Brevet FR2828542A3 — publié le 20030214

FR 2828542 A3 20030214 FR 0110874 A 20010813 AMORTISSEUR ELECTROMAGNETIQUE L'invention se rattache au secteur technique des amortisseurs et plus généralement des suspensions. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse qui ne saurait cependant être considérée comme rigoureusement limitative, pour les suspensions de véhicules automobiles. Il est notoirement connu d'utiliser, dans les suspensions, des ressorts hélicoïdaux ou des ressorts à boudins travaillant aussi bien par torsion que par flexion. Ces ressorts permettent de diminuer les vibrations haute fréquence. Par contre, dans le cadre d'une application à un véhicule automobile par exemple, si l'on utilise un ressort seul, il apparaît un phénomène bien connu en physique, à savoir la résonance, créant un effet de rebondissement qui se traduit par des débattements de l'habitacle par rapport à l'essieu. Pour limiter ce phénomène de rebondissement, on utilise également des amortisseurs. Plus généralement, on utilise des amortisseurs hydrauliques télescopiques constitués par un cylindre dans lequel coulisse un piston travaillant dans un liquide qui offre une résistance à ces mouvements. Les amortisseurs peuvent également utiliser du gaz susceptible de remplacer la fonction de ressort. Ces amortisseurs délivrent des efforts proportionnels à la vitesse de translation du piston pour freiner les mouvements de la suspension. Ces amortisseurs ne supportent pas le poids et la charge considérée, par exemple le véhicule. Il en résulte, d'une manière générale, que ce type d'amortisseur exploite le frottement, notamment le laminage d'huile dans des conduits de petite section. On observe également que l'effort nécessaire à un amortissement efficace, doit varier en fonction de la vitesse de déplacement par rapport au sol, dans le cadre d'un véhicule, du coefficient de raideur de la suspension, de la masse suspendue du véhicule ou autre,... Ces différents paramètres varient au cours du temps et ne sont pas pris en compte dans le cadre de suspensions classiques. En effet, les amortisseurs sont en règle générale calculés pour répondre à un compromis, par exemple tenue de route et confort dans le cas de véhicules, pour une valeur moyenne de tous les paramètres précédemment cités. En résumé, les amortisseurs qui fonctionnent par laminage d'huile présentent un coefficient d'amortissement constant et fournissent, par conséquent, des efforts trop importants dans certains cas et trop souples dans d'autres. Il peut en résulter, dans le cas d'un véhicule automobile, une perte de tenue de route et de confort lorsque l'on s'éloigne des sollicitations pour lesquelles l'amortisseur a été calculé. On observe également une dégradation des performances avec l'échauffement de l'huile, le coefficient d'amortissement diminuant en même temps que la viscosité. On a proposé également des systèmes de suspension active composés d'un circuit d'huile sous pression des électrovannes régulant la pression de l'huile dans le corps de l'amortisseur. On connaît également des amortisseurs possédant des trous de laminage à section variable. Il apparaît toutefois que le temps de réponse reste élevé et que les coefficients d'amortissement demeureront les mêmes sur une période considérée d'échantillonnage. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients, de manière simple, sûre, efficace et rationnelle. Le problème que se propose de résoudre l'invention est de pouvoir modifier très rapidement le coefficient d'amortissement de la suspension et d'appliquer simplement-l'effort nécessaire à un bon amortissement à l'instant t . Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif amortisseur, remarquable en ce qu'il est du type électromagnétique et comprend : 1 - une culasse en matériau magnétique avec un noyau axial recevant un bobinage alimenté par une source de courant électrique ; la culasse présente des agencements pour le montage d'une manière coaxiale au bobinage du noyau et avec capacité de coulissement guidé, d'un piston ; - le piston apparaît en débordement de l'un des côtés de la culasse ; - la culasse présente des agencements de fixation sur une partie fixe ou mobile ; - l'extrémité libre du piston présente des agencements de fixation sur une partie mobile ou fixe ; - le déplacement du piston, sous un effort de compression et/ou de détente fait varier la réluctance du circuit magnétique créant un effort opposé antagoniste proportionnel à la vitesse de translation du piston. Compte tenu de ces dispositions, il en résulte que les résultats obtenus font apparaître que les efforts augmentent avec la vitesse de translation. En effet, la translation du piston fait varier la réluctance du circuit magnétique, donc le flux traversant l'entrefer. Il apparaît un effort s'opposant à la cause qui a fait varier le flux, à savoir le mouvement qui génère des courants induits et des courants de Foucault. Ce phénomène physique est donc particulièrement intéressant pour une fonction d'amortissement, étant donné que -'1 es efforts ont un lien de proportionnalité avec la vitesse de translation du piston et des effets de dissipation dus aux courants induits. Selon d'autres caractéristiques, le dispositif est combiné avec un élément de suspension du type ressort par exemple. Il peut être assujetti à des moyens aptes à dissiper les calories obtenues par effet Joule. Dans une autre forme de réalisation avantageuse, la culasse est composée de deux flasques entretoisés et présentant, deux à deux, des agencements pour le montage du noyau central recevant le