Brevet FR2744190A1 — publié le 19970801

Perfectionnements aux dispositifs antivibratoires hydrau- liques. L'invention est relative aux dispositifs an- tivibratoires hydrauliques destinés à être interposés aux fins d'amortissement et de liaison, voire de support, entre deux éléments rigides faisant partie respectivement de la caisse ou châssis d'un véhicule et du moteur de ce véhicule. Elle concerne plus particulièrement, parmi ces dispositifs, ceux qui comprennent: - une armature rigide solidarisable avec l'élé- ment rigide de la caisse et comportant une portée annulai- re, - une tête rigide solidarisable avec l'autre élément rigide, - une paroi annulaire en élastomère évasée vers le bas, de préférence tronconique, offrant une bonne résistance à la compression axiale et reliant de façon étanche la portée annulaire à la tête, - une membrane flexible étanche portée par l'armature et définissant avec elle, avec la paroi et avec la tête une enceinte étanche, - une cloison rigide et étanche portée par l'armature et divisant l'enceinte en une chambre de travail, du côté de la paroi et une chambre de compensa- tion, du côté de la membrane, - un passage étranglé faisant communiquer en permanence les deux chambres entre elles, - une masse de liquide remplissant les deux chambres et le passage étranglé, - un piston rigide délimitant en partie la chambre de travail et monté sur l'armature de façon à pouvoir se déplacer avec une amplitude de débattement limitée par rapport à cette armature, - un organe excitateur électrique du piston monté sur ladite armature, - et un circuit électronique connectable à une source de courant électrique et propre à commander l'organe excitateur de façon à appliquer sur le piston des forces alternatives tendant à atténuer les vibrations de ce piston. Comme on le sait, avec un tel dispositif: - les oscillations de relativement grande amplitude (savoir supérieure à 0,5 mm) et de relativement basse fréquence (savoir de l'ordre de 5 à 15 Hz) telles que celles dues au "hachis" engendré sur le véhicule par les cahots de la route ont pour effet de refouler le liquide de l'une des deux chambres dans l'autre et inversement à travers le passage étranglé, avec mise en résonance de la masse liquide ainsi refoulée lorsque la fréquence desdites oscillations atteint une valeur prédéterminée qui est fonction du rapport entre la longueur axiale et la section droite du passage étranglé, cette mise en résonance assurant un excellent amortisse- ment des oscillations concernées, - les vibrations de relativement petite amplitude (inférieure à 0,5 mm) et de relativement haute fréquence (généralement comprise entre 20 et 200 Hz), telles que celles dues au fonctionnement du moteur se traduisent par des vibrations "naturelles" du piston susceptibles d'atténuer ou filtrer la transmission des vibrations en cause, - l'applicationdesforcesélectriquesd'atténua- tion sur le piston est effectuée de façon telle que ces forces font subir à ce piston des "contre-vibrations" artificielles déphasées par rapport à ses vibrations naturelles et tendant à annuler ces dernières en sup- primant en définitive toute vibration au niveau de l'armature: cet effet atténuateur ou filtrant des vibrations est parfois désigné sous l'appellation "atté- nuation active". De tels dispositifs "actifs" ont par exemple été décrits dans les documents EP-0 440 536 et EP-0 561 703. Ces dispositifs permettent d'atteindre, pour la caisse du véhicule, un degré d'isolation qui ne peut pas être obtenu avec les dispositifs passifs", c'est-à-dire dépourvus de moyens d'atténuation active. L'invention a pour but de proposer pour les dispositifs actifs du genre en question des constructions qui répondent encore mieux que jusqu'à ce jour aux diverses exigences de la pratique, notamment: - en rendant possible l'interchangeabilité des dispositifs actifs en question avec les dispositifs passifs classiques du fait de la réduction de hauteur des premiers, - en améliorant le fonctionnement de ces disposi- tifs actifs du fait du raccourcissement des connexions et de la meilleure protection des circuits de commande vis-à- vis des échauffements, - et en conduisant à un prix de revient diminué. A cet effet, les dispositifs antivibratoires actifs du genre en question selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce que leur armature rigide forme d'une part un double bac constituant les fonds, disposés côte à côte, de la chambre de travail et de la chambre de compensation et d'autre part un boîtier contenant côte à côte l'organe excitateur et son circuit électronique de commande. