Brevet FR2570784A1 — publié le 19860328

P-FCF-108 AMORTISSEUR PNEUMATIQUE La présente invention concerne un amortisseur pneumati- que destiné à supporter un corps en vibration, repo- sant sur une fondation et comprenant un coussin élasti- que de contenance variable, qui est rempli d'air sous pression moyenne PM, qui est relié par une conduite d' alimentation comportant une vanne d'entrée à un réser- voir de gaz sous pression, qui possède une vanne de sor- tie, un dispositif de mesure de la pression intérieure et une connexion entre le dispositif de mesure et les vannes d'entrée et de sortie, qui provoque l'ouverture de la vanne de sortie si la pression dépasse la valeur PM et qui provoque l'ouverture de la vanne d'entrée si la pression devient inférieure à la valeur PM, afin de réaliser une compensation des variations de pression. Un amortisseur pneumatique du type précité est déjà con- nu. Par exemple, le document DE-AS 12 82 475 se réfère à une installation avec coussin pneumatique assurant un amortissement pneumatique, dans lequel le coussin pneu- matique proprement dit est connecté à une enceinte d'é- quilibrage par l'intermédiaire d'une vanne à double ef- fet. La vanne est actionnée par l'apparition des pres- sions différentielles provoquées par les vibrations en- tre le coussin pneumatique et l'enceinte d'équilibre, ce qui permet une certaine compensation des surpressions ou des sous-pressions dans le coussin pneumatique. L'a- mortissement ainsi obtenu est toutefois encore insuffi- sant, vu que la modification de pression désirée dans l'amortisseur pneumatique et opposée aux vibrations forcées ne se produit, en réalité, que dans des limi- tes fort étroites. Cet effet est imputable au fait qu' il règne une pression moyenne essentiellement identique dans l'enceinte d'équilibre et dans l'amortisseur pneu- 2 2570784 1 matique, si bien que seules les modifications de pres- sion différant de la pression moyenne peuvent être com- pensées. Cette situation fondamentale ne se modifie d' ailleurs pas si la vanne est connectée à un dispositif d'amortissement supplémentaire. L'effet d'interruption des vibrations ne présente donc une grande efficacité que dans des cas assez exceptionnels. La présente invention a pour objet de perfectionner un amortisseur pneumatique du type mentionné ci-dessus,de manière à réaliser une meilleure interruption des vi- brations à fréquence élevée que cela n'est possible a- vec un amortisseur pneumatique passif, tout en permet- tant un meilleur amortissement des vibrations dans la plage de résonance que ce qui peut être réalisé avec les amortisseurs pneumatiques actifs compensant les mo- difications de pression et disponibles jusqu'à présent. L'amortisseur pneumatique doit permettre, en outre, de modifier à dessein les caractéristiques d'amortissement, par exemple, en s'adaptant à des particularités prévi- sibles résultant de l'utilisation sur un véhicule à mo- teur. Ce résultat est atteint, conformément à l'invention, grâce à un amortisseur pneumatique du type précité, ca- ractérisé en ce que le dispositif de mesure est consti- tué par un détecteur électrique, en ce que les vannes d'entrée et de sortie sont pourvues d'au moins une com- mande auxiliaire et en ce que la commande auxiliaire peut être actionnée par le détecteur. On peut utiliser comme détecteurs tous les enregistreurs de pression électriques usuels ou tous les dispositifs d'enregistrement de pression qui peuvent détecter des modifications de pression forcées se superposant à une 3 2570784 1 pression moyenne et dans une gamme de 0,5 Hz jusqu'à au moins 10 Hz, en reproduisant correctement les pha- ses et les amplitudes. Ces dispositifs sont, notamment: - Des feuilles ou des cristaux à caractéristiques pié- zo-électriques, qui sont montés sur des supports é- lastiques ou rigides et qui induisent, en cas de sol- licitation par pression, des modifications de charge ou de tension proportionnelles. -Des bandes de mesure d'allongement montées sur des supports élastiques et assurant la mesure des pres- sions différentielles quand la