Brevet FR2655114A1 — publié le 19910531

La présente invention concerne un amortisseur hydraulique, avec un dispositif de refoulement hydraulique, réalisé de préférence sous la forme d'un ensemble cylindre-piston, qui peut être intercalé entre un élément dont il faut amortir les mouvements et un élément fixe relativement, et qui présente, dans son carter, deux chambres mutuellement reliées avec étranglement par au moins un canal, entre lesquelles un liquide hydraulique est échangé par l'intermédiaire du canal lors de la translation d'un élément refouleur. On connaît, par exemple, un amortisseur de ce type par le brevet allemand DE-C 939 657 L'élément refouleur y est constitué par un pis- ton qui, à l'intérieur d'un cylindre, sépare deux chambres qui sont mutuellement reliées par l'intermédiaire de canaux qui traversent le piston Un groupe de canaux coopère avec des distributeurs plans dis- posés sur le dessus du piston et un autre groupe de canaux coopère avec des distributeurs plans disposés sur le dessous du piston Un premier ressort hélicoïdal, qui est disposé entre le dessus du piston et le fond supérieur du cylindre, est associé aux distributeurs plans sur le dessus du piston Un autre ressort hélicoïdal, qui est disposé entre le dessous du piston et le fond inférieur du cylindre, est asso- cié aux distributeurs plans sur le dessous du piston En outre, la chambre disposée entre le fond supérieur du cylindre et le dessus du piston est reliée à une chambre de compensation, un flux allant de la chambre précitée dans la chambre de compensation devant vaincre la pression de fermeture d'un clapet antiretour qui s'ouvre dans cette direction, et le flux en sens inverse, de la chambre de compensation à la chambre précitée, s'effectuant par l'intermédiaire d'un distribu- teur plan qui s'ouvre dans cette direction de flux. Grâce à la disposition décrite des distributeurs plans du côté du piston, il ne faut vaincre qu'une résistance d'amortissement rela- tivement faible, voire évanouissante, lorsque le piston quitte une po- sition centrale par rapport au cylindre; par contre, lors du retour du piston à sa position centrale, il faut vaincre une résistance d'amortissement nettement accrue En outre, les ressorts qui sollici- tent les distributeurs plans du côté du piston exercent également une certaine force de positionnement, qui a tendance à pousser le piston à sa position centrale. On connaît par la demande de brevet allemand DE-A 38 08 996 un support de moteur à deux chambres exerçant un amortissement hydrau- lique, qui est conçu à la manière d'un dispositif de refoulement Le carter possède ici deux chambres qui communiquent par l'intermédiaire d'un canal, ainsi qu'un élément refouleur mobile à l'intérieur d'une des chambres, qui est relié élastiquement au carter du dispositif par l'intermédiaire d'un ressort porteur Une masse amortissante est dis- posée de manière oscillatoire sur l'élément refouleur, à l'intérieur de la chambre correspondante; en outre, une membrane élastique est disposée comme séparation entre les deux chambres La masse amortis- sante diminue la rigidité dynamique du support de moteur, dans une plage limitée de fréquences La membrane entre les deux chambres per- met d'obtenir un désaccouplement pour des oscillations à haute fré- quence. Dans la pratique, on recherche très souvent des amortisseurs présentant un comportement sélectif en fréquence prononcé Par exemple, pour un amortisseur de direction, on souhaite que l'amortisseur n'oppose qu'une faible résistance aux mouvements normaux de direction, tandis que les oscillations indésirables doivent être fortement amorties Tandis que les mouvements de direction s'effectuent à une vitesse relativement modérée, les oscillations in- désirables dans le système de direction du véhicule se situent généra- lement à des fréquences comprises entre environ 10 et 25 Hz En outre, pour un amortisseur de direction, on souhaite également que les oscil- lations à haute fréquence ne puissent si possible pas être transmises. C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un amortis- seur hydraulique avec un comportement sélectif en fréquence prononcé, tout en garantissant, pour des oscillations à haute fréquence, un dés- accouplement satisfaisant entre l'entrée et la sortie de l'amortisseur. