Brevet FR2544822A1 — publié le 19841026

L'invention est du domaine des isolations antivibratoires de machines fixes, de véhicules automobiles, poids lourds, ferroviaires ou de navires, lorsque l'on dispose commodé- ment d'une source d'air comprimé. Les systèmes de suspensions actives connus consistent à corriger immédiatement, dès détection les sollicitations deu déplacement, il s'agit donc d'une régulation de niveau qui ri sque d'tentrainer doecs cmma; O t Ions de flulde ou d'ai comprimé prohibitives, en exerçant des accélérations plus élevées que le confort ne le permet. Au contraire, une suspension pneumatique classique de véhi- cule assure une liaison élastique, aussi filtrante que- nécessaire, grâce à sa flexibilité, ce qui demande toujours un amortissement par des moyens extérieurs; la correction 1 _ 5 de pression pour équilibrer des charges variables est assu- rée avec lenteur, sur la moyenne de plusieurs cycles d'os- cillations, pour éviter les consommations inutiles dti comprime. On connait comme variante de suspensions pneumatiques clas- siques l'usage d'une enceinte épaisse d'élastomère adhérisé à des armatures rigides, dczntadéfi:innation peimet de porter une partie de la charge (en particulier sa valeur minimale ou tare du véhicule) assistée, pour le complément, d'n pres- sion d'air variable avec la charge statique, qui suit donc des variations plus rapides qu'une simple proportionnalité à la charge. Ce type de dispositif est utilisé, par exemple, dans les suspensions ferroviaires, o la régulation de la pression dans une enceinte assure la fonction d'une suspension pneumatique à section efficace à peu près constante, avec des variations très lentes par rapport à la fréquence propre, assurées par des régulateurs de niveau extérieurs, classi- ques dans cette application Ceux-ci réalimentent le volume variable par communication avec la pression de la ligne d'admission ou le détendent par échappement à l'air libre à l'intérieur d'un dispositif appelé valve de nivellement Si la communication est rapide par des canalisations de forte 2 2544822 section, cette suspension est une simple régulation de niveau aux corrections brutales; en l'absence d'amortis- sement, elle sera flottante car soumise à des oscillations entretenues. Les constructeurs y remédient par une alimentation (et un échappement) à débit très réduit, par des gicleurs de petit diamètre, qui limitent la correction de l'assiette à une très-faible valeur à chaque oscillation Il en résulte que la suspension pneumatique ainsi constituée est très peu amortie; pour être confortable elle nécessite une grande flexibilité par adjonction de grands extravolumes, une limitation des courses par butée progressive et un amortis- sement d'appoint efficace. L'invention a pour objectif de concilier les avantages des suspensions pnmmatiques à be de caoutchouc ayat des moyeoe de cor- rection d'assiette lors des variations de charge avec ceux des suspensions pneumatiques proprement dites, actives, o l'amortissement des vibrations est recherché par une con- sommation d'énergie fournie par la détente d'air comprimé, grâce à une modulation rapide de la pression d'appoint, ce qui évite les inconvénients de consommation d'air et d'a- mortissement complémentaire. invention est caractérisée en ce que le volume interne, délimité par une paroi épaisse en caoutchouc adhérisé à des armatures de renfort, est mis en communication rapide, par l'intermédiaire d'une valve de nivellement, lors des dépas- sements hors de la course morte, avec l'un ou l'autre de deux extravolumes, réglés, l'un à une pression surabondante, l'autre à une pression modérée Ces pressions sont calculées pour qu'après la mise en communication la somme des masses d'air réunies ait une pression exerçant sur la surface active environ 0,90 et 1,10 fois la valeur nécessaire à l'équilibre A la fin de chaque demi-oscillation, le régu- lateur doit chercher à rétablir la pression initiale ou, ce qui revient au même, il va chercher à rétablir la différence avec la pression actuelle dans le volume du travail Pencdnt ce tps dans le volume interne, la pression s'est abaissée avant que ne se produise la mise en communication avec l'extravolume 3 2544822 à pression réduite Il se produit un phénomène symétrique pour le demi cycle de compression Le rétablissement s'o- pérera par un très faible débit, au moyen d'un gicleur, entre la pression de ligne (ou l'atmosphère) et les extra- volumes, à différentielle de pression plus réduite que dans l'usage classique-et consommation d'énergie, par conséquent, plus faible. Le fonctionnement et les applications du dispositif seront mieux compris en se reportant aux figures 1 à 4. La figure 1 représente,à titre non limitatif, une suspension ferroviaire utilisant les propriétés de cette disposition dont le fonctionnement sera expliqué par le diagramme de la figure 2. Deux ressorts coniques ( 1) et ( 2) sont utilisés en série pour porter une