pression moyenne de l'enceinte intérieure agit sur un côté, tandis que l'autre côté est soumis à la pression instantanée dans cette enceinte, ces dispositifs indiquant des modifications de tension proportionnelles à la pres- sion quand ils sont raccordés à une tension d'ali- mentation. - Des bandes de mesure d'allongement appliquées sur des supports élastiques qui sont soumises, d'un cô- té,à la pression instantanée à l'intérieur de l'en- ceinte et, de l'autre côté, à une pression ou à un vide constant, et qui sont en mesure de modifier une tension d'alimentation constante, proportionnelle- ment à la pression variable dans l'enceinte, pour donner une tension de sortie à variation proportion- nelle. - Des détecteurs de pression quelconques, pourvus de filtres passe-haut montés en aval. 4 2570784 1 Dans le cas de l'amortisseur pneumatique proposé par la présente invention, on utilise, de préférence, com- me détecteur, une feuille avec des caractéristiques piézo-électriques, qui repose sur un élément flexible ou élastique. On utilise ainsi, en particulier,l'ef- fet résultant de ce que les modifications de pression positivesou négativesdans l'enceinte intérieure de l' amortisseur pneumatique donnent lieu à la formation de tensions proportionnelles entre les faces postérieu- res et antérieures du détecteur piézo-électrique, les- quelles sont disposées de manière correcte dans la di- rection des modifications de pression. Ce détecteur ré- pond aux exigences imposées d'une manière remarquable et peut être obtenu à un prix avantageux, ce qui justi- fie la préférence qui lui est donnée dans ce cas. Les matériaux piézo-électriques ayant des couches super- ficielles planes et parallèles et, en particulier, les feuilles, présentent une structure moléculaire interne polarisée et essentiellement cristalline, tandis que les forces de compression ou de traction induites dans cette structure donnent lieu à une déformation des cris- tallites et, par conséquent, à une modification de l'é- quilibre électrique interne. Cette modification peut être mesurée sous forme d'une impulsion de tension entre les couches superficielles de l'élément plat, si l'on applique des couches élec- triquement conductrices sur les surfaces extérieures, par exemple, sous forme d'un dépôt appliqué par métal- lisation. La direction des impulsions de tension dé- pend du fait qu'il s'agit dfune sollicitation par trac- tion ou par pression (augmentation de pression - dimi- nution de pression) exercée sur l'élément plat. Son importance dépend du degré de déformation provoquée,du 1 temps de décroissance à partir de la suppression de la déformation, de la capacité électrique du détecteur pié- zo-électrique utilisé, ainsi que de la grandeur de la résistance électrique des matériaux compris entre les couches extérieures. Des modifications de pression dans l'enceinte intérieure de l'amortisseur pneumatique peu- vent être déterminées correctement depuis 0,1 Hz jusqu' à au moins 20 Hz, si elles atteignent une grandeur d'au moins 0,01 bar. La très grande majorité des vibrations induites dans une suspension de véhicule à moteur se trouve comprise dans ces limites. Ces modifications de pression peuvent être compensées d'une manière imprévue et non encore réalisée jusqu'à présent, si l'on utilise un amortisseur pneumatique conforme à la présente inven- tion. La commande auxiliaire des vannes d'entrée et de sortie est actionnée, de préférence, grâce à un amplificateur de charge et de tension. Celui-ci peut être pourvu égale- ment, le cas échéant, d'un régulateur pour modifier la manoeuvre de la commande auxiliaire, ce régulateur pou- vant être, par exemple, un déphaseur et/ou un multipli- cateur d'amplitude. Les dispositifs auxiliaires de ce genre peuvent être actionnés également d'une manière a- vantageuse grâce à un détecteur auxiliaire comme, par exemple, un détecteur auxiliaire qui est asservi à un appareil de mesure de niveau de vitesse, de force de guidage et/ou de freinage. La caractéristique d'amor- tissement de l'amortisseur pneumatique proposé peut ê- tre ainsi adaptée