bobinage, l'un des flasques présentant des agencements pour le montage avec capacité de coulissement guidé et étanche du piston, d'une manière coaxiale audit noyau en créant un entrefer tandis que l'autre flasque présente des agencements aptes à faire office de butée au piston. Le flasque recevant en butée le piston présente coaxialement au noyau, un canal débouchant pour la circulation de l'air, en combinaison avec des moyens de filtration. Compte tenu des caractéristiques à la base de l'invention, le dispositif amortisseur peut être piloté éicctroniquement par différents moyens. Selon une autre forme de réalisation, il est asservi à un circuit électronique de commande comprenant : - un module apte à garder en mémoire un coefficient d'amortissement ; un micro contrôleur assujetti audit module mémoire ; - un module électronique de puissance agissant sur le circuit magnétique ; - un module de calcul du coefficient d'amortissement ; - des organes capteurs de position, de vitesse et d'accélération. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une forme de réalisation du dispositif ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 3-3 de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue à caractère purement schématique montrant un exemple d'application du dispositif à une suspension du véhicule automobile ; - la figure 5 est un schéma sous forme d'un grafcet montrant un exemple d'asservissement du dispositif amortisseur électromagnétique selon l'invention ; Selon une caractéristique à la base de l'invention, le dispositif amortisseur est du type électromagnétique et comprend une culasse (1). La culasse (l) est équipée coaxialement d'une bobine (2). Le noyau (2a) de la bobine (2) reçoit un bobinage (3) constitué par exemple par du fil de cuivre émaillé de section déterminée. Bien évidemment, le nombre de spires de la bobine (3), la section du fil, le nombre d'ampères tours dépendent des caractéristiques recherchées au niveau de l'amortissement. Le bobinage (3) 1 est alimenté, dans le cas d'une application du dispositif à la suspension de véhicules automobiles, par une batterie normalisée rechargée par l'alternateur existant (12 volts, 24 volts, 42 volts), sans pour cela exclure d'autres sources d'alimentation continue ou alternative. La culasse (1) présente des agencements pour le montage, avec capacité de coulissement. guidé, d'un piston (4), d'une manière coaxiale au noyau (2a) de la bobine (2). Le piston (4) apparaît en débordement de l'un des côtés seulement de la culasse (1). Un déplacement du piston (4) sous un effort de compression et/ou de détente, comme il sera indiqué dans la suite de la description, fait varier la réluctance du circuit magnétique créant un effort opposé antagoniste proportionnel à la vitesse de translation dudit piston, ou selon une loi d'amortissement dépendant des paramètres gérés par un circuit d'asservissement, comme il sera indiqué dans la suite de la description. Comme le montre notamment la figure 2, la culasse est composée de deux flasques (la) et (lb) entretoisés par tout moyen connu et approprié. Par exemple, les deux flasques (la) et (lb) sont entretoisés par des tirants (lc), ce qui permet un meilleur refroidissement. Bien évidemment, les tirants peuvent être remplacés par un tube d'épaisseur réduite assujetti à un système de refroidissement par liquide notamment. Les flasques (la) et (1 b) présentent deux à deux des agencements aptes à permettre le montage de la bobine (2). L'ensemble du circuit magnétique est donc constitué par la culasse (1) avec les flasques (la) et (lb), et les tirants (1c), le noyau (2a) de la bobine et le piston (4), ces différents éléments étant réalisés en tout matériau favorable à la conduction du champ magnétique. L'un des flasques (la) présente des agencements pour le montage avec capacité de coulissement guidé et étanche du piston (4), d'une manière coaxiale au noyau (2a) de la bobine (2), en créant un entrefer (e). L'autre flasque (lob) présente des agencements (5) aptes à faire office de butée au piston (4). Par exemple, pour le guidage du piston (4), au niveau notamment du flasque (la), il est possible d'utiliser des bandes de PTFE chargé, du type de celles couramment utilisées dans le domaine des'pistons pneumatiques et parfaitement connues pour un homme du métier. De même, pour éviter toutes éventuelles particules métalliques susceptibles de se coller sur le piston (4), en étant par conséquent susceptibles de nuire au bon fonctionnement, un joint cache-poussière (6) et disposé au niveau du nez du flasque (la). L'élément de butée arrière (5) peut être constitué par une butée mécanique sous forme par exemple d'une rondelle de silicone. L'alésage du noyau (2a) est en communication avec un trou débouchant (7) formé dans l'épaisseur de la bague (5) et du flasque (lob) afin de favoriser la circulation et l'échappement de l'air. Un système de filtration non représenté est monté au niveau du trou (7), afin d'éviter toute introduction de particules quelconques. Généralement, la culasse (1) présente des agencements de fixation sur une partie fixe ou mobile, tandis que l'extrémité libre du piston (4) qui apparaît en débordement du flasque (1 a), présente des agencements de fixation sur une partie mobile ou fixe. Compte tenu de ces dispositions, il apparaît donc que les efforts augmentent avec la vitesse de translation du piston qui fait varier la réluctance du circuit magnétique donc le flux traversant l'entre fer. Il en 1 résulte par conséquent un effort qui s'oppose à la cause qui a fait varier le flux. Le dispositif amortisseur