charge appliquée par les sandwiches horizon- taux ( 4) et ( 5) qui apportent l'élasticité horizontale nécessaire, en enfermant un volume variable ( 3) le plus réduit possible, relié à un régulateur de niveau classique ( 6) par un canal approprié schématisé en ( 7), le levier ( 8) apportant la mesure de niveau par un embiellage approprié. L'alimentation par le clapet ( 15), ou l'échappement par le clapet ( 11) fermant le canal ( 12) se produisent non plus par la pression de ligne et l'atmosphère comme dans l'usage traditionnel, mais à travers les extravolumes ( 13) et ( 17). L'extravolume ( 17) est réalimenté par le détendeur ( 18) à partir de la pression dtalimentations en rétablissant pro- gressivement une pression surabondante calculée pour que la somme des volumes ( 3) et ( 17) exerce une sollicitation de 1,10 fois la pesanteur surla masse suspendue La détente par le canal ( 12) se produit dans l'extravolume ( 13) préalable- ment réglé à une pression modérée par le détendeur ( 14) (qui peut être une simple fuite contrôlée) pression calculée pour exercer dès l'ouverture du clapet ( 11) dans la somme des volumes ( 3) et ( 13) une sollicitation de 0,90 fois la pesan- teur sur la masse suspendue. L'intérêt de la suspension pneumatique étant de pouvoir s'adapter à des charges variables, la pression d'équilibre 4 2544822 dans-l'enceinte ( 3) sera obtenue par indexation du déten- deur ( 18) à une mesure de la charge -soit par capteur, soit par transmission lente de la pression moyenne dans l'enceiu- te ( 3) L'expérience permettra d'indexer ou non à la charge le détendeur ( 14) qui règle l'extravolume ( 13) à une pres- sion très modérée Une fuite contr 8 lée peut être réalisée par la porosité de tout ou partie d'une paroi-éventuelle- ment déformable si elle est réalisée en élastomère cellu- laire-dudit extravolume ( 13) De même suivant les besoins, la mise en commun entre la suspension gauche et la suspension droite d'un véhicule soit de l'extravolume ( 17) soit de l'extravolume ( 13) soit des deux, assure une rigidité d'antiroulis même si les pressions d'équilibre dans chaque enceinte ( 3) sont légèrement différentes sous des charges mal centrées. La figure 2 représente le diagramme de fonctionnement vala- ble dans tous les cas revendiqués Les abscisses sont les déplacements verticaux, et les ordonnées la force exercée par le support élastique sur la masse suspendue. A l'intérieur des limites G-H o s'ouvrent les communica- tions avec l'un ou l'autre des extravolumes, la masse d'air enfermée dans le volume de travail ( 3) procure à l'ensemble, du fait de son petit volume, une rigidité représentée par le segment AB lorsqueon est à l'équilibre avec la charge nomi- 2 nale, et qui se déplace parallèlement en DC ou en EF si la masse d'air a été accrue ou réduite par la communication. Au delà de l'ouverture de l'une ou l'autre communication, dans l'hypothèse o la régulation rétablissant les pressions antérieures ne se fait que lentement par rapport à un cycle d'oscillations, l'équilibre est décrit par la courbe polytro- pique du volume total CX ou EY Dans le cas contraire d'une régulation de niveau agissant immédiatement, les forces en jeu sont représentées par CU ou EV, avec des accélérations correctrices du déplacement exagérées par rapport au con Jefft requis. Pour les débattements supérieurs à G-H, le confort dans la caisse est ainsi rendu équivalent à celui d'une suspension pneumatique de grande flexibilité qui suivrait le diagramme WZ parallèle aux deux polytropiques CX et EY La masse 2544822 suspendue est rappelée alternativement vers les points I et J dééquilibre virtuel à masse d'air constante. La différence de comportement est le travail actif absorbé dans un cycle Si la communication se referme en H, la détente dans l'enceinte ( 3) suit la pente relativement raide CD; au contraire, la compression à partir de G suit la pente Er jusqu'à ce que l'autre communication se produise. Le travail fourni contre la pesanteur est représenté par l'aire du parallélogramme EFCD parcouru dans le sens négatif, au contraire d'un cycle dehytérésis transformant en chaleur cette énergie perdue en suivant le parallélogramme KLMIP, représentatif d'un amortissement à friction (ou une ellipse pour un amortissement visqueux de l'enceinte caoutchoutique). Dans un mouvement périodique sinusoïdal, ces deux diagrammes se retrouveraient en opposition de phase Si le rétablisse- ment des pressions n'a pas le temps de se produire, le paral- lélogramme va se réduire jusqu'au segment AB, et un réglage expérimental de gicleurs permet de choisir le compromis d'amortissement voulu sans accroître les accélérations exer- cées, jusqu'à une correction apériodique des impacts aléa- toires de la route. La figure 3 représente l'application à un support de cabine de poids lourd dont leamélioration du confort demande une flexibilité procurant une fréquence propre de lordre de 2 Hz en portant une charge de 200 à 