automatiquement aux impératifs décou- lant de conditions de fonctionnement déterminées d'un véhicule à moteur. Afin d'obtenir une sensibilité de fonctionnement satis- faisante, il s'est avéré avantageux d'utiliser un dé- 6 2570784 1 tecteur à caractéristiques piézo-électriques, consti- tué d'une feuille en fluorure de polyvinylidène ou d' un copolymère, qui est pourvuede couches électriquement conductrices appliquées sur les faces extérieures, ce dispositif servant à actionner la commande auxiliaire. L'épaisseur de la feuille doit atteindre 5 à 500,um, dans la mesure du possible, tandis que les couches con- ductrices peuvent être constituées d'aluminium déposé par métallisation. Les impulsions de tension créées par une feuille piézo- électrique de ce genre sont influencées, tout particu- lièrement, par le degré de déformation provoquée par les modifications de pression. A ce point de vue, il s'est avéré avantageux que la feuille présente une cou- che en matériau souple,du côté opposé à l'enceinte in- térieure de l'amortisseur pneumatique. Dans ce cas, la feuille peut être rendue étanchepar rapport à l'encein- te intérieure, tout le long de sa périphérie. Les vannes d'entrée et de sortie peuvent être réunies dans un corps de vanne et être pourvues d'une commande auxiliaire commune. Ce mode de réalisation répond aux exigences techniques usuelles et donne lieu à un prix de revient particulièrement avantageux. Des fréquences de commutation sensiblement plus éle- vées peuvent être atteintes, par contre, si les vannes d'entrée et de sortie sont pourvues de commandes auxi- liaires séparées. Un tel mode de réalisation est spé- cialement avantageux si l'on désire réaliser une excel- lente interruption des vibrations. Les vannes peuvent être pourvues, très simplement, d' une commande numérique, ce qui s'est avéré toutefois 7 2570784 1 peu satisfaisant quant à l'obtention de bonnes caracté- ristiques d'interruption de vibrations. Les modes de réalisation à réglage proportionnel doivent donc rece- voir la préférence dans le cadre de la présente inven- tion. Les forces perturbatrices provoquées par une modifica- tion éventuelle de la masse suspendue, de la pression d'alimentation ou du spectre des fréquences d'excita- tion, peuvent provoquer une modification de position de la masse suspendue. Les variations statiques lentes (par exemple, celles dont la fréquence est inférieure à 0,1 Hz),du niveau de base déterminé électriquement qui a été choisi, sont enregistrées par un détecteur é- lectrique de parcours (par exemple, un potentiomètre avec un filtre passebas,connecté en aval), et sont compensées par une modification analogue des sections d'entrée et de sortie ou des temps d'ouverture. Le niveau de consigne peut être alors respecté, avec des variations ne dépassant pas 3 mm, suivant les condi- tions d'utilisation. Les avantages pouvant être réalisés grâce à l'amortis- seur pneumatique conforme à la présente invention rési- dent essentiellement en ce que celui-ci garantit une bonne interruption des vibrations à haute fréquence d' une manière indépendante, dans une large mesure, des modifications de la pression d'alimentation et de la masse ou du poids du corps supporté, tout comme un bon amortissement des vibrations à basse fréquence. L'amor- tisseur pneumatique proposé se prête donc parfaitement aux applications les plus variées en construction auto- mobile, par exemple, dans le domaine de la suspension des roues ou de la suspension des cabines de véhicules et/ou des sièges de conducteurs. 