Brevet FR2664007A1 — publié le 19920103

La présente invention est relative à un amortisseur hydraulique pour véhicule automobile et, plus particulièrement, à un tel amortisseur comprenant des moyens permettant de piloter l'amortissement obtenu suivant des lois prédéterminées. Un amortisseur hydraulique comprend classiquement un cylindre de travail et un piston solidaire d'une tige qui déborde d'une extrémité du cylindre. Le piston divise le cylindre en deux chambres remplies d'un liquide d'amortissement. Le piston et le cylindre sont solidaires respectivement du châssis d'un véhicule automobile et d'un support d'une roue de ce véhicule. Des clapets sont incorporés au piston et au fond du cylindre pour mettre sélectivement des chambres du cylindre en communication entre elles et avec un réservoir de liquide d'amortissement extérieur, disposé généralement concentriquement au cylindre de travail, l'amortisseur prenant alors une structure "bi-tube". Lorsque le véhicule roule, les accidents de la surface de la route appliquent alors à chaque roue des efforts qui sont transmis à l'amortisseur et qui soumettent le liquide d'amortissement à des efforts de compression suivis d'efforts de détente. Des tarages appropriés des clapets montés dans le piston et dans le fond du cylindre permettent de régler le taux d'absorption de ces efforts par l'amortisseur, suivant une loi d'amortissement prédéterminée, mais figée. Pour permettre d'adapter la souplesse (ou "fermeté") de la suspension du véhicule, d'une part à certaines caractéristiques des accidents de la surface de la route rencontrés par une roue et, d'autre part, à la souplesse souhaitée par le conducteur, correspondant par exemple à une conduite "sportive" ou "confortable", on connaît des amortisseurs perfectionnés par l'addition d'une électrovanne permettant de commander le débit ou la perte de charge du liquide d'amortissement qui passe d'une chambre du cylindre dans le réservoir, ou inversement, ou d'une chambre dans l'autre, en conjonction avec les déplacements de liquide autorisés par les clapets mentionnés ci-dessus.On peut alors régler, à l'aide d'un calculateur électronique commandant l'électrovanne, la souplesse de la suspension en fonction de divers paramètres, effort sur le piston, vitesse du piston, accélération verticale de la caisse du véhicule, vitesse du véhicule, etc... de manière à absorber au mieux les mouvements de la caisse du véhicule en fonction des accidents de la surface de la route rencontrés par une roue du véhicule et/ou du type de souplesse de suspension sélectionnée par le conducteur. On connaît du document FR-A-2 588 343 un tel amortisseur dans lequel l'électrovanne déborde latéralement du cylindre de travail, cet amortisseur manquant ainsi de compacité. Dans d'autres structures d'amortisseurs connus, l'électrovanne est intégrée au piston, à la tige du piston ou au fond du cylindre de travail et ces structures ne présentent donc pas cet inconvénient. Par contre elles exigent des modifications profondes des organes classiques de l'amortisseur, qui sont de mises en oeuvre coûteuse. Ces modifications peuvent en outre affecter la résistance mécanique de l'amortisseur ce qui, par contre- coup, oblige à renforcer les organes modifiés. Ainsi par exemple, lorsque l'électrovanne est incorporée à la tige du piston, il est nécessaire de renforcer le diamètre de celle-ci pour compenser l'évidement creusé pour loger l'électrovanne.En outre, ce diamètre accru diminue le volume utile de la chambre du cylindre qui est traversé par la tige du piston. La présente invention a donc pour but de réaliser un amortisseur hydraulique piloté du type décrit ci-dessus, qui ne présente pas les inconvénients des amortisseurs pilotés connus, à électrovanne intégrée. En particulier, la présente invention a pour but de réaliser un amortisseur hydraulique à électrovanne de pilotage intégrée qui soit de structure compacte, qui n'exige pas de modifications des organes essentiels d'un amortisseur classique et qui peut donc être facilement assemblé en utilisant la plupart des organes et pièces d'un tel amortisseur. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel amortisseur dans lequel l'intégration d'une électrovanne de pilotage ne diminue pas sensiblement la course utile du piston dans le cylindre de travail. La présente invention a encore pour but de réaliser un tel amortisseur équipé d'une électrovanne insensible aux accélérations subies par les organes qui le composent. La présente invention a également pour but de réaliser un tel amortisseur équipé d'une électrovanne à temps de réponse très court et assurant un réglage de grande dynamique du débit piloté. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, avec un amortisseur hydraulique piloté pour véhicule automobile, du type qui comprend un cylindre de travail, un piston muni d'une tige coaxiale au cylindre et délimitant dans celui-ci deux chambres remplies d'un liquide d'amortissement, des moyens de passage du liquide entre une des chambres et un réservoir extérieur et des moyens de réglage de la perte de charge du liquide dans ce passage, caractérisé en ce que lesdits moyens de passage et de réglage sont agencés dans un embout traversé par la tige solidaire du piston et fermant ladite chambre à une extrémité du cylindre de travail, dans un espace annulaire situé entre la tige du piston et une enveloppe extérieure de l'amortisseur. Grâce à cet agencement de l'électrovanne dans un embout de l'amortisseur, la présence de cette électrovanne n'accroît pas l'encombrement de l'amortisseur. En outre cette électrovanne ne modifie que l'embout et on peut donc conserver, pour constituer l'amortisseur suivant l'invention, toutes les autres pièces d'un amortisseur classique. La course utile du piston n'est pas sensiblement réduite par la présence de l'électrovanne, l'embout incorporant cette électrovanne ne dépassant que de très peu la longueur d'un embout non muni d'électrovanne. Suivant une caractéristique essentielle de l'amortisseur selon l'invention, les moyens de réglage sont constitués par une électrovanne rotative comprenant un rotor en matériau magnétique mobile autour de l'axe de la tige du piston, un stator formant partie d'un circuit magnétique passant par au moins un entrefer situé entre ce stator et ce rotor et orienté de manière que des forces électromagnétiques présentant une composante tangentielle puissent s'y développer, des moyens solidaires du rotor pour étrangler sélectivement les moyens de passage du liquide et une bobine électrique pour faire circuler un flux magnétique dans le circuit magnétique de manière à commander sélectivement la rotation du rotor contre l'action d'un ressort de rappel de ce rotor, et donc l'étranglement des moyens de passage. L'électrovanne rotative ainsi constituée est particulièrement appropriée à une installation dans un espace annulaire tel que celui délimité par la tige du piston d'une part, l'enveloppe de l'amortisseur d'autre part. Suivant une autre caractéristique de l'amortisseur selon l'invention, le rotor et le stator définissent plusieurs entrefers distribués régulièrement et circulairement autour de l'axe de la tige du piston, chaque entrefer étant défini par une face d'un pôle magnétique débordant du rotor et par une face en regard d'une dent correspondante formée sur le stator, une butée en matériau non magnétique étant fixée dans le stator pour définir la position de repos du rotor, chargé contre cette butée par le ressort de rappel. Une telle électrovanne comprend ainsi un circuit magnétique à entrefer variable classique, dans lequel l'entrefer tend à se fermer pour autoriser le passage d'un flux magnétique maximum dans cet entrefer. L'électrovanne peut ainsi, avec un temps de réponse très court, assurer une grande variation de débit du liquide circulant dans les moyens de passage par des rotations d'amplitude faible. Elle est insensible aux accélérations subies par les pièces de l'amortisseur parallèlement à l'axe de celui-ci du fait que le rotor tourne dans un plan perpendiculaire à cet axe. Cette insensibilité est précieuse dans une suspension de véhicule automobile, qui est soumise à de fortes accélérations verticales lorsqu'une roue passe sur un obstacle. D'autres caractéristiques et avantages de l'amortisseur suivant l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un amortisseur équipé d'une électrovanne de pilotage suivant l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe axiale de cette électrovanne, faisant apparaître les diverses pièces qui la composent, - la figure 3 est un vue en coupe transversale de l'électrovanne de la figure 2, prise suivant le trait de coupe III-III de la figure 2, et - la figure 4 est une vue en coupe transversale de l'électrovanne de la figure 2, prise suivant le trait de coupe IV-IV de cette figure. On a représenté à la figure I un amortisseur suivant l'invention du type "bi-tube", qui comprend classiquement un piston 1 solidaire d'une tige 2 et susceptible de coulisser dans un cylindre de travail 3. La tige 2 est connectée à sa partie supérieure au châssis (non représenté) d'un véhicule automobile alors que le cylindre 3 est connecté par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 4, à un support (non représenté) d'une roue de ce véhicule. Un ressort de suspension 5 est installé coaxialement sur l'amortisseur, entre un appui 6 solidaire de celui-ci et le châssis du véhicule. Le piston 1 divise le