300 Kg,qui doit recevoir, en conséquence, un amortissement notable afin de maintenir ce confort. La figure 4 représente le support de cabine de poids lourd lorsque celui-ci est détendu en l'absence de charge La petite butée conique ( 10) décollée de la valve d'étanchéité ( 11) assure la communication à plein débit par le canal ( 12) avec l'extravolume schématisé en ( 13) qui est antérieurement -oumis à pression nulle par une fuite controlée ( 14), le clapet i 5) restant fermé Sur la figure 3, en position d'équilibre, la portée de la butée ( 10) sur la valve d'étanchéité ( 11) assure la fermeture de cette communication Lorsque la butée ( 16) vient en contact avec le clapet ( 15) celui-ci se soulève et _-6 2544822 met en communication l'enceinte ( 3) avec ilextravolume schématisé en ( 17) qui est préalablement soumis à une pres- sion surabondante par le détendeur ( 18) Le réglage de la course morte peut se faire par les vis et contre-écrous j ( 19) et ( 20). Avec une section efficace de 80 cm 2, ce dispositif porte, par exemple, 215 Kg répartis entre une contrainte de 95 da N portés par l'élastomère et une pression relative de 1,5 bars dans la chambre interne Il a été calculé que des pressions de 2 bars pour s'opposer à la compression ou de 1 bar pour s'opposer à la détente peuvent être assurées par un disposi- tif simplifié de valves-intégrées dans le volume actif du support élastique-et d'extravolumes: l'un de 0,5 dm 3 soumis à une pression préréglée de 3,2 bars (toujours en pressions relatives) au moyen d'un détendeur, éventuellement intégré à sa paroi, l'autre de 2 dm 3 environ, relié à l'at- mosphère par un gicleur capable de faire tomber en 1 seconde environ la pression relative de 1 bar qui suétablit lors de la liaison rapide entre le volume actif antérieurement à 1,5 bar et ce dernier antérieurement à O bar relatif. Du fait de ces faibles différentielles de pression, la valve de nivellement peut être simplifiée et intégrée par moulage de pièces de caoutchouc dans le support élastique et accepter de légères fuites Avantage auxiliaire, ces organes soumis à des pressions inférieures à 4 bars et de volume inférieur à 20 dm 3 ne sont pas soumis à la règlementation française sur les appareils à pression de gaz. Si la charge à porter est susceptible de varier notablement, le fonctionnement décrit plus haut n'est pas modifié si la pression préréglée calculée à 3,2 bars pour porter 215 kg est modifiée en fonction de la charge. De même suivant les besoins, la mise en commun entre la sus- pension gauche et la suspension droite d'un véhicule soit de l'extravolume ( 17) soit de l'extravolume ( 13) soit des deux, assure une rigidité d'antiroulis même si les pres- sions d'équilibre dans chaque enceinte ( 3) sont légèrement différentes sous des charges mal centrées. 7- REVENDICATIONS 2544822 1) Support élastique de machine ou de véhicule constitué dtune enceinte à volume variable fermée par une paroi épaisse de caoutchouc adhérisé à des armatures de renfort, caractérisé en ce que celle-ci supporte une partie de la charge, assistée pour le complément par une pression d'air dans l'enceinte ainsi constituée, et en ce que cette pres- sion est modulée par la mise en communication rapide, de part et d'autre d'une faible course morte encadrant la posi- tion d'équilibre, avec l'un ou l'autre de deux extravolumes réglés à une pression surabondante et une pression modérée, ces pressions étant telles, qu'après la communication, une telle suspension communique à la masse suspendue des accé- lérations restant dans une valeur acceptable pour le con- fort des passagers. 2) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte à volume variable est formée de deux parois coniques dont les flexibilités sont mises en série pour porter la charge suspendue. 3) Dispositif, selon l'une des revendications I ou 2, carac- térisé en ce que la ou les valves de communication rapide entre les volumes sont intégrées à lgintérieur de l'enceinte à volume variable. 4) Dispositif, selon l-une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que l'extravolume contenant la pression préala- blement surabondante comporte dans sa paroi une partie dé- formable dont la déformation sert à contréler le réglage de la pression. ) Dispositif, selon lune des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce qu'une paroi au moins de l'extrayolume contenant la pression préalablement modérée ou ramenée lentement à la pression atmosphérique est réalisée en matériau déformable tel qu'un élastomère cellulaire avec faible fuite répartie dans toute sa paroi. 6) Dispositif, selon l'une-des revendications 1 à 5 caracté- risé en ce que les systèmes de suspension de droite et de gauche du véhicule ont en commun soit l'un soit les deux 8 2544822 extravolumes de façon à assurer une rigidité d'antiroulis même si les pressions d'équilibre dans les enceintes internes sont légèrement différentes sous l'effet de char- ges mal centrées.