8a 2570784 1 La figure en annexe représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'amortisseur pneumatique con- forme à la présente invention. Cette représentation schématique sera décrite plus en détail ci-après: L'élément porteur 1 de l'amortisseur pneumatique repré- senté est disposé entre la suspension et la structure d' un véhicule à moteur. L'élément porteur 1 se compose essentiellement d'un corps cylindrique creux, fermé à sa partie supérieure, qui est fixé à la carrosserie, ainsi que d'un plongeur, de forme également cylindrique, qui s'emboîte dans le corps creux et est fixé par son extrémité inférieure à l'essieu pourvu de suspension. Le corps creux et le plongeur présentent une étanchéi- té mobile l'un par rapport à l'autre, et en direction perpendiculaire, qui est réalisée par une membrane dérou- lante. Le déplacement relatif perpendiculaire d'une des deux pièces est donc très facile et ne donne lieu à aucun amortissement sensible. La cavité constituée par le corps creux, le plongeur et la membrane déroulante, est remplie d'air ou d' un autre gaz ou mélange de gaz approprié, dans les conditions de fonctionnement. La pression de l'air contenu dans cette cavité agit sur la face antérieure d'un dispositif de mesure 2, consti- tué d'un détecteur à caractéristiques piézo-électri- ques. Ce dispositif est constitué essentiellement du bottier 4, en matière plastique non conductrice, dont les deux pièces enferment la feuille 6 en fluorure de polyvinylidène,pourvue d'un revêtement de surface ap- pliqué par métallisation et reposant, par sa face pos- térieure, sur la couche élastique 5. La feuille a une forme circulaire et est recouverte, à sa périphérie et 9 2570784 1 des deux côtés, par des bagues annulaires 7, pourvues de broches de contact 8. Les broches de contact 8 sont connectées par les conducteurs électriques 9, 10, aux solénoïdes de la vanne combinée d'entrée et de sortie 3, un amplificateur de tension 11 intercalé permettant une adaptation des impulsions de tension engendrées par le dispositif de mesure au niveau requis pour com- mander les solénoïdes. La vanne d'entrée et de sortie combinée 3 est pourvue de deux raccordements. Elle est reliée, d'une part, à la cavité par la conduite 12 et, d'autre part, à un réservoir de gaz sous pression, par la conduite d'alimentation 13, ainsi qu'à l'atmosphè- re, par la conduite de mise à l'air 14. Le capteur de déplacement 15 est disposé entre les deux corps creux cylindriques de l'élément porteur 1, et provoque une modification des tensions commandant la vanne d'entrée et de sortie, telle que la pièce à mouvement relatif prend une position moyenne constante, indépendamment de la charge de la pression d'alimentation et de la fréquence des vibrations induites. Le fonctionnement de l'amortisseur pneumatique peut être décrit comme suit: Si l'on admet une pression moyenne PM dans la cavité, et si l'on suppose que la roue suspendue passe sur u- ne irrégularité du sol, ceci provoque une compression du ressort. Cette compression du ressort provoque une diminution du volume de la cavité et, par conséquent, une augmentation de pression dans celle-ci. La feuille piézo-électrique 6 se trouve alors déformée d'une manière bien déterminée, et engendre une impul- sion de tension correspondant, en grandeur et en di- rection, à la nature de la modification de pression. 2570784 1 L'impulsion de tension est amplifiée suivant les besoins et est utilisée pour actionner la vanne de sortie.L'air comprimé en excès peut s'échapper, ce qui provoque une diminution de la pression dans la cavité et entra ne,en même temps, une déformation inverse de la feuille piézoélctrique 6 et, par conséquent, une suppression de l' impulsion de tension. Ceci a pour résultat une fermetu- re automatique de la vanne de sortie. Si, contrairement à l'exemple décrit ci-dessus, le res- sort de la roue suspendue se trouve détendu, ceci pro- voque une diminution de pression dans la cavité par rapport à la pression moyenne existant initialement.La feuille piézo-électrique 6 se déforme alors dans le sens opposé. Une impulsion de tension en direction in- verse en résulte alors. Celle-ci commande la vanne d' entrée et permet l'introduction dans la cavité d'air comprimé, provenant du réservoir de réserve, jusqu'à ce que le niveau initial soit rétabli à nouveau. L'amplificateur 11 peut être pourvu d'un régulateur, permettant de modifier le signal du dispositif de mesu- re électrique induit par la modification de pression dans la cavité, en fonction de la hauteur du véhicule par rapport au sol, de la vitesse de marche, du régla- ge momentané de la suspension et/ou des forces de frei- nage ou d'accélération agissant à cet instant. Ceci permet de déterminer efficacement la position particu- lière au cours de la marche du véhicule et indépendam- ment de la régulation du niveau, ce qui donne lieu à une amélioration sensible du confort de conduite et de la sécurité de conduite. 