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - l'armature rigide est constituée par une plaque épaisse dont une face est évidée par le double bac et dont l'autre face, bordée par une cloison périphérique, délimite le boîtier avec cette cloison, - l'armature rigide est constituée en un alliage léger moulé et conçue de façon à pouvoir être directement boulonnée sur la caisse du véhicule, - le passage étranglé est délimité par une rigole qui est évidée dans les bords épais des bacs et qui est fermée par une rondelle constituant la périphérie d'une plaquette perforée, - les bords des bacs sont revêtus par une feuille métallique perforée emboutie sur laquelle sont adhéres des bords de la paroi épaisse et de la membrane, - le dispositif antivibratoire comprend, immergée dans la chambre de travail, une capsule formant poche d'air, de préférence mise à l'air libre, délimitée par la portion centrale pleine d'une plaquette perforée, par le piston, alors disposé entre cette portion et l'excitateur et par un joint annulaire étanche et souple reliant le pourtour du piston à ladite portion. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non limita- tive. Les figures 1 et 2, de ces dessins, montrent respectivement en coupe verticale selon I-I, figure 2 et en coupe verticale selon II-II, figure 1, un support antivibratoire hydraulique établi selon l'invention. Les figures 3 et 4 sont respectivement une vue du dessus et une vue du dessous du boîtier nu constitutif dudit dispositif. La figure 5 est une coupe transversale partielle du dispositif en question selon V-V, figure 1. L'orientation qui a été adoptée pour le support sur les dessins sera retenue pour la description ci-après à un titre bien entendu non limitatif: en d'autres termes, ce support pourrait également être considéré, sans sortir du cadre de la présente invention, avec toute orientation désirable autre que celle illustrée, par exemple avec une orientation inclinée de 45 ou de 90 , ou même renversée par rapport à celle-ci, les termes "haut, bas..." devant alors être rectifiés en conséquence. Ceci étant, le support considéré comprend: - une tête rigide 1 constituée par une pastille centrale prolongée vers le haut par un goujon de fixation 2 d'axe X en attente, - une armature rigide 3 sur laquelle on reviendra plus loin, armature comprenant en particulier une portée annulaire 4 d'axe X, - une paroi tronconique épaisse en caoutchouc 5 d'axe X évasée vers le bas et présentant une bonne résistance à la compression axiale de façon à jouer un rôle de "support", ladite paroi reliant de façon étanche la tête 1 à la portée 4, - un soufflet ou membrane étanche 6 relié de façon étanche à une seconde portée annulaire rigide 7 comprise par l'armature 3, soufflet constituant avec ladite armature et avec la paroi 5 une enceinte fermée, - une cloison rigide 8 faisant partie de l'arma- ture et divisant ladite enceinte en deux chambres, savoir une chambre de travail A du côté de la paroi 5 et une chambre de compensation B du côté du soufflet 7, - un passage étranglé 9 reliant les deux chambres A et B entre elles, - et une masse de liquide remplissant les deux chambres et le passage étranglé. La tête rigide 1 est destinée à supporter un moteur à combustion interne 10 de véhicule alors que l'armature rigide 3 est destinée à être montée sur le châssis 11 de ce véhicule. Comme il est connu, les oscillations de relative- ment basse fréquence et grande amplitude appliquées entre l'armature 3 et la tête 1 se traduisent par un refoulement alternatif à la même fréquence du liquide de l'un des deux compartiments A et B dans l'autre et inversement à travers le passage 9 et la colonne de liquide oscillante contenue dans ce passage est le siège d'un phénomène de résonance lorsque ladite fréquence atteint une valeur prédéterminée qui dépend des cotes dudit passage, ce phénomène ayant pour effet d'amortir la transmission des oscillations d'origine entre la tête et l'armature. D'une façon également connue en soi, le support considéré comprend