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que l'élément refouleur ou le carter est relié de manière oscillatoire à l'élément à amortir par l'intermédiaire d'un moyen de suspension élastique disposé en série, la constante de ressort du moyen de suspension, la masse de l'élément de l'amortisseur qui est relié au moyen de suspension, la masse du liquide hydraulique qui est déplacé lors des mouvements rela- tifs entre l'élément refouleur et le carter, ainsi que le rapport entre la section du ou des canaux et la section efficace de l'élément refouleur, étant dimensionnés de telle sorte que la fréquence de réso- nance des oscillations de ces masses par rapport à l'élément fixe de l'amortisseur se trouve à proximité de la plage de fréquences des os- cillations indésirables de l'élément à amortir, et que le ou les ca- naux présentent une résistance d'étranglement qui augmente fortement avec la vitesse d'écoulement, voire de manière surproportionnelle. Dans l'amortisseur selon l'invention, des masses mobiles sont donc, par l'intermédiaire du moyen de suspension, accouplées de ma- nière oscillatoire à l'élément dont il faut amortir les mouvements de telle sorte que les masses oscillantes puissent être stimulées par l'élément dont il faut amortir les mouvements en oscillations de réso- nance qui, du fait de leur vitesse de déplacement élevée, produisent des vitesses d'écoulement élevées du liquide hydraulique dans le ou les canaux, de sorte que l'action d'étranglement de ces canaux produit une grande dissipation d'énergie, c'est-à-dire qu'une quantité impor- tante d'énergie de déplacement est prélevée de l'élément dont il faut amortir les mouvements. En cas de mouvements relatifs très lents entre l'élément refou- leur et le carter, l'élasticité du moyen de suspension et la résis- tance d'étranglement du ou des canaux peuvent être largement négli- gées, c'est-à-dire que l'élément dont il faut amortir les mouvements et l'élément fixe par rapport au précédent peuvent être déplacés l'un par rapport à l'autre pratiquement sans résistance. Si des oscillations à très haute fréquence, c'est-à-dire avec une fréquence nettement supérieure à la fréquence de résonance, agis- sent sur l'amortisseur, l'élément fixe de l'amortisseur d'une part et les masses mobiles de manière oscillatoire par rapport à cet élément d'autre part, sont largement désaccouplés en matière d'oscillations par le moyen de suspension, de sorte que le flux volumique du liquide hydraulique qui traverse le ou les canaux diminue fortement, la quan- tité d'énergie dissipée diminuant d'une manière correspondante, voire se rapprochant de zéro, et le moyen de suspension empêchant une trans- mission d'oscillations à haute fréquence entre l'élément dont il faut amortir les mouvements et l'élément fixe On peut ainsi empêcher, dans une très grande mesure, la transmission acoustique de bruits entre l'élément dont il faut amortir les mouvements et l'élément fixe. Le ou les canaux constituent un dispositif d'étranglement qui peut être disposé, par exemple, dans l'élément refouleur ou encore le piston Selon une caractéristique supplémentaire, le pistonpeut être uîsposé en série avec le moyen de suspension Selon une autre caractéristique, des chambres remplies de liquide hydraulique peuvent être disposées de part et d'autre du piston et être mutuellement reliées par l'intermédiaire d'au moins un canal constituant un dispositif d'étranglement Dans un exemple d'application de l'invention, un élément de tringlerie d'un système de direction d'un véhicule automobile est relié, par l'intermédiaire du moyen de suspension, à l'un des éléments de l'amortisseur, et la carrosserie ou encore le châssis du véhicule est relié