Brevet FR2642492A1 — publié le 19900803

L'invention concerne un support élastique com- portant un élément de ressort présentant l'élasticité du caoutchouc, qui est disposé entre deux parties de raccor- dement et sert à supporter une charge oscillante, dont le spectre d'oscillations contient aussi bien des oscilla- tions à basse fréquence que des oscillations à haute fré- quence, notamment support pour moteur de véhicule automo- bile. On connaît un grand nombre de-formes de réali- sation différentes de tels supports pour moteurs. Ils ont en principe pour rôle d'empêcher que les déplacements d'une charge oscillante soient transmis au socle ou au châssis portant cette charge, ce qui est réalisé de dif- férentes manières et avec une réussite variable avec les différentes formes de réalisation des supports. Alors qu'auparavant on utilisait principalement de purs sup- ports en caoutchouc, avec lesquels les amplitudes d'oscillations déclenchées étaient annihilées simplement sous l'effet de l'amortissement intérieur du rembourrage en caoutchouc utilisé, on préfère aujourd'hui utiliser des supports dans lesqueis sont intégrés des dispositifs amortisseurs, du type décrits par exemple dans le brevet allemand 34 07 553 sous la forme de ce qu'on appelle un support hydraulique et dans le brevet allemand 32 33 456 sous la forme de ce qu'on appelle un support de type vo- lumétrique. Outre le fait d'isoler et d'atténuer les vibrations, les formes de réalisation représentées dans les deux documents cités présentent l'avantage de traiter de façon sélective les oscillations qui agissent sur eux, et ce en atténuant fortement des oscillations à basse fréquence, c'est-à-dire des oscillations à des fréquences inférieures à environ 20 Hz, qui apparaissent en général avec des amplitudes importantes, tout en supportant pratiquement sans les amortir des oscillations à haute fréquence, c'est-à-dire des oscillations possédant des fréquences supérieures à environ 20 Hz, qui apparaissent en général uniquement avec une faible amplitude, mais sont très gênantes en raison de leur effet acoustique, et de les écarter de ce fait, dans une large mesure, du socle ou du châssis. Bien que ce découplage acoustique satisfasse déjà à des exigences très étendues dans les supports hy- drauliques et volumétriques connus, il s'est posé, en raison du besoin de confort, qui s'est fortement accru entre-temps, le problème à la base de la présente inven- tion, consistant à créer un support élastique, qui opti- mise la transmission d'oscillations à haute fréquence, notamment gênantes du point de vue acoustique, au moyen d'une adaptation souple et d'une commande active de leurs forces résultantes de ses ressorts, qui supportent la charge oscillante. La solution de ce problème présente une importance particulière pour le système de soutien de moteurs d'entraînement de véhicules automobiles. Selon un premier aspect, ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un support élas- tique du type indiqué plus haut, caractérisé en ce qu'un actionneur électrostictif ou magnétostrictif est associé à l'élément de ressort selon un montage mécanique en pa- rallèle de sorte que l'une de ses faces frontales est re- liée rigidement à une partie de raccordement de l'élément de ressort tandis que son autre face frontale est reliée rigidement à une masse d'inertie, et qu'il est prévu un capteur, qui détecte les forces alternatives, les accélé- rations alternatives ou des déviations oscillatoires, provoquées par la charge oscillante, et est raccordé à l'actionneur par l'intermédiaire d'un régulateur d'amplitude et de phase et d'un amplificateur, la régula- tion étant conçue de manière que l'actionneur réduise les forces alternatives, les accélérations alternatives ou les déviations oscillatoires chargeant le capteur. ú642492 Selon une variante de réalisation, le capteur est accouplé à la partie de raccordement solidaire d'un châssis ou d'un socle. Selon une variante de réalisation, le capteur est un capteur piézoélectrique. Selon une variante de réalisation, le capteur est agencé à la manière d'une jauge extensométrique. Selon une variante de réalisation, le support comporte des actionneurs et des capteurs, associés aux directions d'oscillation principales de la charge oscillante soutenue. Selon une variante de réalisation, le support contient trois actionneurs et capteurs, disposés sous la forme d'un trépied à pieds orthogonaux. Selon un second aspect, le problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un support élas- tique du type indiqué plus haut, caractérisé par le fait qu'un actionneur électrostictif ou magnétostrictif est