée sur le marbre 13. L'effort F a été appliqué à l'extrémité libre de la poutre 11 de bas en haut. La réponse vibratoire y a été mesurée en fonction de la fréquence. For a beam 11 and a marble 13 having a mass of 600 grams and 1000 grams respectively, a force F (see arrow in FIG. 2) has been applied to the beam 11 embedded in the marble 13. The force F has was applied to the free end of the beam 11 from bottom to top. The vibratory response was measured as a function of frequency.
Selon ce dispositif, l'extrémité libre de la poutre 11 est la partie possédant la plus faible masse dynamique, ainsi l'amplitude des vibrations est à cet endroit très importante. According to this device, the free end of the beam 11 is the part with the lowest dynamic mass, so the amplitude of the vibration is at this very important place.
Une première mesure maximale de 10 g/N a été obtenue à l'extrémité libre de la poutre 11, pour une fréquence de 180 Hz. A first maximum measurement of 10 g / N was obtained at the free end of the beam 11, for a frequency of 180 Hz.
Une deuxième mesure a été réalisée avec une masse en acier de 200 grammes fixée à l'extrémité libre de la poutre 11. Le niveau vibratoire mesuré est toujours au maximum de 10g/N pour une fréquence de 160 Hz, un décalage de la résonance a été constaté. Ainsi une masse pure décale le problème mais ne le résout pas. A second measurement was made with a steel mass of 200 grams attached to the free end of the beam 11. The vibratory level measured is always at the maximum of 10g / N for a frequency of 160 Hz, a shift of the resonance a been found. So a pure mass shifts the problem but does not solve it.
Si à la place de la masse en acier, on dispose un dispositif d'amortissement 6 selon l'invention tel que décrit précédemment, comportant 200 grammes de grains de sable, la réponse maximale est de 2,3 g/N sur l'ensemble des fréquences, soit un gain d'environ 12 dB. On constate ainsi que, grâce à l'invention, un amortissement est obtenu indépendamment de la fréquence. If instead of the steel mass, there is a damping device 6 according to the invention as described above, comprising 200 grams of sand grains, the maximum response is 2.3 g / N on the whole. frequencies, a gain of about 12 dB. It can thus be seen that, thanks to the invention, damping is obtained independently of the frequency.
Un tel dispositif d'amortissement 6 peut aussi être placé avantageusement sur d'autres parties vibrantes du véhicule. II concerne en particulier chaque zone de faible masse dynamique possédant des accélérations élevées. Le dispositif s d'amortissement 6 peut aussi faire partie intégrante de la pièce à amortir. Ainsi une cavité creusée dans la pièce à amortir peut contenir le sable, les vibrations sont alors directement transmises au sable sans l'intermédiaire d'une paroi distincte. Dans ce cas-là, la paroi du logement 1 lo appartient à la pièce résonante. Such a damping device 6 may also be advantageously placed on other vibrating parts of the vehicle. It concerns in particular each zone of low dynamic mass having high accelerations. The damping device 6 may also be an integral part of the part to be damped. Thus a cavity dug in the room to be damped can contain the sand, the vibrations are then directly transmitted to the sand without the intermediary of a separate wall. In this case, the wall of the housing 1 lo belongs to the resonant part.
La figure 3 présente un autre exemple d'utilisation du dispositif d'amortissement 6 tel que décrit précédemment. Dans ce cas, la pièce vibrante 5 est une gaine de commande de boîte de vitesse. Le récipient 1 du dispositif d'amortissement 6 est percé de part et d'autre de façon à permettre le passage de la gaine 5 sans autoriser la perte de grains de sable 2. Lors des vibrations de la gaine 5, le dispositif d'amortissement fonctionne comme décrit précédemment. Figure 3 shows another example of use of the damping device 6 as described above. In this case, the vibrating part 5 is a gearbox control sheath. The container 1 of the damping device 6 is pierced on both sides so as to allow the passage of the sheath 5 without allowing the loss of grains of sand 2. During vibration of the sheath 5, the damping device works as described previously.
D'autres zones du véhicule peuvent être couplées à un dispositif d'amortissement 6 selon l'invention, par exemple des pièces d'échappement, des commandes de boîte de vitesse... Other areas of the vehicle may be coupled to a damping device 6 according to the invention, for example exhaust parts, gearbox controls, etc.
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