WO2007085747A1 - Dispositif d'amortissement de vibrations pour vehicule automobile - Google Patents

Dispositif d'amortissement de vibrations pour vehicule automobile Download PDF

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WO2007085747A1
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Franck Tchang
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Acoustic System International
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general

Definitions

  • the invention relates to the field of the treatment of vibrations generated during the running of a motor vehicle.
  • the invention relates to a damping device for filtering the vibrations generated during the rolling of the vehicle to improve comfort and driving sensations, and reduce the consumption of the vehicle.
  • vibrations is meant, in the context of the present patent application, all types of vibrations that may be generated during running, including spurious vibrations generated by the motor and propagating along the chassis, the body, the gearbox and the steering column, and the acoustic signals generated during the rolling of the vehicle.
  • the invention also applies to the treatment of aerodynamic noise generated during the rolling of the vehicle at a relatively high speed.
  • Vibration damping is usually based on the mechanical decoupling of the engine from the chassis and on the acoustic treatment of the passenger compartment to isolate the driver and passengers from sources of vibration.
  • the subject of the invention is therefore a damping device comprising at least one metal alloy damping cup delimiting an open cavity communicating with the ambient air, each cup comprising a support intended to be mounted on the engine of the vehicle, so that the cup rests by its bottom on the support.
  • the cup is a spherical cap.
  • the height of the cap is less than or equal to the outer radius of the spherical cap.
  • the height of the cap is between
  • the radius of the cap is between 13 mm and 15 mm.
  • the ratio between the outer radius of the cap and the thickness of the cap may also be between 5 and 15.
  • the cup is made of copper alloy and silver.
  • the metal alloy is composed of 30 to 50% silver, the balance being copper.
  • the cup is externally provided with a set of fins regularly distributed on the outer wall of the cup and extending parallel to the general axis of the cup.
  • the cup has four fins.
  • FIG 1 is an elevational view of a damping device according to the invention
  • FIG 2 is a top view in elevation of the device according to Figure 1;
  • FIG. 3 illustrates a first mode of arrangement of a damping device according to the invention
  • FIG. 4 illustrates another mode of arrangement of a damping device according to the invention.
  • Figures 1 and 2 show a damping device according to the invention, designated by the general numerical reference 1. It is intended to dampen the vibrations generated during the driving of a motor vehicle by attenuating the mechanical vibrations and acoustic generated, on the one hand, by the engine and, on the other hand, by the rolling of tires on a roadway. It is also intended to improve the penetration into the air of the vehicle by damping the aerodynamic noise generated especially within the engine behavior when driving at relatively high speeds. As will be described in detail later, this device comprises a set of cups 1 to be fixed on the engine of the vehicle.
  • Each cup 1 is in the form of a spherical cap comprising a concave inner surface 2 delimiting an open cavity C and a convex outer surface 3.
  • the spherical cap has an inner radius R1 and an outer radius R2.
  • the thickness E of the spherical cap 1 is equal to the difference between the outer radius R2 and the inner radius R1.
  • cup is meant a thin member, substantially of revolution comprising a concave inner surface defining an open cavity.
  • spherical cap is meant a cup formed by a hollow sphere truncated by a plane.
  • the height of the spherical cap is meant the distance between the plane of truncation and the so-called “pole” point P of the spherical cap located at a greater distance from the plane of truncation, ie the bottom of the cup.
  • the cap is hemispherical, which means that the truncation plane passes through the center of the initial sphere, or that the height of the spherical cap is equal to the outer radius R2.
  • the cup 1 is associated with a support 4 intended to be fixed by any appropriate means, for example by gluing, on the frame of the motor M ( Figures 3 and 4) of the motor vehicle.
  • each cap 1 is placed on a support 4 chosen for its neutrality vis-à-vis the vibrations to be treated.
  • a support 4 chosen for its neutrality vis-à-vis the vibrations to be treated.
  • a support of simple and compact form, to preserve its neutrality vis-à-vis the vibrations for example a parallelepiped support.
  • FIGS. 1 and 2 show that the cap 1 is externally provided with a set of fins 6, 7, 8 and 9 extending parallel to the general axis of the cap from the truncation plane. in the direction of the pole P. These fins are intended to delimit angular sectors, such as A, creating preferred vibration windows for the incident air flow.
  • the damping device comprises a set of cups
  • the device comprises an even number of cups regularly arranged on the motor. According to this mode of organization, the device comprises eight cups.
  • the device could be provided with an odd number of cups, as shown in FIG. 4, so as to provide a single cup 1 centered with respect to the other cups and disposed upstream, considering the circulation of the cup. incident air flow, that is towards the front of the vehicle.
  • the spherical caps 1 are intended to absorb the vibratory and acoustic waves and restore them, by amplifying them by mechanical resonance effect, acoustic waves located in a preferred frequency range.
  • the damping characteristics of the caps depend on their size and the composition of the metal alloy used.
  • the radius of the cap 1 may be between 13 mm and 15 mm, the height of the cap being for example between about 15 and 17 mm.
  • the cup is preferably made of copper and silver alloy.
  • the alloy thus used may comprise a proportion of silver of between about 30 and 50%, the balance being copper. It has been found that the hardness of such an alloy makes it possible to obtain a reduction in the damping factor and therefore an improved behavior.
  • the cups behave in the manner of a Helmoltz resonator.
  • the damping device according to the invention thus constitutes a resonant system whose dimensions are much smaller than the wavelengths processed.
  • the cavity defined by each cup delimits a volume of air which acts as a spring and which has a characteristic resonant frequency.
  • the vibrations generated during the running of the vehicle including the vibrations generated by the moving mechanical parts and by the tires, as well as the aerodynamic vibrations, propagate along the constituent wall of the caps and are transmitted until the pole. In doing so, the annoying vibrations are transformed. in heat and are thus eliminated.

