Brevet FR2570154A1 — publié le 19860314

P-FCF-105 -1 DISPOSITIF POUR SUPPORTER ELASTIQUEMENT UN CORPS EN VIBRATION La présente invention concerne un dispositif pour sup- porter élastiquement un corps en vibration, comprenant un palier d'appui et un appui qui sont reliés par un élément élastique contenant une cavité remplie de li- quide, une paroi de compensation, pourvue d'un élément de réglage étant prévue afin de permettre l'ajustement de la compensation des modifications de pression du li- quide causées par les vibrations perturbatrices. Un dispositif de ce genre a déjà été décrit par le do- cument DE-PS 27 37 985. Il est destiné à supporter un moteur à combustion de véhicule automobile. Outre la chambre de travail, il comporte également une chambre de conversion, fermée par une paroi de compensation et reliée à la chambre de travail par une conduite permet- tant le passage du liquide. La paroi de compensation subit des déplacements en synchronisme des vibrations du moteur à piston, ce qui provoque des modifications de pression vibratoire dans la chambre de travail. Ce dispositif a pour objet d'interrompre les vibrations haute fréquence de second ordre du moteur, ce résultat n'étant toutefois qu'imparfaitement réalisé, parce que les modifications de pression ne suivent les déplace- ments du moteur à piston qu'avec un déphasage plus ou moins prononcé, en fonction de la vitesse de rotation. D'autres vibrations perturbatrices, qui sont causées, par exemple, par la fréquence propre des dispositifs auxiliaires reliés elastiquement au moteur ou par des vibrations de flexion de la transmission, ne peuvent pas être prises en compte. Celles-ci sont provoquées par d'autres vibrations que les vibrations de second ordre. 1 La présente invention a pour objet de perfectionner un dispositif du type précité, permettant de compenser, d'une manière optimale et en totalité, les vibrations perturbatrices qui se produisent. Ce résultat est atteint, conformément à l'invention, grâce à un dispositif du type précité, dans lequel la paroi de compensation limite elle-même la chambre de travail et couvre, au moins, 10% de la surface de 1' enceinte de la chambre de travail, o l'élément de ré- glage peut être actionné par un émetteur de signaux dé- tectant les vibrations perturbatrices et o l'émetteur de signaux et l'élément-de réglage sont reliés par un élément de réglage et de commande qui peut être program- mé librement. La construction du dispositif proposé par la présente invention se base sur le fait que, outre une gamme bien définie de vibrations à basse fréquence, il existe géné- ralement un spectre plus ou moins indifférent de vibra- tions perturbatrices à haute fréquence, dont il faut as- surer l'amortissement. C'est le cas, tout particulière- ment, pour la suspension du moteur d'un véhicule automo- bile. Les vibrations à basse fréquence sont provoquées surtout dans les appuis du moteur d'un véhicule automobile, au moment du passage sur des irrégularités du sol, ou en- core au démarrage du moteur. Leur amortissement est im- pératif, parce que toute augmentation de leur amplitude doit être évitée, car il en résulterait une diminution sensible du confort de la conduite. Les vibrations à haute fréquence dans la gamme comprise entre 25 et 1.000 Hz sont, dans le cas des suppports des 1 moteur d'un véhicule automobile, la conséquence d'un é- quilibrage,réalisé seulement d'une manière imparfaite en pratique, des pièces mobiles du moteur tout commme des fréquences propres des éléments accessoires fixes au moteur et de la transmission. Ces vibrations n'ont qu'une amplitude relativement faible et ne sont décela- bles en cours de route que sous forme de bourdonnements. Elles apparaissent surtout lorsque le moteur est plus fortement sollicite. Une interruption par compensation des vibrations de ce genre est donc un objectif sou- haitable. Dans le mode de réalisation proposé par la présente invention, cette compensation n'est toutefois pas rigidement liée à une ou plusieurs grandeurs d'en- trée et conditions de fonctionnement du moteur, mais est déterminée empiriquement en fonction d'une ou plu- sieurs grandeurs d'entrée et/ou conditions de fonction- nement, les réglages les plus différents pouvant être opérés suivant le type de moteur et de véhicule. Les vibrations perturbatrices qui se produisent en réa- lité peuvent être éliminées ainsi d'une manière excep- tionnelle et non encore réalisée jusqu'à présent, le réglage de base étant normalement effectué au banc d' essai et sur le véhicule complètement monté. Une adap- tation du comportement de compensation,en fonction