à l'autre élément de l'amortisseur. Les caractéristiques préférentielles de l'invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, qui s'appuie sur le dessin annexé qui re- présente schématiquement une forme de réalisation préférentielle. L'unique figure du dessin annexé est une vue en coupe axiale d'une forme de réalisation de l'amortisseur selon l'invention, réali- sée sous la forme d'un ensemble cylindre-piston. L'amortisseur 1 est disposé entre une carrosserie de véhicule 2 schématiquement représentée, de masse M relativement élevée, et un élément du système de direction 3 du véhicule qui est également sché- matiquement représenté, de masse m faible par rapport à la masse M de la carrosserie 2 Dans les considérations qui suivent, la carrosserie 2 du véhicule de grande masse M est considérée globalement comme "fixe", tandis que le système de direction 3 du véhicule, de petite masse m, constitue un système ou encore un élément mobile par rapport à la carrosserie fixe 2, et dont les mouvements par rapport à la carros- serie 2 du véhicule doivent être amortis sélectivement en fréquence à l'aide de l'amortisseur 1. L'amortisseur 1 possède un cylindre 4, qui est relié à la car- rosserie 2 de manière largement immobile ou encore essentiellement uniquement de manière articulée, ainsi qu'un piston 5 qui est monté coulissant dans le cylindre et sépare deux chambres 4 ' et 4 " à l'intérieur du cylindre 4 Ces chambres 4 ' et 4 ", qui sont remplies de liquide hydraulique, sont mutuellement reliées par l'intermédiaire d'au moins un canal 6 traversant le piston 5 En outre, une charge de gaz sous pression 8 est disposée dans une chambre, par exemple dans la chambre supérieure 4 ", afin de compenser le liquide hydraulique re- foulé par la tige de piston 7, de sorte que le liquide hydraulique est maintenu avec une légère surpression dans les chambres 4 ' et 4 " du cy- lindre 4. Le piston 5 est relié par l'intermédiaire d'un ressort hélicoï- dal 9 à la tige de piston 7, dont l'extrémité sortant du cylindre 4 est reliée essentiellement rigidement ou encore de manière uniquement articulée au système de direction 3 ou encore à un élément de tringle- rie de ce dernier. Comme le piston 5 est disposé sur le ressort hélicoïdal 9, il peut accomplir des oscillations par rapport au système de direction 3. La fréquence de résonance est déterminée par la constante du ressort hélicoïdal 9 ainsi que par les masses effectivement oscillantes qui se trouvent à l'intérieur de l'amortisseur 1 Ces masses effectivement oscillantes sont déterminées essentiellement par la masse du piston 5, y compris la masse d'un élément de tige de piston éventuellement dis- posé entre le ressort hélicoïdal 9 et le piston 5, ainsi que par la masse effective du liquide hydraulique reçu dans le canal 6. La masse effective du liquide hydraulique oscillant avec le pis- ton 5 est déterminée pour l'essentiel par le volume du canal 6 ou (s'il y a plusieurs canaux) des canaux 6, ainsi que par le rapport entre la section du piston 5 et la section du ou des canaux 6. Si les différents canaux 6 ont un volume identique, la masse ef- fective du liquide hydraulique qui y est reçu est d'autant plus grande que la section du canal est étroite par rapport à la section du piston La raison en est que, lorsque le piston 5 coulisse avec une vitesse prédéterminée à l'intérieur du cylindre 4, plus la section du canal est étroite, plus des vitesses d'écoulement élevées doivent apparaître à l'intérieur du ou des canaux 6. Par ailleurs, pour une section allouée du piston 5 et une lon- gueur allouée du ou des canaux 6, la masse effective du liquide hy- draulique oscillant avec le piston 5 reste sensiblement constante si la section du ou des canaux 6 est modifiée En effet, la vitesse d'écoulement du liquide hydraulique dans le canal 6 ou dans les canaux 6 se modifie de manière inversement proportionnelle aux modifications de la section du canal. La masse effective globalement efficace mw est proportionnelle à m K (Az/AK)2, o