cylindre en deux chambres 7 et 8, supérieure et inférieure respectivement, du point de vue de la figure 1. Une enveloppe 9 concentrique au cylindre 3 définit autour de celui-ci un réservoir 10 pour un liquide d'amortissement. Celui-ci remplit les chambres 7 et 8.La chambre 8 communique avec le réservoir grâce à un clapet antiretour 11 placé dans le fond de cette chambre pour permettre le remplissage de la chambre 8 à partir du réservoir 10, suivant le sens de la flèche A, en phase de détente (le piston remontant alors, du point de vue de la figure 1). Un clapet 13 fortement taré prévu dans le piston 1 fait alors aussi communiquer les chambres 7 et 8 pendant une telle phase de détente, pour permettre une circulation du liquide suivant la flèche C représentée à gauche de l'axe de l'amortisseur sur la figure 1. Les flèches B et D représentées à droite de cet axe correspondent à la circulation du liquide en phase de compression (le piston 1 descendant alors, du point de vue de la figure 1).Un clapet antiretour 14 est prévu dans le piston 1 pour permettre la mise en communication des chambres 7 et 8 en phase de compression et l'établissement d'une même pression dans ces deux chambres. Un clapet 11' fortement taré placé au fond de la chambre 8 permet une circulation du liquide suivant la flèche B en phase de compression. Toutes ces dispositions sont classiques et ne seront pas décrites plus avant. Suivant la présente invention, l'amortisseur comprend des moyens supplémentaires de passage du liquide d'amortissement, de la chambre 7 au réservoir 10, dans le sens des flèches 15 représentées à la figure 1 et des moyens de réglage du débit de liquide dans ce passage, ces moyens de passage et de réglage étant installés dans un embout 16 fermant le cylindre de travail à sa partie supérieure et délimitant une extrémité du réservoir 10 adjacente à l'extrémité de la chambre 7 qui communique avec les moyens de passage. Ces moyens sont représentés en plus de détail aux figures 2 à 4. Sur la figure 2, il apparaît qu'une bague 17 percée de trous axiaux 18 et 19 débouchant respectivement dans la chambre 7 et dans le réservoir 10, définit les moyens de passage du liquide d'amortissement entre cette chambre et le réservoir, suivant le sens des flèches 15.Les moyens de réglage sont constitués par un tiroir hydraulique circulaire 20 monté rotatif autour de la tige 2 du piston 1 et muni d'une série d'obturateurs 21, 21', 21", 21''' circulairement et régulièrement distribués pour obturer progressivement une série de trous 22 percés radialement dans une virole 23 pour faire communiquer les trous axiaux 18 et 19. Ainsi, suivant la position angulaire du tiroir 20, le passage entre les trous 18 et 19 associés est-il plus ou moins obstrué par l'obturateur 21, 21', 21", 21''' associé du tiroir 20. On remarquera que le passage de liquide ainsi défini, suivant les flèches 15, est en parallèle sur celui établi par les clapets 13 et 11' installés dans le piston 1 et le fond de la chambre 8. Ces clapets ont pour but, en l'absence de commande de l'électrovanne (ou en cas de panne de celle-ci) d'assurer un fonctionnement "dur" de l'amortisseur en autorisant une circulation de liquide suivant les flèches B (en compression) ou C (en détente), circulation avec forte perte de charge. On va maintenant décrire en détail les moyens qui servent à faire tourner le tiroir 20 pour régler le débit ou la perte de charge du liquide circulant entre la chambre 7 et le réservoir 10, par les moyens de passage constitués par les séries de trous 18, 22 et 19. Ces moyens de passage et de réglage s incorporent à une électrovanne rotative comprenant une bobine électrique 24 et un circuit magnétique défini par une carcasse 25, un stator 26 annulaire accolé à cette carcasse et un rotor 27 passé avec jeu sur la tige 2 du piston 1. La carcasse 25 enveloppe la bobine et le circuit magnétique se ferme par une série d'entrefers définis entre le stator 26 et le rotor 27. Ces organes sont réalisés classiquement en un ou plusieurs matériaux à faible réluctance électromagnétique, les entrefers introduisant dans le circuit une section de forte réluctance, proportionnelle à leur largeur.On notera incidemment que la carcasse 25 est conformée pour coopérer avec une bague 35 à joint d'étanchéité et un couvercle 36, de manière à fermer l'embout 16. Comme représenté sur la vue en coupe transversale de la figure 3, le rotor 27 prend la forme d'une bague de laquelle débordent, par exemple, quatre pôles 28, 28', 28", 28''' régulièrement distribués. Des dents correspondantes 29, 29', 29", 29''' sont formées sur la surface interne du stator 26, de manière à définir, avec les pôles, des entrefers 30, 30', 30", 30t r E qui s'étendent radialement, par