des moteurs, des types de véhicules etdes régimes de rota- tion les plus variés est facile à réaliser, ce qui as- sure continuellement une efficacité optimale dans tou- tes les conditions de fonctionnement imaginables. L'élément de réglage et de commande, pourvu de son re- glage de base, constitue une unité constructive fixe, qui ne subit pas de modification en cas de fabrication en série du dispositif conforme à l'invention. La sé- curité de fonctionnement qui en résulte est donc excel- 1 lente, tandis que la fabrication en série s'en trouve très simplifiée. L'élément de réglage et de commande reçoit, en continu, en vue de la commande de l'élément de réglage de la pa- roi de compensation, une grandeur de référence pouvant correspondre, d'une manière particulièrement représen- tative, à des vibrations perturbatrices bien détermi - nées. L'utilisation du signal d'allumage s'est avérée particulièrement bien appropriée à ce point de vue.Ou- tre cette grandeur de référence, d'autres grandeurs d' entrée telles que, par exemple, la vitesse de la boîte qui a été enclenchée, le réglage du papillon des gaz, la dépression dans la tubulure d'aspiration, ainsi que les grandeurs d'entrées convenant pour caractériser les conditions de fonctionnement de la transmission dans son ensemble, peuvent être introduites dans l'é- lément de réglage et de commande. La grandeur de réfé- rence, ainsi que les autres grandeurs d'entrée, sont modifiées dans l'élément de réglage et de commande par déphasage et/ou multiplication de fréquence et/ou multiplication d'amplitude, de manière à obtenir une compensation optimale des vibrations perturbatrices. L'interruption de celles-ci se trouve donc assurée ain- si d'une manière remarquable. Le dispositif conforme à la présente invention sera décrit ci-après, à l'aide d'un exemple de réalisation. Les figures correspondantes représentent respectivement: La figure 1, l'allure de l'amplitude de la fréquence et du déphasage entre grandeurs de réfé- rence et de réglage, représentées en fonc- tion du régime de rotation. 1 La figure 2, un palier en coupe; La figure 3, l'allure de la rigidité élastique dynami- que, en fonction de la fréquence; La figure 4, la variation, en fonction du temps, de la force dynamique agissant sur le point d' appui du palier. La figure 2 représente, sch6matiquement, le moteur à piston 13 et l'émetteur de signaux 12 qui y est fixé, celui-ci mesurant, de préférence, le régime de rotation du moteur. L'élément de réglage et de commande 14 à programmation libre reçoit, outre la grandeur de réfé- rence provenant de l'émetteur de signaux 12, d'autres grandeurs d'entrée comme, par exemple, la vitesse de la boîte qui a été enclenchée, le réglage du papillon des gaz, la dépression dans la tubulure d'aspira- tion, etc. Toutes ces grandeurs sont traitées, confor- mément à un programme déterminé, dans un ordinateur de procédé situé dans l'élément de réglage et de commande 14, et sont amenées à la grandeur de référence avec le phasage correspondant. L'amplitude et la fréquence de la grandeur de référence peuvent également être mo- difiées. Le signal traité de cette manière arrive à l' élément de réglage de la paroi de compensation, en pas- sant par un amplificateur de puissance 16. Le palier hydraulique est constitué d'un noyau de palier 2,dans lequel sont disposés l'élément de réglage 11 et la pa- roi de compensation 12. Le noyau de palier 2 est fixé à la bague de palier 4 par l'intermédiaire d'un coussi- net en caoutchouc 3. Sur la bague de palier sont fixés solidement le couvercle de palier 7, la plaque d'injec- teur 5 et le soufflet de fermeture 6. L'enceinte de travail 9,disposée audessus de la plaque d'injecteur 5, 1 est fermée par le coussinet en caoutchouc 3 et par la paroi de compensation 10, et est remplie par un fluide. Entre la plaque d'injecteur 5 et le soufflet de ferme- ture 6, se trouve une chambre d'équilibre 8, remplie é- galement par un fluide. La chambre de travail 9 et la chambre d'équilibre 8 sont reliées entre elles par une tuyère 15. La source de vibrations perturbatrices (moteur à combus- tion) est reliée rigidement au noyau de palier 2, tan- dis que le couvercle de palier 7 est fixé à la fonda- tion (carrosserie). L'émetteur de signaux 12, relié au moteur, fournit un signal électrique qui présente une position de phase fixe par rapport aux vibrations perturbatrices du mo- teur provoquées par les forces dynamiques de second or- dre, c'est-à-dire que, par exemple, un déplacement du régime du moteur vers le bas provoque un signal élec- trique positif émis par l'émetteur de signaux 12. Ce signal est