en outre un piston 12 dont une face baigne dans la chambre de travail A, piston solidarisé avec l'organe mobile 13 d'un excitateur ou actionneur électrique 14. Cet excitateur est agencé de façon à exercer sur le piston 12 une "atténuation active" au sens défini ci- dessus et comprend à cet effet: - un plateau ferromagnétique 15, de préférence feuilleté, solidaire de l'organe mobile 13, ici constitué par une tige d'axe X, - au moins une bobine électrique 16 reliée à un circuit d'excitation électronique 17 et montée dans une carcasse 18 solidaire de l'armature 3 de façon à créer un circuit magnétique se refermant à travers le plateau 15 et des entrefers e de faible épaisseur, - et une bague d'étanchéité 19 interposée entre la tige 13 et un orifice approprié 41 de l'armature pour rendre possibles les déplacements axiaux de ladite tige tout en isolant du liquide l'élément ferromagnétique 15. Le piston 12 est monté à l'extrémité supérieure de la tige 13 et, conformément à ce qui a été décrit et illustré dans le second des deux documents EP cités ci- dessus, la face, de ce piston, qui est en contact avec le liquide de la chambre de travail A est ici sa face inférieure. Comme expliqué dans ledit document, ce montage permet d'additionner la force d'inertie du piston à la force exercée par la pression hydraulique sur ce piston au lieu de venir en déduction de cette dernière, ce qui supprime la possibilité d'obtenir un zéro d'efficacité de l'atténuation active pour l'une des valeurs de la fré- quence des oscillations imposées au piston. A cet effet, on établit au sein de la chambre de travail A une capsule formant poche d'air délimitée inférieurement par le piston 12 et supérieurement par une paroi transversale rigide 20, solidarisée avec l'armature 3, le pourtour du piston étant connecté à cette paroi par un anneau souple et étanche 21. Cet anneau 21 pourrait être directement connecté à ladite paroi 201, mais, pour simplifier et renforcer le montage, on préfère le connecter à une bague rigide 22 elle-même montée sur trois pieds 23 faisant partie de l'armature 3 et répartis angulairement à 120 les uns des autres autour de l'axe X: les espaces réservés angulaire- ment entre ces trois pieds rendent possible la circulation du liquide entre le dessous du piston 12 et le reste de la chambre A. La bague 22 est elle-même appliquée jointivement, selon la direction axiale, contre le dessous de la paroi 201, laquelle constitue la portion centrale pleine d'une plaquette 20. Pour ce qui est de l'armature 3, on la constitue sous la forme d'un boîtier présentant l'allure générale d'un parallélépipède rectangle qui comprend dans sa portion supérieure un double bac formant les fonds, disposés côte à côte, des deux chambres de travail A et de compensation B et qui contient dans sa portion infé- rieure, côte à côte, l'actionneur 14 et le circuit électronique 17 de commande de celui-ci. Plus précisément, ledit boîtier ou armature 3 est constitué par une plaque horizontale 31 de forme rectangu- laire relativement épaisse dont la face supérieure est évidée par deux bacs voisins 24 et 25 définissant respec- tivement les fonds des deux chambres A et B et dont la face inférieure, bordée par un rebord vertical 32 relati- vement mince, constitue avec ce rebord le boitier de réception de la portion électro-mécanique du support. Le bord du bac 24 définit la portée annulaire 4 ci-dessus et c'est dans cette portée 4 qu'est évidée une rigole définissant l'essentiel du passage étranglé 9. Cette rigole est fermée supérieurement par une rondelle 203 constituant la périphérie de la plaquette 20. Dans le cas du dessin, la rigole définissant le passage étranglé 9 s'étend selon un arc de cercle de l'ordre de 320 autour de l'axe X et est terminé par deux raccords radiaux 91 et 92 dont le premier débouche dans le bac 24 et dont le second débouche dans le bac 25 après avoir traversé la cloison 8. Des perforations 202 évidées dans la plaquette entre sa paroi centrale pleine 201 et la rondelle périphé- rique 203 assurent la continuité de la chambre A de part et d'autre de ladite plaquette. Le bord du bac 25 définit quant à lui la portée annulaire 7. Cette portée 7 est avantageusement recouverte, ainsi que les autres surfaces, de l'armature 3, qui affleurent au même niveau qu'elle par une feuille