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Abstract

Ce dispositif d' amortissement, pour le filtrage de vibrations engendrées lors du roulage d'un véhicule automobile, comporte un ensemble d' au moins une coupelle d' amortissement ( 1 ) en alliage métallique délimitant une cavité ouverte (C) communiquant avec l' air ambiant, chaque coupelle comportant un support (4) destiné à être monté sur le moteur du véhicule, de sorte que la coupelle ( 1 ) repose par son fond sur le support.

Description

Dispositif d'amortissement de vibrations pour véhicule automobile
L'invention se rapporte au domaine du traitement des vibrations engendrées lors du roulage d'un véhicule automobile.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un dispositif d'amortissement permettant d'assurer une filtration des vibrations engendrées lors du roulage du véhicule afin d'améliorer le confort et les sensations de conduite, et diminuer la consommation du véhicule. Par « vibrations », on entend, dans le cadre de la présente demande de brevet, tous types de vibrations susceptibles d'être engendrées lors du roulage, y compris des vibrations parasites engendrées par le moteur et se propageant le long du châssis, de la carrosserie, de la boîte de vitesses et de la colonne de direction, et les signaux acoustiques engendrés lors du roulage du' véhicule.
On notera cependant que l'invention s'applique également au traitement des bruits aérodynamiques engendrés lors du roulage du véhicule à vitesse relativement élevée.
L' amortissement des vibrations est généralement basé sur le découplage mécanique du moteur par rapport au châssis et sur le traitement acoustique de la l'habitacle afin d'isoler le conducteur et les passagers des sources de vibrations.
De telles solutions ne permettent cependant pas d' éliminer entièrement les vibrations à des fréquences les plus gênantes. II a ainsi été proposé de doter les véhicules automobiles de dispositifs de traitement de signaux assurant une estimation du bruit engendré lors du roulage du véhicule et une compensation de ce bruit en émettant un signal en opposition de phase qui vient annuler le bruit parasite estimé. Cependant, de tels dispositifs de traitement sont très coûteux et compliqués à mettre en place. En outre, ils sont basés sur le calcul d'une estimation du bruit à compenser et ne permettent donc pas d' atteindre le but poursuivi dans un agencement simple et peu onéreux. L' invention a donc pour but de pallier cet inconvénient et de fournir un dispositif d'amortissement pour le filtrage de vibrations engendrées lors du roulage d'un véhicule automobile capable d' absorber des vibrations parasites présentes lors du roulage du véhicule à des fréquences les plus gênantes.
L'invention a donc pour objet un dispositif d'amortissement comprenant au moins une coupelle d'amortissement en alliage métallique délimitant une cavité ouverte communiquant avec l'air ambiant, chaque coupelle comportant un support destiné à être monté sur le moteur du véhicule, de sorte que la coupelle repose par son fond sur le support.
Il a en effet été constaté de manière tout à fait surprenante que l'utilisation de telles coupelles, placées sur le moteur, permet d'atténuer des phénomènes vibratoires parasites, en éliminant ou en réduisant, à certaines fréquences caractéristiques, les vibrations parasites.
Dans un mode de réalisation, la coupelle est une calotte sphérique.
Selon les caractéristiques d' amortissement que l'on souhaite obtenir, on peut faire varier les dimensions de la calotte. On peut ainsi modifier sa hauteur, son épaisseur, son rayon, ainsi que la composition du matériau entrant dans la constitution de la coupelle.
Ainsi, dans un mode de réalisation, la hauteur de la calotte est inférieure ou égale au rayon extérieur de la calotte sphérique. Par exemple, la hauteur de la calotte est comprise entre environ
15 mm et environ 17 mm.
De même, dans un mode de réalisation, le rayon de la calotte est compris entre 13 mm et 15 mm.
Le rapport entre le rayon extérieur de la calotte et l' épaisseur de la calotte peut également être compris entre 5 et 15.
De préférence, la coupelle est réalisée en alliage de cuivre et d'argent.
Dans un mode de réalisation, l'alliage métallique est composé de 30 à 50 % d'argent, le reste étant constitué de cuivre. Selon une autre caractéristique de l'invention, avantageusement, la coupelle est pourvue extérieurement d'un ensemble d'ailettes régulièrement réparties sur la paroi extérieure de la coupelle et s'étendant parallèlement à l'axe général de la coupelle. Par exemple, la coupelle comporte quatre ailettes.