traité dans l'élément de réglage et de com- mande 14, en fonction du régime de rotation et des au- tres grandeurs d'entr6e, et est transmis à l'élément de réglage 11, de manière à ce que la paroi de compensa- tion se déplace d'une manière exactement opposée au dé- placement du moteur,c 'est-à-dire, dans le présent cas, vers le haut, tandis que la compression du fluide pro- voquée par le déplacement du moteur vers le bas est com- plètement compensée par le déplacement vers le haut de la paroi de compensation. Toutes les autres vibrations perturbatrices du moteur (voir exemple ci-dessus),sont provoquées par les vibrations de second ordre du moteur et se trouvent en relation de phase bien définie avec celles-ci, en fonction du régime de rotation. Ces rela- tions sont programmées dans l'élément de réglage et de 1 commande 14 et sont appelées, en fonction des grandeurs de référence et d'entrée existantes. Les recherches ont montré que la puissance nécessaire pour la régulation était très faible et comprise entre et 25 W. Cette faible consommation d'énergie est im- putable au fait que la paroi de compensation 10 est dis- posée exactement à l'endroit et dans la direction o viennent se recontrer les ondes de pression, provoquées par la création de vibrations dans la chambre de tra- vail. La figure 3 représente l'allure de la rigidité élasti- que dynamique, en fonction de la fréquence. Le point de départ des mesures a été constitué par un palier ayant une rigidité statique, en direction verticale, de 100 N/mm. Le palier sans régulation présente, dans la gam- me des basses fréquences, l'augmentation de la rigidi- té élastique qui est typique pour un palier hydrauli- que avec amortisseur en caoutchouc. Dès que la régula- tion est mise en service, cette rigidité se trouve sen- siblement réduite. Comme fréquence limite inférieure de la plage de régulation, on peut admettre environ Hz, ce qui correspond à un régime de rotation à vi- de de 750 t/min. pour un moteur à 4 cylindres. La figu- re 4 montre clairement que la régulation ne fonctionne pas seulement d'une manière parfaite en cas de vibra- tions sinusoïdales pures, mais également en cas de vi- brations superposées. Dans le cas représenté, le pa- lier était soumis, du côté de son noyau, à deux fréquen- ces d'amplitude différentes(f1 = 5 Hz; a1 = 0,5 mm et f2 = 50 Hz; a2 = + 0,1 mm) et la force de réaction a été mesurée au couvercle de palier 7. Sans régula- tion (figure 3a), les vibrations à haute fréquence (f2= 50 Hz) traversent le palier sans entraves à cause de la forte rigidité élastique, alors qu'elles sont presque entièrement compensées avec un palier pourvu de régula- tion (figure 3b), tandis que les vibrations à basse fréquence (F1 = 5 Hz) ne sont pas entravées. Ceci est extrêmement important, parce que l'amortissement hydrau- lique doit entrer en action dans cette gamme de fréquen- ce. La paroi de compensation peut être commandée par un mo- teur électrique, l'utilisation d'un solénoXde permet- tant alors de modifier l'amplitude, tout comme la fré- quence. Le système de commande ressemble, dans ce cas, à celui d'un hautparleur. Ceci permet de recourir sans hésiter à des dispositifs déjà bien éprouvés. Un autre mode de réalisation avantageux prévoit que la commande compor- te un dispositif de rappel élastique. Les coûts de fa- brication peuvent être réduits de ce fait dans certai- nes conditions. Le fonctionnement du dispositif sera ex- pliqué ci-après plus en détail, à l'aide d'un exemple d'application concret: La grandeur de référence, ainsi que les autres gran- deurs d'entrée, sont transformées dans l'élément de ré- glage et de commande par déphasage et/ou multiplication de fréquence et/ou multiplication d'amplitude, de maniè- re à obtenir une grandeur de régulation permettant une compensation optimale des vibrations perturbatrices tra- versant le dispositif à paliers. Un exemple permettra de décrire les interactions entre ces paramètres et la grandeur de réglage. Soit un véhicule automobile avec un moteur à quatre cy- 1 lindres en ligne, pr6sentant les vibrations perturba- trices typiques suivantes: 1. forces dynamiques de second ordre non équili- brées dans toute la plage des régimes de rota- tion 2. fréquence propre du carter de la transmission à 260 Hz, se produisant quand la seconde vi- tesse est enclenchée et que le régime est de 2000 t/min 3. fréquence propre de la dynamo d'éclairage sus- pendue élastiquement au moteur à 100 Hz 4. vibration de flexion de troisième ordre de l'ensemble de la transmission, avec résonance à 225 Hz. Les vibrations perturbatrices mentionnées au point 1 sont