métalli- que 26 ajourée et emboutie en conformité avec ces surfa- ces. L'ensemble en élastomère constitué par la paroi 5 et le soufflet 6 peut être moulé et vulcanisé en même temps sur cette feuille 26. Ladite feuille 26 est fixée sur l'armature 3 de toute manière désirable, par exemple par sertissage ou vissage. Il est à noter que la localisation côte à côte des deux chambres A et B présente les deux avantages sui- vants: - étalement horizontal du support, dont la hauteur hors tout est alors fortement réduite, ce qui permet de superposer à la fois la chambre de travail A et l'actionneur 14 dans en encombrement vertical total ne dépassant pas celui d'un support passif du même type, - possibilité de fabriquer simultanément et facilement les composants en élastomère des deux chambres A et B, ce qui n'aurait pas été possible avec une locali- sation de la chambre de compensation B au-dessous de la chambre de travail A, ou même avec une construction de la chambre B entourant l'actionneur. L'armature 3 est avantageusement constituée par moulage d'un matériau présentant une bonne conductibilité thermique, notamment d'un alliage léger. Comme bien visible encore sur les dessins, - la poche à air qui est réservée entre le-piston 12 et la paroi 20, est mise à l'air libre à travers un canal 27 évidé axialement dans la tige 13, - le plateau 15 en matériau ferromagnétique dans lequel sont engendrées les contre-vibrations est supporté et guidé par deux entretoises rectangulaires 28 que traversent des vis 29 servant à assembler les paquets de tôle constitutifs de la carcasse 18 sur l'armature 3, lesdites entretoises étant serrées entre ces paquets et reliées audit plateau par l'intermédiaire de plots en caoutchouc 30, - la liaison entre la portion supérieure de la paroi tronconique 5 et la tête 1 est effectuée par l'intermédiaire d'une coupelle métallique 31 et d'un plot en caoutchouc 32 contenu dans cette coupelle et évidé par une gorge circulaire 33: cette gorge constitue une coupure radiale qui confère au support une grande sou- plesse selon les directions radiales, ce qui filtre les vibrations susceptibles d'être transmises radialement de la tête 1 à l'armature 3, le circuit électronique 17 est relié à un connecteur 34 propre à recevoir une alimentation électri- que extérieure et comprend non seulement des fils 35 propres à alimenter les bobines 16, mais également des fils 36 propres à recueillir les informations données par un capteur (non représenté) des déplacements réels instantanés du plateau 15, - l'armature 3 est évidée par des alésages 37 propres à livrer passage à des boulons de fixation de celleci sur une portée rigide appropriée de la caisse 11 du véhicule, - sur la figure 4 on voit les alésages filetés 38 de réception des vis 29, évidés dans des épaulements 39 qui longent et renforcent les rebords 32, - un socle 40 est rapporté sous la portion inférieure de l'armature 3 formant boîtier pour la fermer inférieurement. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un support antivibratoire hydraulique de type actif dont la constitu- tion et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède. Ce support présente par rapport à ceux antérieu- rement connus un certain nombre d'avantages et en particu- lier les suivants: - comme la chambre de compensation B est disposée transversalement à côté de la chambre de travail A au lieu d'être disposée au-dessous de cette chambre, il est possible de donner à la dimension verticale hors tout du support une valeur identique, et non pas supérieure, à celle des supports comparables de type passif, ce qui permet de remplacer purement et simplement lesdits supports passifs antérieurs par les nouveaux supports actifs ici proposés sans qu'il soit nécessaire pour autant de modifier l'organisation générale de la caisse et/ou celle du moteur du véhicule, - comme le circuit électronique 17 se trouve contenu dans le même boîtier que l'actionneur 14 lui-même, il est inutile de prévoir des connections spéciales et relativement longues entre ce circuit et cet actionneur, connections exigeant le recours à des câblages, blindages et connecteurs particuliers susceptibles d'engendrer des parasites et dont l'exécution imparfaite risque de perturber le fonctionnement général, - la possibilité de monter directement le