Il a également été constaté de manière tout à fait surprenante que l'utilisation de telles ailettes permet de délimiter, entre elles, des fenêtres de vibrations dans chacune desquelles l'air engendré lors du roulage du véhicule entre en vibration. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
-la figure 1 est une vue en élévation d'un dispositif d'amortissement conforme à l'invention ;
-la figure 2 est une vue de dessus en élévation du dispositif selon la figure 1 ;
-la figure 3 illustre un premier mode d' agencement d'un dispositif d'amortissement selon l'invention ; et -la figure 4 illustre un autre mode d' agencement d'un dispositif d'amortissement selon l'invention.
Sur les figures 1 et 2, on a représenté un dispositif d'amortissement conforme à l'invention, désigné par la référence numérique générale 1. II est destiné à amortir les vibrations engendrées lors du roulage d'un véhicule automobile en atténuant les vibrations mécaniques et acoustiques engendrées, d'une part, par le moteur et, d' autre part, par le roulage des pneumatiques sur une chaussée. Il est également destiné à améliorer la pénétration dans l'air du véhicule en amortissant les bruits aérodynamiques engendrés en particulier à l'intérieur du comportement moteur lors du roulage à vitesse relativement élevés. Comme cela sera décrit en détail par la suite, ce dispositif comporte un ensemble de coupelles 1 destinées à être fixées sur le moteur du véhicule.
Chaque coupelle 1 se présente sous la forme d'une calotte sphérique comprenant une surface intérieure concave 2 délimitant une cavité C ouverte et une surface extérieure convexe 3.
La calotte sphérique comporte un rayon intérieur Rl et un rayon extérieur R2. L'épaisseur E de la calotte sphérique 1 est égale à la différence entre le rayon extérieur R2 et le rayon intérieur Rl . Par « coupelle », on entend un élément mince, sensiblement de révolution comprenant une surface intérieure concave délimitant une cavité ouverte. Par « calotte sphérique », on entend une coupelle formée par une sphère creuse tronquée par un plan.
Par « hauteur de la calotte sphérique », on entend la distance entre le plan de troncature et le point dit « pôle » P de la calotte sphérique se situant à plus grande distance du plan de troncature, c' est-à-dire le fond de la coupelle.
Dans le mode de réalisation illustré, la calotte est hémisphérique, ce qui signifie que le plan de troncature passe par le centre de la sphère initiale, ou encore que la hauteur de la calotte sphérique est égale au rayon extérieur R2.
Comme on le voit sur la figure 1 , la coupelle 1 est associée à un support 4 destiné à être fixé, par tout moyen approprié, par exemple par collage, sur la carcasse du moteur M (figures 3 et 4) du véhicule automobile.
A cet effet, par exemple, la surface externe 3 convexe de la coupelle peut être pourvue, à l'endroit du pôle P, d'un ergot '5 qui vient se monter dans un logement complémentaire pratiqué dans le support 4. L' assemblage peut être solidarisé par exemple par collage. Afin d' assurer un bon fonctionnement du dispositif, on dispose chaque calotte 1 sur un support 4 choisi pour sa neutralité vis-à-vis des vibrations à traiter. On pourra par exemple utiliser un support en bois. Par ailleurs, on utilisera un support de forme simple et compacte, afin de préserver sa neutralité vis-à-vis des vibrations, par exemple un support parallélépipédique.
On voit enfin sur les figures 1 et 2 que la calotte 1 est pourvue, extérieurement, d'un ensemble d'ailettes 6, 7, 8 et 9 s'étendant parallèlement à l'axe général de la calotte à partir du plan de troncature en direction du pôle P. Ces ailettes sont destinées à délimiter des secteurs angulaires, tels que A, créant des fenêtres de vibration privilégiées pour le flux d'air incident.
Comme illustré sur les figures 3 et 4, le dispositif d'amortissement selon l'invention comporte un ensemble de coupelles
1 monté en partie supérieure du carter du moteur M, par l'intermédiaire du support 4.
Dans le mode d'organisation illustré à la figure 3, le dispositif comporte un nombre pair de coupelles régulièrement disposées sur le moteur. Selon ce mode d' organisation, le dispositif comprend huit coupelles.
On pourrait également, en variante, doter le dispositif d'un nombre impair de coupelles, comme illustré sur la figure 4, de manière à prévoir une unique coupelle 1 , centrée par rapport aux autres coupelles et disposée en amont, en considérant la circulation du flux d' air incident, c' est-à-dire vers l'avant du véhicule.
En fonctionnement, les calottes sphériques 1 sont destinées à absorber les ondes vibratoires et acoustiques et les restituer, en les amplifiant par effet de résonance mécanique, les ondes acoustiques situées dans une plage de fréquence privilégiée.