1 1 1 Revendications 1. Amortisseur pneumatique pour supporter un corps en vibration sur une fondation et comprenant un cous- sin pneumatique ayant une cavité intérieure varia- ble, qui est rempli d'air sous une pression moyenne PM, qui est relié à un réservoir de gaz sous pres- sion par une conduite d'alimentation comportant une vanne d'entrée, qui présente une vanne de sortie,un dispositif de mesure de la pression intérieure et une connexion entre le dispositif de mesure et la vanne d'entrée et de sortie, qui provoque l'ouvertu- re de la vanne de sortie si la pression dépasse la valeur PM et l'ouverture de la vanne d'entrée si la pression devient inférieure à PM, afin de réaliser une compensation des variations de pression, carac- térisé en ce que la vanne de sortie est disposée dans une conduite de mise à l'air (14), qui débou- che dans l'atmosphère, en ce que la dispositif de mesure (2) est constitué par un détecteur électri- que, en ce que la vanne d'entrée et de sortie (3) est pourvue d'au moins une commande auxiliaire et en ce que la commande auxiliaire peut être action- née par le détecteur (2). 2. Amortisseur pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur est constitué d'une feuille ou d'un cristal à propriétés piézo- électriques ou de bandes de mesure d'allongement soutenues élastiquement et connectées à une source de tension. 3. Amortisseur pneumatique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le détecteur est pourvu d'un amplificateur de charge ou de tension (11), 12 2570784 pour actionner la commande auxiliaire. 4. Amortisseur pneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'amplificateur de tension (11) possède un régulateur pour modifier la manoeu- vre de la commande auxiliaire. 5. Amortisseur pneumatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le régulateur servant à modi- fier la manoeuvre de la commande auxiliaire est pour- vu d'un moins un déphaseur et/ou d'un multiplica- teur d'amplitude. 6. Amortisseur pneumatique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le déphaseur et/ou le multi- plicateur d'amplitude peut être actionné par au moins un détecteur auxiliaire. 7. Amortisseur pneumatique selon la revendications6, caractérisé en ce que le détecteur auxiliaire est asservi à un dispositif de mesure de niveau de vi- tesse ou des forces de direction et/ou de freinage ou d'accélération. 8. Amortisseur pneumatique selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le détecteur est consti- tué d'une feuille piézo-électrique (6) en fluorure de polyvinylidéne ou en copolymére, qui est pourvue de couches électriquement conductrices (8) appliquées sur ces faces extérieures opposées et servant à ac- tionner la commande auxiliaire. 9. Amortisseur pneumatique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la feuille (6) présente une épaisseur de 10 à 300 um et ence que les couches 1 (8) sont des dépôts appliqués par métallisation. 10.Amortisseur pneumatique selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la feuille (6) repose sur une couche (5) en matériau élastique du câté opposé à l'enceinte intérieure. 11.Amortisseur pneumatique selon la revendication 10, caractérisé en ce que la feuille (6) est rendue é- tanche,par rapport à l'enceinte intérieure, tout le long de sa périphérie. 12.Amortisseur pneumatique selon les revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les vannes d'entrée et de sortie peuvent être actionnée d'une manière proportionnelle aux variations de pression dans l' enceinte intérieure. 13.Amortisseur pneumatique selon les revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les vannes d'entrée et de sortie ont, chacune, leur propre commande auxili- aire et peuvent être actionnées séparément.