boitier-armature 3 sur la caisse 11 du moteur, liée à la constitution de cette pièce en un matériau bon conducteur thermique, permet d'évacuer facilement vers ladite caisse toutes les calories éventuellement présentes et dues notamment à la puissance dissipée par l'électronique ou à la proximité du moteur en cours de fonctionnement, ce qui évite un échauffement indésirable du circuit électro- nique et améliore sa longévité, - l'incorporation du circuit électronique et de l'actionneur dans un même boîtier permet d'éviter le recours à deux boîtiers indépendants, ainsi qu'au montage dédoublé de deux tels boîtiers sur la caisse du véhicule, ce qui conduit à une construction plus économique. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif antivibratoire hydraulique destiné à être interposé entre deux éléments rigides faisant partie respectivement de la caisse (11) d'un véhicule et du moteur (10) de ce véhicule, comprenant une armature rigide (3) solidarisable avec l'élément rigide de la caisse et comportant une portée annulaire (4), une tête rigide (1) solidarisable avec l'autre élément rigide, une paroi annulaire en élastomère (5) évasée vers le bas, de préférence tronconique, offrant une bonne résistance à la compression axiale et reliant de façon étanche la portée annulaire à la tête, une membrane flexible étanche (6) portée par l'armature et définissant avec elle, avec la paroi et avec la tête une enceinte étanche, une cloison rigide et étanche (8) portée par l'armature et divisant l'enceinte en une chambre de travail (A), du côté de la paroi et une chambre de compensation (B), du côté de la membrane, un passage étranglé (9) faisant communiquer en permanence les deux chambres entre elles, une masse de liquide remplissant les deux chambres et le passage étranglé, un piston rigide (12) délimitant en partie la chambre de travail et monté sur l'armature de façon à pouvoir se déplacer avec une amplitude de débattement limitée par rapport à cette armature, un organe excitateur électrique (14) dudit piston monté sur ladite armature, et un circuit électronique (17) connectable à une source de courant électrique et propre à commander l'organe excitateur de façon à appliquer sur le piston des forces alternatives tendant à atténuer les vibrations de ce piston, caractérisé en ce que l'armature rigide (3) forme d'une part un double bac constituant les fonds (24,25), disposés côte à côte, de la chambre de travail (A) et de la chambre de compensation (B) et d'autre part un boîtier contenant côte à côte l'organe excitateur (14) et son circuit électronique de commande (17). 2. Dispositif antivibratoire selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'armature rigide (3) est constituée par une plaque épaisse (31) dont une face est évidée par le double bac et dont l'autre face, bordée par une cloison périphérique (32), délimite le boîtier avec cette cloison. 3. Dispositif antivibratoire selon l'une quelcon- que des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'armature rigide (3) est constituée en un alliage léger moulé et conçue de façon à pouvoir être directement boulonnée sur la caisse (11) du véhicule. 4. Dispositif antivibratoire selon l'une quelcon- que des précédentes revendications, caractérisé en ce que le passage étranglé (9) est délimité par une rigole qui est évidée dans les bords épais des bacs (24,25) et qui est fermée par une rondelle (203) constituant la périphé- rie d'une plaquette perforée (20). 5. Dispositif antivibratoire selon l'une quelcon- que des précédentes revendications, caractérisé en ce que les bords des bacs (24,25) sont revêtus par une feuille métallique perforée emboutie (26) sur laquelle sont adhérés des bords de la paroi épaisse (5) et de la membrane (6). 6. Dispositif antivibratoire selon l'une quelcon- que des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il comprend, immergée dans la chambre de travail (A), une capsule formant poche d'air délimitée par la portion centrale pleine (201) d'une plaquette perforée (20), par le piston (12), alors disposé entre cette portion et l'excitateur (14) et par un joint annulaire étanche et souple (21) reliant le pourtour du piston à ladite portion. 7. Dispositif antivibratoire selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce que la capsule est mise à l'air libre.