Les caractéristiques d'amortissement des calottes dépendent de leur dimension et de la composition de l' alliage métallique utilisé.
Pour obtenir de bonnes caractéristiques d' amortissement, on peut choisir un rapport entre le rayon extérieur R2 de la calotte sphérique 1 et l'épaisseur E compris entre 5 et 15. De même, le rayon de la calotte peut être compris entre 13 mm et 15 mm, la hauteur de la calotte étant par exemple comprise entre environ 15 et 17 mm.
Comme indiqué précédemment, l'utilisation de coupelles se présentant sous forme d'une calotte sphérique, et notamment d'une calotte hémisphérique, donnent des résultats satisfaisants, en permettant la - mise en valeur d'une gamme de fréquences et d'harmoniques adaptés pour procurer au conducteur et aux passagers du véhicule un confort accru, en éliminant les vibrations parasites néfastes.
De même, on réalisera, de préférence, la coupelle, en alliage de cuivre et d' argent. L' alliage ainsi utilisé peut comprendre une proportion d'argent comprise entre environ 30 et 50 %, le reste étant constitué de cuivre. Il a été constaté que la dureté d'un tel alliage permet d'obtenir une réduction du facteur d'amortissement et donc un comportement amélioré.
En fonctionnement, les coupelles se comportent à la manière d'un résonateur de Helmoltz. Le dispositif d'amortissement selon l'invention constitue ainsi un système résonnant dont les dimensions sont beaucoup plus petites que les longueurs d' ondes traitées.
Selon un tel résonateur, la cavité délimitée par chaque coupelle délimite un volume d'air qui joue le rôle d'un ressort et qui comporte une fréquence de résonance caractéristique.
On conçoit dès lors que, grâce à la vibration de l' air dans la cavité, il est possible de privilégier certaines fréquences tout en éliminant les autres fréquences, nocives pour le confort du conducteur et des passagers.
Par ailleurs, en choisissant les caractéristiques des calottes, il est possible de privilégier les fréquences dont la perception permet d' améliorer le confort du conducteur et d'éliminer les autres fréquences. En particulier, les vibrations engendrées lors du roulage du véhicule, y compris les vibrations engendrées par les pièces mécaniques en mouvement et par les pneumatiques, ainsi que les vibrations aérodynamiques, se propagent le long de la paroi constitutive des calottes et sont transmises jusqu' au pôle. Ce faisant, les vibrations gênantes sont transformées . en chaleur et sont ainsi éliminées.
On notera que, grâce à la présence des ailettes, les turbulences autour des calottes peuvent être en partie éliminées. On notera enfin que l'invention qui vient d'être décrite permet d'obtenir une économie en carburant de l'ordre de 5 % et d'obtenir un régime de fonctionnement du moteur plus linéaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'amortissement, pour le filtrage de vibrations engendrées lors du roulage . d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'au moins une coupelle d'amortissement (1) en alliage métallique délimitant une cavité C ouverte communiquant avec l'air ambiant, chaque coupelle comportant un support (4) destiné à être monté sur le moteur (M) du véhicule, de sorte que la coupelle repose par son fond sur le support.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la coupelle est une calotte sphérique.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la hauteur de la calotte est inférieure ou égale au rayon externe (R2) de la calotte sphérique.
4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la hauteur de la calotte est comprise entre 15 mm et 17 mm.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le rayon extérieur (R2) de la calotte est compris entre 13 mm et 15 mm.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le rapport entre le rayon extérieur (R2) de la calotte et l'épaisseur (E) est compris entre 5 et 15.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la coupelle est réalisée en alliage de cuivre et d' argent.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alliage métallique est composé de 30 à 50 % d'argent, le reste étant constitué de cuivre.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la coupelle (1 ) est pourvue extérieurement d'un ensemble d' ailettes (6, 7, 8, 9) régulièrement réparties sur la paroi extérieure de la coupelle et s' étendant parallèlement à l' axe général de la coupelle.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la coupelle comporte quatre ailettes.
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