associé, selon un montage mécanique en parallèle, à l'élément de ressort, de sorte que l'une de ses faces frontales est reliée rigidement à une partie de raccorde- ment de l'élément de ressort et que son autre face fron- tale est reliée rigidement à une masse d'inertie, et qu'il est prévu un capteur, qui détecte un paramètre caractéristique de déplacement et de position de parties, déplacées périodiquement, de la charge oscillante comme par exemple la position angulaire et/ou la vitesse de ro- tation du vilebrequin d'un moteur de véhicule automobile- et est raccordé, par l'intermédiaire d'un calculateur et d'un amplificateur, à l'actionneur, et que dans le calcu- lateur est mémorisé un programme, qui traite les signaux de sortie du capteur et est établi sur la base de la ca- ractéristique d'oscillation, déterminée de façon empi- rique, de la charge et au moyen duquel le signal de sor- tie du calculateur, qui charge l'actionneur par l'intermédiaire de l'amplificateur, commande l'actionneur de manière à réduire les forces alternatives, les accélé- rations alternatives ou les déviations oscillatoires, qui apparaissent dans la partie de raccordement solidaire d'un châssis ou d'un socle. Selon une variante, l'élément de ressort est équipé d'un dispositif amortisseur. Selon une variante, l'élément de ressort est agencé sous la forme de ce qu'on appelle un support hy- draulique ou d'un support de type volumétrique, connu en soi. Conformément à l'invention, il est proposé, pour résoudre le problème posé, d'utiliser ce qu'on ap- pelle des actionneurs électrostrictifs ou magnétostric- tifs. De tels actionneurs sont connus en soi et, d'une manière générale il a déjà été proposé de les utiliser en tant qu'organes de réglage dans des machines-outils et des machines d'usinage de la mécanique de précision. Ils possèdent la propriété avantageuse consistant en ce que leur longueur axiale varie en fonction de la tension qui leur est appliquée ou du courant qui les traverse, de sorte qu'à l'aide de ces actionneurs, il est possible de convertir des signaux électrique directement en des dé- viations mécaniques. Dans le cadre de la présente inven- tion, on préfère utiliser des actionneurs électrostric- tifs, qui sont basés sur le principe piézoélectrique connu. Conformément à la présente invention, ledit ac- tionneur est associé à l'élément de ressort, qui présente l'élasticité du caoutchouc et soutient la charge oscil- lante, du support élastique proposé, selon un branchement mécanique en parallèle. Il s'ensuit que la charge sta- tique est entièrement supportée par l'élément de ressort, tandis que l'actionneur est chargé uniquement par les forces dynamiques alternatives superposées à la charge statique, étant donné qu'il prend appui, par sa face tournée vers la charge, sur ce qu'on appelle une masse d'inertie. Sous l'expression "masse d'inertie", il faut ici comprendre qu'il s'agit d'une masse, dont la force d'inertie est suffisamment élevée, dans le cas d'oscilla- tions à haute fréquence, pour que l'actionneur puisse s'appuyer sur elle comme s'il s'agissait d'un point fixe, alors qu'elle est librement déplaçable sous l'action de forces ayant une action statique ou quasi-statique - c'est-à-dire à basse fréquence. Par conséquent, dans le support élastique conforme à l'invention, la masse d'inertie n'oppose aucune force antagoniste à la charge de base statique ainsi qu'à des variations de charge à basse fréquence, alors qu'elle agit à la manière d'un support rigide par rapport à des variations de charge à haute fréquence. C'est pourquoi, des variations à haute fréquence de la longueur de l'actionneur entre la masse d'inertie et la partie de raccordement portant la charge influent directement sur les forces de soutien qui agis- sent sur cette partie de raccordement par rapport à la charge, et par conséquent les forces alternatives à haute fréquence, qui sont provoquées par la charge oscillante et sont détectées par le capteur, sont absorbées par l'actionneur, au moyen d'une commande correspondante de ce dernier. Dans le support conforme à l'invention, l'ac- tionneur est raccordé, pour sa commande, à un capteur, qui fournit, en liaison avec un dispositif de régulation dans une première forme de réalisation préférée de l'in- vention et en liaison avec un calculateur dans une se- conde forme de réalisation, des signaux de commande, qui correspondent aux forces alternatives ou aux déviations oscillatoires provoquées par la charge oscillante, et à l'aide desquelles la longueur axiale de l'actionneur. est modifiée en permanence de manière que lesdites forces 'al- ternatives ou déviations oscillatoires soient au