compensées, dans le dispositif à palierp,par le fait que la paroi de compensation se déplace à une fré- quence égale au double de la vitesse de rotation, et a- vec les mêmes phases et les mêmes amplitudes. La figure 1 illustre ce fonctionnement, le rapport des amplitudes a/a entre grandeur de réglage et grandeur de référen- ce, le déphasage Y entre les deux grandeurs ainsi que le rapport de fréquence f/f de ces deux grandeurs y é- o- tant représentés en fonction du régime de rotation du mo- teur. Du point de vue des phases et des amplitudes, ce- ci signifie, dans le présent cas, qu'entre les grandeurs de référence et de réglage, la phase augmente avec le régime de rotation, tandis que le rapport des amplitu- des diminue. Ceci s'explique par le fait que, lorsque le régime de rotation augmente, c'est-à-dire également 1 la fréquence d'excitation, les amplitudes apparaissant sur le moteur deviennent réellement plus faibles, si bien qu'une déflexion moins importante de la paroi de compensation peut suffire. En cas de déphasage, il con- vient de tenir compte, aux régimes de rotation élevés, de la résonance propre de la paroi de compensation,c' est-à-dire que la grandeur de réglage doit être pourvue d'un déphasage par rapport à la grandeur de référence, afin de pouvoir contrebalancer le retard de phase de la paroi de compensation, provoqué par la résonance, et de rétablir ainsi le parallélisme entre la paroi de compen- sation et la grandeur de référence. Les conditions mentionnées au point 2 donnent lieu à de fortes vibrations du carter de la transmission,dans des conditions de fonctionnement bien déterminées, les- dites vibrations étant un multiple des vibrations per- turbatrices mentionnées au point 1. Dans ce cas, l'é- lément de réglage et de commande effectue une multipli- cation de fréquence égale à 200.60 = 7,8 (figure 1c) 2000 -7,(fgrl) en provoquant, en outre, un déphasage d'environ 180 dans la gamme des régimes de rotation déterminée (pla- ge 1, par exemple, de 1800 à 2000 t/min), en commençant à la limite inférieure des vitesses de rotation,par une valeur qui a été fixée d'avance, au moment du réglage du véhicule. En outre, et pour cette gamme de régime de rotation, l' amplitude de la grandeur de réglage et, par conséquent, les déplacements de la paroi de compensation en vibra- tion, sont augmentés afin de compenser efficacement les vibrations perturbatrices décrites ici et agissant sur le dispositif à palier, afin d'entraver leur trans- mission à la carrosserie du véhicule. Quand la limite supérieure des régimes de rotation de cette plage "I" 1 1 1 a ét6 atteinte, l'élément de réglage et de commande est commuté à nouveau et revient à l'6tat correspondant au point 1. Les vibrations perturbatrices d6crites au point 3 doi- vent être compensées dans la plage des régimes de rota- tion proche de 3000 t/min (gamme II, de 2800 à 3200 t/ min). Celles-ci sont excitées par les vibrations de se- cond ordre à 100 Hz pour 3000 t/min, avec entrée en ré- sonance et transmission à la carrosserie de ces vibra- tions perturbatrices amplifiées plusieurs fois et pas- sant par les paliers du moteur. Dans ce cas également, l'amplitude du d6placement de la paroi de compensation et, par conséquent, la grandeur de r6glage, doivent ê- tre augmentées (figure la, plage II). Le d6phasage en- tre les grandeurs de référence et de réglage atteint, dans ce cas également, environ 180 ; toutefois, aucun déphasage brusque ne se produit à la limite inf6rieure des régimes de rotation de cette plage II, vu qu'il e- xiste une concordance de phase quasi-parfaite entre les grandeurs de réf6rence etde réglage, ainsi qu'avec les vibrations de second ordre et que les vibrations de fréquence propre de la dynamo d'éclairage qu'il faut amortir se trouvent en-dessous de la zone de résonance et ne sont pas en phase,même approximativement, avec les vibra- tions excitatrices de second ordre. Une modification du rapport des fréquences ne se produit pas dans la plage II, vu que les vibrations perturbatrices et excitatri- ces ont la même fréquence. Quand la limite supérieure des vitesses de rotation de cette plage II est dépass6e, l'élément de réglage et de commande s'enclenche à nouveau, afin d'assurer la com- pensation des vibrations perturbatrices de second or- dre. 1 Au point 4, le maximum des vibrations perturbatrices se trouve à 4500 t/min (225 60), si bien qu'on choi- sit à nouveau, dans ce cas, une plage de régime de ro- tation d'environ 4300/4700 t/min,par exemple,pour com- penser ces vibrations perturbatrices. Le rapport des fréquences se modifie de 2 à 3, parce qu'il s'agit de