mk est la masse du liquide hydraulique dans le canal 6 ou dans les canaux 6, et Az ainsi qu'Ak sont les sections respectives de l'espace intérieur du cylindre 4 ainsi que du ou des canaux 6 La fréquence de résonance f O de l'amortisseur estproportionnelleà ( 1/mw) 1/2 Une modification de la section du ou des canaux 6 produit géné- ralement une modification considérable de la résistance d'étranglement respectivement efficace, car la résistance à l'écoulement dans un ca- nal dépend d'une manière très importante de la section ainsi que de la vitesse d'écoulement. Le fonctionnement de l'amortisseur selon l'invention est le suivant. En présence de mouvements relatifs lents entre le système de di- rection 3 et la carrosserie 2 du véhicule, l'amortissement est large- ment négligeable, attendu que le piston 5 peut suivre les lents mouve- ments du système de direction 3 pratiquement sans aucun décalage de phase En effet, lors des mouvements lents qui apparaissent, seule une très faible résistance hydraulique agit sur le piston 5 à l'intérieur du cylindre 4, de sorte que le ressort hélicoïdal 9 n'est pratiquement pas déformé. En présence de mouvements plus rapides du système de direction 3, et notamment en cas d'oscillations rapides de ce système, le piston est maintenant stimulé en oscillations, des oscillations du liquide hydraulique apparaissant simultanément dans le ou les canaux 6 Plus la fréquence des oscillations du système de direction 3 se rapproche de la fréquence de résonance de l'amortisseur 1, plus les amplitudes d'oscillation du piston 5 ainsi que les vitesses d'écoulement du li- quide hydraulique dans le ou les canaux 6 deviennent élevées. L'énergie qui est nécessaire pour la stimulation des oscillations du piston 5 ainsi que du liquide hydraulique dans le ou les canaux 6 est prélevée de l'énergie de déplacement du système de direction 3, c'est- à-dire que les oscillations de ce système sont affaiblies en consé- quence; simultanément, l'énergie de déplacement du piston 5 ainsi que du liquide hydraulique à l'intérieur du ou des canaux 6 est, du fait de la résistance à l'écoulement qui devient nettement active à des vi- tesses d'écoulement élevées, transformée en permanence en chaleur, c'est-à-dire qu'il se produit une dissipation notable d'énergie. Dans la plage hypercritique, c'est-à-dire en présence d'oscillations dont la fréquence est nettement supérieure à la fré- quence de résonance de l'amortisseur, le système de direction 3 et la carrosserie 2 du véhicule sont désaccouplés en matière d'oscillations, de sorte que pratiquement aucune oscillation acoustique ne peut être transmise. Pour le réglage de l'amortisseur selon l'invention, il faut te- nir compte, entre autres, de ce qui suit. Si le ou les canaux 6 présentent une grande section et/ou si les entrées et sorties des canaux sont conformées de manière suffisamment hydrodynamique pour que ne s'y produise qu'un faible tourbillonnement du liquide hydraulique, les oscillations du piston 5 dans le cylindre 4 ou encore du liquide hydraulique dans le ou les canaux 6 ne subis- sent qu'un amortissement relativement faible, c'est-à-dire que l'amortisseur 1 présente un comportement de résonance particulièrement prononcé Cela veut également dire qu'en présence d'oscillations proches de la fréquence de résonance de l'amortisseur 1, des quantités importantes d'énergie de déplacement sont prélevées du système de di- rection 3, tandis qu'à des fréquences qui présentent une certaine dis- tance de la fréquence de résonance, relativement peu d'énergie de dé- placement est transmise du système de direction 3 à l'amortisseur 1 et y est "anéantie" par dissipation d'énergie, c'est-à-dire transformée en chaleur Par contre, dans une plage de fréquences relativement étroite autour de la fréquence de résonance de l'amortisseur, le sys- tème de direction 3 peut céder une quantité d'énergie de déplacement particulièrement importante à l'amortisseur 1. En présence de grandes sections du ou des canaux 6 et/ou