rapport à l'axe de rotation du rotor. Un ressort 31 charge la dent 28 du rotor 27, dans le sens des aiguilles d'une montre, contre une butée 32 en un matériau amagnétique. Lorsque la bobine n'est pas alimentée par une source d'énergie électrique, les entrefers 30, 30', 30", 30''' présentent ainsi une largeur maximale. Lorsqu'on alimente la bobine, le flux magnétique traversant le circuit magnétique passe dans les entrefers en provoquant une attraction des pôles du rotor par les dents du stator, et donc une rotation du rotor dans le sens de la flèche F, contre l'action du ressort 31. On notera que, suivant une caractéristique essentielle de l'électrovanne selon l'invention, c'est l'orientation radiale des entrefers qui permet le développement de forces d'attraction entre les faces en regard des entrefers, qui comprennent au moins une composante tangentielle permettant de faire tourner le rotor. Comme représenté sur la figure 2, le rotor 27 est monté sur la bague intérieure d'un palier à roulement 33 dont la bague extérieure est logée dans la virole 23. Le tiroir hydraulique circulaire 20 est monté sur le rotor 27 et rendu solidaire de celui-ci et de la bague intérieure du palier 33 par un écrou 34 qui le serre contre cette bague. Ainsi, une rotation du rotor 27, commandée par une alimentation électrique convenable de la bobine 24, par exemple à l'aide d'une source d'énergie électrique à + 12 volts telle que la batterie d'un véhicule automobile, permet de faire tourner le tiroir 20 solidaire de ce rotor d'un angle commandé par l'excitation de la bobine, qui ouvre les passages de liquide 18, 22, 19, entre la chambre 7 et le réservoir 10, en écartant les obturateurs 21, 21', 21", 21''' de la position représentée à la figure 4, par une rotation dans le sens de la flèche F. Dès que cesse l'excitation de la bobine, le ressort de rappel 31 ramène le pôle 28 du rotor 27 contre la butée 32 dans la position de repos représentée à la figure 3, cette rotation replaçant du même coup le tiroir 20 solidaire du rotor dans la position représentée à la figure 4 où les obturateurs 21, 21', 21", 21''' rebouchent la série de trous radiaux 22. On a ainsi constitué un amortisseur du type "bitube" muni d'une électrovanne rotative permettant de commander l'amortissement obtenu suivant une ou plusieurs lois prédéterminées, en fonction de divers paramètres telle que la pression du liquide dans l'amortisseur, la vitesse ou l'accélération verticale du piston, la vitesse du véhicule, l'angle de braquage des roues, etc... tant en phase de compression qu'en phase de détente. On notera qu'en réglant de manière appropriée le courant d'excitation de la bobine 24, on peut faire varier l'angle de rotation du tiroir 20 et donc la perte de charge dans les passages 18, 22, 19. On peut donc ainsi établir une commande continue du débit de liquide dans le passage.On pourrait aussi, bien entendu, assurer une commande en "tout-ou-rien" du débit, avec modulation du rapport cyclique de la commutation, sans sortir du cadre de la présente invention. Il apparaît maintenant que l'amortisseur suivant l'invention présente bien les avantages annoncés. En particulier, l'électrovanne rotative incorporée à cet amortisseur est de structure annulaire compacte qui se prête à une installation dans l'enveloppe 9 de l'amortisseur, autour de la tige 2 du piston, à la place d'un embout fermant normalement le "bi-tube" 3, 9. La course du piston 1 n'en est pas sensiblement réduite du fait que l'embout à électrovanne rotative incorporée suivant l'invention présente une longueur supérieure d'environ 20 mm seulement à celle d'un embout classique, dans un exemple de réalisation de l'invention. L'intégration de l'électrovanne à l'embout permet de conserver sans modification tous les autres organes essentiels de l'amortisseur, en particulier le bi-tube et le piston et les clapets. C'est là une solution économique en particulier si on compare à cette structure à celle de certains amortisseurs où l'électrovanne est intégrée à la tige du piston, solution qui a en outre l'inconvénient d'affaiblir celle-ci. La conception rotative de l'électrovanne permet d'obtenir une grande variation de débit pour une course angulaire faible, d'où une grande dynamique de la loi de réglage. Le rotor tournant autour de l'axe du piston, sa rotation n'est pas influencée par les fortes accélérations axiales subies par l'amortisseur dans un véhicule qui circule sur une route dont la surface est accidentée. Cette électrovanne faisant usage d'un circuit magnétique à réluctance variable présentant des faces polaires plates, présente la même rapidité élevée que les électroaimants de même conception, et donc un faible temps de réponse. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Ainsi on pourrait simplifier le mode de réalisation décrit en supprimant les clapets 13 et 11' et en bouchant les passages (B et C) qu'ils commandent. Le fonctionnement de l'amortisseur dépend alors entièrement du débit de liquide réglé par l'électrovanne, suivant les flèches 15. Cependant, une panne éventuelle de celle-ci supprimerait complètement ce débit et bloquerait l'amortisseur, la roue associée étant alors privée de suspension. Il apparaît que le mode de réalisation décrit et représenté présente un fonctionnement plus satisfaisant en ce qu'il ne supprime pas la fonction "suspension" en mode de fonctionnement "dégradé". REVENDICATIONS 1. Amortisseur hydraulique piloté pour véhicule automobile, du type qui comprend un cylindre de travail (3), un piston (1) muni d'une tige coaxiale (2) au cylindre et délimitant dans celui-ci deux chambres (7, 8) remplies d'un liquide d'amortissement, des moyens de passage du liquide entre une des chambres (7) et un réservoir extérieur (10) et des moyens de réglage de la perte de charge du liquide dans ce passage, caractérisé en ce que lesdits moyens de passage (18, 22, 19) et de réglage (20), sont agencés dans un embout (16) traversé par la tige (2) solidaire du piston (1) et fermant ladite chambre à une extrémité du cylindre de travail (3), dans un espace annulaire situé entre la tige du piston et une enveloppe extérieure (9) de l'amortisseur. 2. Amortisseur conforme à la revendication 1, dans lequel l'enveloppe extérieure (9) définit un réservoir annulaire (10) autour du cylindre de travail (3), caractérisé en ce que l'embout délimite une extrémité de ce réservoir (10) au niveau d'une extrémité adjacente du cylindre de travail (3), les moyens de passage (18, 22, 19) du liquide d'amortissement étant installés entre ces deux extrémités. 3. Amortisseur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage sont constitués par une électrovanne rotative comprenant un rotor (27) en matériau magnétique mobile autour de 1 ' axe de la tige du piston, un stator (26) formant partie d'un circuit magnétique passant par au moins un entrefer (30, 30', 30", 30''') situé entre ce stator (26) et ce rotor (27) et orienté de manière que des forces électromagnétiques présentant une composante tangentielle puissent s'y développer, des moyens (21, 21', 21", 21"') solidaires du rotor (27) pour étrangler sélectivement les moyens de passage (18, 22, 19) du liquide et une bobine électrique (24) pour faire circuler un flux magnétique dans le circuit magnétique de manière à commander sélectivement la rotation du rotor (27) contre l'action d'un ressort de rappel (31) de ce rotor vers une position de repos, et donc l'étranglement des moyens de passage. 4. Amortisseur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le rotor et le stator définissent plusieurs entrefers (30, 30', 30", 30''') distribués régulièrement et circulairement autour de l'axe de la tige (2) du piston (1), chaque entrefer étant défini par une face d'un pôle magnétique (28, 28', 28", 28''') débordant du rotor (27) et par une face en regard d'une dent (29, 29', 29", 29''') correspondante formée sur le stator (26), une butée (32) en matériau non magnétique étant fixée dans le stator pour définir la position de repos du rotor, chargé par le ressort de rappel (31). 5. Amortisseur conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le rotor (27) est monté serré sur la bague intérieure d'un palier à roulement (33) dont la bague extérieure est solidaire d'une virole (23) serrée contre la paroi interne de l'enveloppe (9), le rotor (27) étant passé avec jeu sur la tige du piston. 6. Amortisseur conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens pour étrangler les moyens de passage sont constitués par un tiroir hydraulique rotatif circulaire (20) fixé sur le rotor (27), ce tiroir hydraulique comprenant au moins un obturateur (21, 21', 21", 21''') glissant sur l'ouverture d'un trou radial (22) formant partie des moyens de passage, pour obturer sélectivement et progressivement cette ouverture en fonction de l'angle de rotation du rotor. 7. Amortisseur conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le tiroir rotatif (20) comprend plusieurs obturateurs (21, 21', 22", 21"') circulairement distribués pour coopérer avec autant d'ouvertures de trous radiaux (22) formant partie des moyens de passage. 8. Amortisseur conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la bobine (24) de ltélectrovanne est logée dans une carcasse (25) annulaire en matériau magnétique, cette carcasse constituant, avec une bague (35) à joint d'étanchéité et un couvercle (36) fixé sur l'enveloppe (9) du cylindre de travail, l'extrémité de l'embout qui ferme ce cylindre.