selon l'invention trouve de nombreuses applications notamment dans le domaine des suspensions de véhicules automobiles. Avantageusement et comme le montre la figure 4, dans cet exemple d'application à une suspension de véhicule automobile, l'amortisseur tel que défini peut être combiné avec un élément du type ressort (R). Si l'on se réfère à la construction de la figure 2, le dispositif amortisseur ne peut fournir d'effort que dans un sens, à savoir la détente ou la compression. Il peut donc être nécessaire, dans certains domaines d'application, d'avoir un dispositif actionneur pour la détente. Cette combinaison de deux systèmes est particulièrement efficace, étant donné qu'elle permet une utilisation sur le principe des muscles antagonistes, permettant par conséquent de moduler l'effort d'amortissement par une combinaison de deux efforts opposés. Le fonctionnement en compression ou en détente dépend du débordement du piston (4) de l'un ou de l'autre des côtés de la culasse (1). Bien évidemment, le dispositif amortisseur tel que défini est assujetti à tout moyen de commande conformé pour obtenir notamment un courant d'alimentation proportionnel à la vitesse de déplacement du piston (4). On renvoie à la figure 5 qui montre un exemple d'asservissement du dispositif , inioi-t sseur amortisseur-dans le cadre d'une application à une suspension d'un véhicule automobile. Le système fonctionne en boucle fermée. Selon le schéma de la figure 5, le dispositif amortisseur est désigné par (A). Un module capteur de position (B) dépendant des sollicitations de la route (module C) et du nouveau coefficient d'amortissement (module D). Le nouveau coefficient d'amortissement est mis en mémoire (module E) en étant asservi à un micro-contrôleur (F) qui commande un module électronique de puissance (G) relié au dispositif amortisseur (A). Compte tenu de ces dispositions, il est donc possible de faire varier le courant en fonction du coefficient d'amortissement recherché. Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne et on rappelle : - la grande possibilité de réglage de la valeur d'amortissement et de la c non consommation d'énergie en usage normal, tandis que l'amortissement minimum peut être pris en charge par les amortisseurs hydrauliques classiques ; - un calculateur de commande utilisant des stratégies de pilotage très performantes, le dispositif améliorant très sensiblement le confort et la tenue de route du véhicule rendant les suspensions insensibles aux variations de masses suspendues (charge du véhicule) ; - plus de roulis (changement de la masse reprise par une roue) et variation de la valeur du ressort par l'intermédiaire de la barre anti- roulis, ainsi qu'à tous les mouvements de caisse ; co-adaptation du dispositif au profil de la chaussée ; la possibilité d'agir en temps réel et d'adapter la valeur d'amortissement à chaque rebond de la roue, dans un temps de réglage très court ; le dispositif est non sensible aux variations de température ; peu de dégradation et d'usure au cours du temps. REVENDICATIONS -]-Dispositif amortisseur, caractérisé en ce qu'il est du type électromagnétique et comprend : ID - une culasse (1) avec un noyau axial (2a) recevant un bobinage (3) alimenté par une source de courant électrique ; - la culasse (1) présente des agencements pour le montage d'une manière coaxiale au bobinage (3) du noyau (2a) et avec capacité de coulissement guidé, d'un piston (4) ; - la culasse (1), le noyau (2a) de la bobine et le piston (4) constituent un circuit magnétique ; - le piston (4) apparaît en débordement de l'un des côtés de la culasse (1) ; - la culasse (1) présente des agencements de fixation sur une partie fixe ou mobile ; - l'extrémité libre du piston (4) présente des agencements de fixation sur une partie mobile ou fixe ; - le déplacement du piston (4), sous un effort de compression et/ou de détente, fait varier la réluctance du circuit magnétique créant un effort opposé antagoniste proportionnel à la vitesse de translation du piston. - 2-Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il est combiné avec un élément de suspension du type ressort. - 3-Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il est assujetti à des moyens aptes à dissiper les calories obtenues par effet Joule. - 4-Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que la culasse (1) est composée de deux flasques entretoisés (la) et (Ib) et présentant, deux à deux, des agencements pour le montage du noyau central (2a) recevant le 1 bobinage (3), l'un des flasques (la) présentant des agencements pour le montage avec capacité de coulissement guidé et étanche du piston (4), d'une manière coaxiale audit noyau (2a) en créant un entrefer, tandis que l'autre flasque (Ib) présente des agencements aptes à faire office de butée au piston (4). - 5-Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le flasque (lob) recevant en butée le piston (4) présente coaxialement au noyau, un canal débouchant pour la circulation de l'air, en combinaison avec des moyens de filtration. - 6-Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il est asservi à un circuit électronique de commande comprenant : un module (E) apte à garder en mémoire un coefficient d'amortissement ; un micro contrôleur (F) assujetti audit module mémoire ; un module électronique de puissance (G) agissant sur le circuit magnétique ; - un module de calcul du coefficient d'amortissement ; - des organes capteurs de position, de vitesse et d'accélération. - 7-Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, à un amortisseur de véhicule automobile.