moins partiellement compensées et annihilées et par conséquent soient transmises en général d'une manière fortement ré- duite au socle ou au châssis. De cette manière, l'actionneur absorbe notam- ment les oscillations acoustiques à haute fréquence et de faible amplitude, tandis que les oscillations à basse fréquence et de forte amplitude sont supportées et éven- tuellement amorties par l'élément de ressort. En raison des faibles amplitudes des vibrations acoustiques pertur- batrices, qui atteignent en général seulement quelques dixièmes de millimètres, les modifications, qui sont réa- lisables avec le même ordre de grandeur, des longueurs des actionneurs disponibles sont suffisantes pour une isolation efficace vis-à-vis du son transmis par la structure. Dans la première forme de réalisation préférée, indiquée précédemment, de la présente invention les forces alternatives ou les déviations oscillatoires pro- voguées par la charge oscillante sont détectées directe- ment par des capteurs électriques -notamment intégrés dans le support- se présentant sous la forme de capteurs de force ou de déplacement, dont le signal de sortie com- mande l'actionneur par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation connu en soi et d'un amplificateur. Le dispo- sitif de régulation muni de l'amplificateur, de l'action- neur et du capteur forme un circuit de régulation fermé, dans lequel l'actionneur agit en tant qu'organe de ré- glage et le capteur en tant que transmetteur. Les forces alternatives ou déviations oscillatoires, qui chargent le capteur, pénètrent sous la forme d'une grandeur parasite dans ce circuit de régulation, la valeur réelle respec- tive de la grandeur parasite étant comparée à une valeur de consigne prédéterminée -notamment "zéro"- et l'organe de réglage est actionné de manière à rapprocher la valeur réelle de cette valeur de consigne, ce qui conduit à une réduction de la grandeur parasite et notamment à son "an- nulation". Comme capteurs électriques, on utilise de pré- férence des éléments piézoélectriques; sinon, on peut en- visager d'utiliser notamment des capteurs du type jauges extensométriques. On choisit l'emplacement de montage des capteurs de préférence aussi près que possible du module formé par l'élément de ressort en caoutchouc et l'actionneur, afin d'exclure une influence de la part d'oscillations parasites d'autres sources d'excitation, qui ne peuvent pas être éliminées par réglage à l'aide de l'actionneur. Afin d'utiliser les effets avantageux pouvant être obtenus grâce à l'invention, pas seulement en rap- port avec une seule direction d'oscillation, dans une forme de réalisation préférée, un actionneur, auquel est associé un capteur, est associé à chaque direction d'os- cillation principale de la charge, qui est supportée par le support conforme à l'invention. De préférence, les ac- tionneurs et les capteurs sont disposés sous la forme d'un trépied à pieds orthogonaux. Dans la seconde forme de réalisation, indiquée précédemment, de la présente invention, il est proposé un support élastique, qui utilise les avantages indiqués d'actionneurs et dans lequel on utilise comme capteur un transmetteur qui détecte des paramètres caractéristiques de déplacement et de position de parties, déplacées pé- riodiquement, de la charge supportée par un tel support, ces paramètres étant liés à la cause des oscillations de la charge selon une relation directe ou indirecte. Lorsqu'il s'agit du support d'un moteur de véhicule auto- mobile, un transmetteur approprié peut détecter par exemple la position angulaire et la vitesse de rotation du vilebrequin. Le signal délivré par le transmetteur est envoyé à un calculateur, qui est relié à l'actionneur par l'intermédiaire d'un amplificateur. Le calculateur commande alors l'actionneur en fonction du signal de phase détecté (par exemple la posi- tion angulaire du vilebrequin) conformément à un pro- gramme fixé au moyen d'essais sur la base de la caracté- ristique d'oscillation de la charge-et mémorisé, de sorte que les forces alternatives ou déviations oscillatoires - notamment à haute fréquence- déclenchées dans le support peuvent être dans une large mesure compensées et absor- bées. Il peut être également avantageux de prévoir des actionneurs dans les directions d'oscillation principales du système, notamment de manière qu'ils forment un tré- pied à pieds orthogonaux. Dans toutes les formes de réalisation du sup- port élastique conforme à l'invention, l'élément de res- sort utilisé comporte de préférence un dispositif amor- tisseur, qui est notamment tel que l'élément de ressort est agencé non pas sous la forme d'un pur support en caoutchcouc, mais sous la forme d'un support hydraulique ou d'un support volumétrique du type indiqué plus haut, connu en soi. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure la montre une représentation de principe d'un exemple de réalisation de la première forme de réalisation préférée du support élastique conforme à l'invention, dont la commande est réglée au moyen d'un actionneur; - la figure lb montre une représentation cor- respondante de l'exemple de réalisation de la seconde forme de réalisation indiquée précédemment; - la figure 2 représente une coupe axiale d'un exemple de réalisation pratique; et - la figure 3 représente une coupe axiale d'un autre exemple de réalisation. Comme le montre la figure la, un support élas- tique conforme à l'invention comporte un élément de res- sort élastique 3 et un actionneur 4, qui sont branchés mécaniquement en parallèle entre la partie de raccorde- ment 1, chargée par la charge oscillante L, et la partie de raccordement 2 solidaire d'une base ou d'un châssis. Pour l'obtention de ce branchement mécanique en paral- lèle, l'actionneur 4 est relié rigidement, par sa face frontale 4.1 tournée du côté de la charge, à la partie de raccordement correspondante i de l'élément de ressort 3, tandis que sa face frontale opposée n'est pas accouplée par exemple à la partie de raccordement 2, solidaire de la base, de l'élément de ressort 3, mais -ce qui est équivalent du point de vue mécanique vis-à-vis de forces alternatives à haute fréquence- prend appui sur la masse d'inertie 9. Un capteur 5, de préférence piézoélectrique, est disposé de manière à recevoir les forces alternatives provoquées par la charge oscillante L. Son signal de sor- tie est traité par le régulateur 6 raccordé et par l'amplificateur 7 de sorte qu'il réalise un déplacement de l'actionneur 4, la régulation étant conçue de manière que les forces alternatives provoquées par la charge os- cillante L soient absorbées par l'actionneur 4 sans être transmises à la partie de raccordement 2, auquel est ac- couplé le capteur 5. La figure lb représente, selon une représenta- tion schématique correspondante, un support élastique de la seconde forme de réalisation conforme à l'invention, incluant le branchement mécanique en parallèle d'un élé- ment de ressort 3 et d'un actionneur 4 et dans lequel on utilise comme capteur un transmetteur 5', qui détermine la position de phase et la vitesse de rotation d'une par- tie, déplacée périodiquement, de la charge L (par exemple le vilebrequin d'un moteur de véhicule automobile) et l'envoie à un calculateur 6'. Le calculateur 6' commande alors, par l'intermédiaire de l'amplificateur 7, l'ac- tionneur 4 en fonction du signal du capteur, sur la base d'un programme qui est établi empiriquement et mémorisé en lui et associe à chaque état d'oscillation de la charge L, la tension de commande de l'actionneur, au moyen de laquelle l'actionneur 4 modifie respectivement sa longueur axiale de manière à compenser ou réduire dans une large mesure, en permanence, les forces alternatives, les accélérations alternatives ou les déviations oscilla- toires, qui fairent dans le support. La figure 2 représente l'invention dans le cas d'un exemple de réalisation, dans lequel l'élément de ressort 3 réalisé sous la forme d'un ressort en caout- chouc ferme un boîtier 10. A la partie de raccordement 1 solidaire de la charge est fixée une face frontale 4.2 de l'actionneur 4, qui s'étend dans la direction de l'axe A du support, dans l'espace intérieur du boîtier, o la masse d'inertie 9 est fixée à la face frontale opposée 4.2 de l'actionneur, sans contact mécanique avec la paroi du boîtier. L'intérieur du boîtier contient par ailleurs habituellement de l'air à une pression normale. Cependant il est également avantageusement possible de le remplir avec un liquide en vue d'amortir des oscillations à basse fréquence. La partie de raccordement 2 solidaire de la base du châssis est réalisée, dans l'exemple de réali- sation représenté, sous la forme d'une pièce façonnée en forme de bride de la paroi du boîtier. L'exemple de réalisation représenté sur la fi- gure 3 montre que contrairement à l'agencement décrit précédemment, l'actionneur 4 peut être accouplé, par sa face frontale inférieure 4.2, à la partie de raccordement 2 solidiare de la charge. Il s'étend alors, dans la di- rection de l'axe A du support, vers le hgaut et porte, sur sa face frontale supérieure 4.1, la masse d'inertie 9 entourée par le boîtier 10, sans être en contact avec ce dernier. L'élément de ressort 3 qui réalise un support entre les parties de raccordement i et 2 est également représenté sous la