vibrations perturbatrices de troisième ordre (figure lc). Le rapport des amplitudes présente également une * forme typique, avec des pics. Au moment du change- ment de phase, il peut se produire à nouveau un chan- gement brusque de phase au début de la plage de vites- se, ce changement se produisant, dans ce cas, dans le sens positif. Comme il s'agit, ici également, d'un phé- nomène de résonance, le déphasage doit être à nouveau égal à 180 environ dans cette plage. L'allure des amplitudes, des phases et des fréquences envisagées dans cet exemple, tout comme les limites de plages de régime, sont valables pour une exécution bien déterminée des paliers de moteur et pour un véhicule bien déterminé, les explications ayant d'ailleurs été limitées à quelques conditions de fonctionnement criti- ques seulement, afin de simplifier l'exposé. Le dispo- sitif proposé garantit, dans tous ces cas, une compen- sation optimale de l'ensemble des vibrations perturba- trices pouvant se produire en fonctionnement normal. Avec d'autres véhicules automobiles, on peut avoir af- faire à un autre spectre de vibrations perturbatrices, en fonction des différentes réalisations et disposi- tions adoptées, ce qui nécessite alors une modifica- tion appropriée de la commande des éléments de réglage. L'élément de réglage et de commande doit alors être programmé en conséquence. Il n'existe, par conséquent, aucune limitation technique à la différenciation des réactions aux vibrations perturbatrices. 1 Revendications 1. Dispositif pour supporter élastiquement un corps en vibration, comportant un palier d'appui et un support qui sont reliés par un élément élastique contenant une cavité remplie de liquide, une paroi de compen- sation munie d'un élément de r6glage étant prévue et permettant, par son déplacement, une compensation des modifications de pression du liquide causées par les vibrations perturbatrices, caractérisé en ce que la paroi de compensation (10) limite elle-même la chambre de travail (9) -etrecouvre au moins 10% de la surface de l'enceinte de la chambre de tra- vail, en ce que l'élément de réglage (11) peut être actionné par un émetteur de signaux (12) détectant les vibrations perturbatrices du corps, et en ce que l'émetteur de signaux et l'élément de réglage sont connectés par un élément de réglage et de com- mande (14) à programmation libre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de travail (9) est fermée par une surface creuse, ouverte dans la direction du dépla- cement, et en ce que la paroi de compensation (10) s'étend devant l'ouverture de la surface creuse, transversalement par rapport à la direction du dé- placement. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de réglage (11) comprend un solénoïde électrique. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de réglage comprend un ressort de rappel. -14- 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de réglage et de commande (14) comprend un déphaseur et un multiplicateur de fréquence. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de réglage et de commande (14) comprend un multiplicateur de fréquence et un multiplicateur d'amplitude. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de réglage et de commande (14) comprend un déphaseur et un ampli- ficateur d'amplitude. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de réglage et de commande comprend un déphaseur, un multiplicateur de fréquence et un multiplicateur d'amplitude. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la chambre de travail (9) est reliée par une ouverture à étranglement (15) à une chambre d'équilibre (8). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la chambre d'équilibre (8) est fermée, au moins partiellement, par une paroi en matériau flexible. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la paroi flexible est constituée par une membrane à enroulement. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 1 ll,caractérisé en ce que la paroi de compensation (10) est réalisée en matériau flexible et comprend une cham- bre creuse, en ce que la chambre creuse est remplie d'un fluide, et en ce que le fluide peut être mis sous pression par l'élément de réglage (11). 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la paroi de compensation (10) présente u- ne forme en soufflet et est disposée dans la cham- bre de travail (9). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le fluide est un liquide non compressible. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que l'élément de réglage est constitué' par un corps vibrant à commande électrique, qui fer- me la chambre creuse.