d'une forme hydrodynamique des entrées et sorties des canaux, il se produit donc un amortissement à bande étroite des oscillations du système de direction 3, avec un maximum très prononcé de la transmission d'énergie du système de direction 3 à l'amortisseur 1. Par contre, si le ou les canaux 6 ont une section plus étroite et/ou si les entrées et sorties des canaux sont réalisées de telle sorte (par exemple avec des plaquettes ou avec une forme angulaire) qu'il se produit un tourbillonnement prononcé du liquide hydraulique, les oscillations du piston 5 ainsi que du liquide hydraulique dans le ou les canaux 6 sont plus fortement amorties, avec pour conséquence que des amplitudes d'oscillation plus faibles apparaissent en cas de stimulation de la fréquence de résonance En conséquence, la dissipa- tion d'énergie possible dans le cas des oscillations de résonance est elle-aussi plus faible; toutefois, la dissipation d'énergie possible diminue moins fortement en présence d'oscillations dont la fréquence diverge plus ou moins largement de la fréquence de résonance Le sys- tème de direction 3 peut donc, dans une bande de fréquences relative- ment large, céder efficacement à l'amortisseur 1 de l'énergie de dé- placement, qui y est "anéantie" par dissipation Par contre, le maxi- mum de la transmission possible d'énergie de déplacement du système de direction 3 à l'amortisseur 1 est moins prononcé. En ce qui concerne la résistance à l'écoulement ou encore la ré- sistance d'étranglement du ou des canaux 6, il faut tenir compte du fait que, pour une même section globale, plusieurs canaux 6 montés en parallèle présentent une plus grande résistance qu'un seul canal 6, car la résistance d'étranglement ou encore la résistance à l'écoulement augmente d'une manière surproportionnelle à la diminution de la section d'un canal On peut ainsi, pour des masses effectives identiques du liquide hydraulique reçu dans les canaux 6, obtenir une résistance à l'écoulement ou encore d'étranglement différente. Par ailleurs, la résistance à l'écoulement ou d'étranglement d'un canal 6 se modifie également avec sa longueur, la résistance aug- mentant de manière approximativement proportionnelle à la longueur. Afin de pouvoir obtenir une longueur de canal souhaitée même en présence d'un piston 5 axialement court, le ou les canaux 6 sont par exemple disposés en hélice ou sous une forme similaire En outre, il est possible de prolonger le ou les canaux 6 au-delà du côté frontal du piston, par des raccords tubulaires. Afin, lors du coulissement du piston 5 par rapport au cylindre 4, d'éviter de brusques modifications de la vitesse d'écoulement du liquide hydraulique aux extrémités ouvertes du ou des canaux 6, et d'y éviter le phénomène de cavitation (apparition de bulles de vapeur dans le liquide hydraulique à cause d'une pression localement très faible), les extrémités du ou des canaux 6 peuvent s'élargir en forme de trompettes. Selon une variante de la forme de réalisation représentée, le ou les canaux 6 peuvent aussi être réalisés sous la forme de canaux de dérivation côté cylindre, qui relient entre elles les chambres 4 ' et 4 " en-dehors de la zone de déplacement du piston 5, de sorte qu'on peut monter un piston 5 dépourvu de tout percement. Il est en outre possible de disposer le ressort hélicoïdal 9 en dehors du cylindre 4 sur la tige de piston 7. On peut en outre, notamment dans cette dernière forme de réali- sation avec un ressort 9 disposé en dehors du cylindre 4, prévoir de disposer des deux côtés du piston 5 une tige de piston sortant du cy- lindre 4, de telle sorte que les surfaces actives du piston 5 respec- tivement tournées vers les chambres 4 ' et 4 "t aient des tailles identiques Avec une telle forme de réalisation, on peut se passer de la charge 8 de gaz sous pression, ou la prévoir nettement plus petite, quasiment uniquement pour compenser les modifications de volume du liquide hydraulique dues à des modifications de température. Par ailleurs, il est aussi possible de