forme d'un pur ressort en caoutchouc dans cet exemple de réalisation; cependant, comme dans le cas du dispositif conforme à la figure 2, il peut être remplacé avantageusement par ce qu'on appelle un support hydraulique (par exemple conformément au brevet allemand 34 07 153) ou par ce qu'on appelle un support du type volumétrique (par exemple conformément au brevet allemand 32 33 456), ce qui permet d'utiliser en supplément l'amortissement, qui agit de façon sélective, de tels supports. REVENDICATIONS 1. Support élastique comportant un élément de ressort (3) présentant l'élasticité du caoutchouc, qui est disposé entre deux parties de raccordement (1,2) et sert à supporter une charge oscillante (L), dont le spectre d'oscillations contient aussi bien des oscilla- tions à basse fréquence que des oscillations à haute fré- quence, notamment support pour moteur de véhicule automo- bile, caractérisé en ce qu'un actionneur électrostictif ou magnétostrictif (4) est associé à l'élément de ressort (3) selon un montage mécanique en parallèle de sorte que l'une (4.1) de ses faces frontales est reliée rigidement à une partie de raccordement (1 ou 2) de l'élément de ressort (3), tandis que son autre face frontale (4.2) est reliée rigidement à une masse d'inertie (9), et qu'il est prévu un capteur (5), qui détecte les forces alterna- tives, les accélérations alternatives ou des déviations oscillatoires, provoquées par la charge oscillante (L), et est raccordé à l'actionneur (4) par l'intermédiaire d'un régulateur d'amplitude et de phase (6) et d'un am- plificateur (7), la régulation étant conçue de manière que l'actionneur (4) réduise les forces alternatives, les accélérations alternatives ou les déviations os- cillatoires chargeant le capteur (5). 2. Support élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (5) est accouplé à la partie de raccordement (2) solidaire d'un châssis ou d'un socle. 3. Support élastique selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur (5) est un capteur piézoélectrique. 4. Support élastique selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur (5) est agencé à la manière d'une jauge extensométrique. 5. Support élastique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des actionneurs (4) et des capteurs (5), associés aux di- rections d'oscillation principales de la charge oscil- lante soutenue (L). 6. Support élastique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il contient trois actionneurs (4) et capteurs (5), disposés sous la forme d'un trépied à pieds orthogonaux. 7. Support élastique comportant un élément de ressort (3) présentant l'élasticité du caoutchouc, qui est disposé entre deux parties de raccordement (1,2) et sert à supporter une charge oscillante (L), dont le spectre d'oscillations contient aussi bien des oscilla- tions à basse fréquence que des oscillations à haute fré- quence, notamment support pour moteur de véhicule automo- bile, caractérisé en ce qu'un actionneur électrostictif ou magnétostrictif (4) est associé, selon un montage mé- canique en parallèle, à l'élément de ressort (3), de sorte que l'une (4.1) de ses faces frontales est reliée rigidement à une partie de raccordement (1) de l'élément de ressort (3) et que son autre face frontale (4.2) est reliée rigidement à une masse d'inertie (9), et qu'il est prévu un capteur (5'), qui détecte un paramètre caracté- ristique de déplacement et de position de parties, dépla- cées périodiquement, de la charge oscillante (L) -comme par exemple la position angulaire et/ou la vitesse de ro- tation du vilebrequin d'un moteur de véhicule automobile- et est raccordé, par l'intermédiaire d'un calculateur (6') et d'un amplificateur (7), à l'actionneur (4), et que dans le calculateur (6') est mémorisé un programme, qui traite les signaux de sortie du capteur (5') et est établi sur la base de la caractéristique d'oscillation, déterminée de façon empirique, de la charge (L) et au moyen duquel le signal de sortie du calculateur, qui charge l'actionneur (4) par l'intermédiaire de l'amplifi- cateur (7), commande l'actionneur de manière à réduire les forces alternatives, les accélérations alternatives ou les déviations oscillatoires, qui apparaissent dans la partie de raccordement (2) solidaire d'un châssis ou d'un socle. 8. Support élastique selon l'une quelconque des revendications i à 7, caractérisé en ce que l'élément de ressort (3) est équipé d'un dispositif amortisseur. 9. Support élastique selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément de ressort (3) est agencé sous la forme de ce qu'on appelle un support hydraulique ou d'un support de type volumétrique, connu en soi.