relier le cylindre 4 à la tringlerie de direction 3 (= petite masse m) et la tige de piston 7 à la carrosserie 2 (= grande masse M). En outre, les deux chambres 4 ' et 4 " avec la charge de gaz sous pression 8 peuvent aussi être disposées d'un même côté du piston 5, une séparation solidaire du cylindre et munie du ou des canaux 6 étant alors disposée entre les chambres 4 ' et 4 ". En résumé, on peut constater que l'amortisseur 1 selon l'invention travaille de manière sélective en fréquence prononcée, par le fait que l'élément dont il faut amortir les mouvements, à savoir le système de direction 3 dans l'exemple représenté, ne peut transférer une grande quantité d'énergie de déplacement sur l'amortisseur 1 qu'en présence de mouvements ou encore d'oscillations qui se trouvent à l'intérieur d'une bande de fréquences prédéterminée par la construc- tion ou encore le dimensionnement de l'amortisseur 1, et stimuler ainsi en oscillations le piston 5 ainsi que le liquide hydraulique dans le ou les canaux 6, l'énergie des oscillations stimulées étant alors "anéantie" (c'est-à-dire transformée en chaleur et évacuée vers l'extérieur) par dissipation d'énergie, c'est-à-dire par tourbillonne- ment aux entrées et sorties des canaux ainsi que par friction du li- quide hydraulique dans le ou les canaux 6. En réglant de manière adéquate l'amortisseur 1, il n'est donc efficace que pour les états critiques de mouvements ou encore d'oscillations du système de direction 3 ou encore de l'élément dont il faut amortir les mouvements; ailleurs, l'influence de l'amortisseur 1 est plus ou moins négligeable. il REVENDICATIONS 1 Amortisseur hydraulique, avec un dispositif de refoulement hydraulique, réalisé de préférence sous la forme d'un ensemble cylindre-piston, qui peut être intercalé entre un élément dont il faut amortir les mouvements et un élément fixe relativement, et qui présente, dans son carter, deux chambres mutuellement reliées avec étranglement par au moins un canal, entre lesquelles un liquide hydraulique est échangé par l'intermédiaire du canal lors de la translation d'un élément refouleur, c a r a c t é r i S é en ce que l'élément refouleur ( 5) ou le carter ( 4) est relié de manière oscillatoire à l'élément ( 3) à amortir par l'intermédiaire d'un moyen de suspension élastique ( 9) disposé en sé- rie, la constante de ressort du moyen de suspension ( 9), la masse de l'élément ( 5) de l'amortisseur ( 1) qui est relié au moyen de suspen- sion, la masse du liquide hydraulique qui est déplacé lors des mouve- ments relatifs entre l'élément refouleur ( 5) et le carter ( 4), ainsi que le rapport entre la section du ou des canaux ( 6) et la section ef- ficace de l'élément refouleur ( 5), étant dimensionnés de telle sorte que la fréquence de résonance des oscillations de ces masses par rap- port à l'élément fixe ( 4) de l'amortisseur ( 1) se trouve à proximité de la plage de fréquences des oscillations indésirables de l'élément ( 3) à amortir, et en ce que le ou les canaux ( 6) présentent une résis- tance d'étranglement qui augmente fortement avec la vitesse d'écoulement, voire de manière surproportionnelle. 2 Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston ( 5) est disposé en série avec le moyen de suspension ( 9). 3 Amortisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des chambres ( 4 ',4 ") remplies de liquide hydraulique sont dispo- sées de part et d'autre du piston ( 5) et sont mutuellement reliées par l'intermédiaire d'au moins un canal ( 6) constituant un dispositif d'étranglement. 4 Amortisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le canal ( 6) ou les canaux ( 6) sont disposés dans le piston ( 5). Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un élément de tringlerie ( 3) d'un système de di- rection d'un véhicule automobile est relié, par l'intermédiaire du moyen de suspension ( 9), à l'un ( 5) des éléments de l'amortisseur, et la carrosserie ou encore le châssis ( 2) du véhicule est relié à l'autre élément ( 4) de l'amortisseur.