Brevet FR2857423A1 — publié le 20050114

DISPOSITIF D'ARTICULATION La présente invention se rapporte au domaine des articulations destinées à amortir les vibrations transmises entre deux systèmes. L'invention concerne en particulier, mais non exclusivement, les articulations hydrauliques situées entre la caisse et le train avant ou arrière d'un véhicule à moteur. Les éléments de liaison au sol, par exemple les essieux, sont liés à la caisse par des éléments en caoutchouc, dites articulations. Ces pièces ont un rôle primordial sur le confort vibratoire/acoustique et sur le comportement routier du véhicule. Une articulation caoutchouc est caractérisée par des valeurs de raideurs statiques et dynamiques et d'amortissement pour chacune des directions principales. La raideur dynamique et l'amortissement dépendent du niveau d'amplitude et de la fréquence. D'autre part plus un caoutchouc a une valeur d'amortissement élevée, plus les raideurs dynamiques augmentent en fonction des paramètres précités. Le comportement routier nécessite un niveau de valeur de raideur dynamique et statique élevée. Pour améliorer le comportement vibratoire le souhait sera soit d'augmenter le niveau d'amortissement à la fréquence du mode à amortir, soit de baisser la raideur. En acoustique, le souhait est de baisser le niveau de raideur afin de diminuer le bruit de roulement. La difficulté est de concilier le niveau de raideur dynamique et le niveau d'amortissement, compromis qui est différent suivant les directions principales de l'articulation. 2857423 2 L'art antérieur connaît déjà une articulation généralement constituée de deux armatures cylindriques coaxiales reliées entre elles par une unique masse d'élastomère. Cette masse d'élastomère est soit constituée d'un matériau à amortissement élevé ou d'un matériau à amortissement faible et qui donc va peut rigidifier. Il n'existe pas de matériau à valeur d'amortissant élevé et qui rigidifie peu. Soit on trouve un compromis entre ces deux valeurs, soit on choisit délibérément une valeur élevée en acceptant de dégrader la deuxième valeur. Il est également proposé d'introduire dans l'articulation deux chambres hydrauliques reliées par un canal dont le fonctionnement est valable pour une seule direction. L'objectif de la partie hydraulique est d'avoir un niveau d'amortissement élevé pour amortir des modes d'essieu (fonctionnement dit à basse fréquence) soit de diminuer le niveau de raideur jusqu'à la fréquence du mode de résonance de l'articulation (fonctionnement dit à haute fréquence). Par contre il n'existe pas d'articulation hydraulique suivant les deux directions radiales de l'articulation. La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une articulation de nouvelle génération. Il s'agit ici d'une articulation à effet hydroélastique dans les deux directions radiales dont le but est d'amortir des sollicitations d'un ensemble par rapport à un autre afin de minimiser les effets dus à la résonance et de provoquer un creux de raideur à la plage de fréquences souhaitée. Pour ce faire, la présente invention est du type décrit ci-dessus et elle est remarquable, dans son 2857423 3 acception la plus large, en ce qu'elle consiste en un dispositif d'articulation, notamment pour la liaison entre la caisse et le train arrière d'un véhicule, comprenant une armature intérieure et une armature extérieure, au moins deux chambres hydrauliques reliées entre elles par un canal, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un piston plongeur disposé dans l'une des chambres hydrauliques. Le terme piston plongeur est utilisé ici pour signifier un élément réalisé en une matière élastique, rigide ou semi-rigide, et suffisamment rigide pour absorber l'énergie lorsqu'il entre en contact avec la paroi de la chambre hydraulique, à une fréquence désirée. De préférence, le dispositif d'articulation selon l'invention comprendra au moins un piston plongeur dans chaque chambre hydraulique. Avantageusement, le dispositif pourra comprendre quatre chambres hydrauliques, les chambres étant disposées deux à deux selon deux axes approximativement perpendiculaires, c'est-à-dire selon un angle compris entre 75 et 90 degrés pour une des chambres et entre 90 et 115 degrés pour l'autre chambre. De préférence, le dispositif comprendra au moins deux pains de caoutchouc, ou analogue, disposé perpendiculairement aux deux susdites chambres hydrauliques. Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprendra au moins un clapet anti-retour disposé dans les pains séparant les chambres hydrauliques. 2857423 4 Avantageusement, les quatre chambres pourront être reliées respectivement deux à deux par un canal. Selon une possibilité offerte par l'invention, le dispositif pourra comprendre un tube plastique disposé dans un tube moulé métallique, par exemple en acier. Avantageusement, le tube, ou la bague, en plastique pourra comprendre une pluralité de tubes intérieurs et au moins un tube extérieur. Ainsi, selon une variante de l'invention, le ou les canaux seront formés dans la bague en plastique. Avantageusement, les chambres hydrauliques seront munies de clapets antiretour, pour admettre le passage de liquide d'une première chambre à une deuxième lorsque la pression dans la première chambre dépasse un seuil prédéterminé. De préférence, le dispositif d'articulation comprendra une armature intermédiaire. Selon une variante, le ou les canaux seront formés 25 entre le tube extérieur et l'armature intermédiaire. Selon une autre variante de réalisation, les canaux seront formés dans la bague en plastique, l'un à proximité des tubes intérieurs et l'autre entre les tubes intérieurs et le tube intermédiaire. Avantageusement, le piston plongeur se présentera sensiblement sous la forme d'un T, les deux ailes de ce T 2857423 5 s'étendant sensiblement parallèlement à la paroi de l'armature extérieure. De préférence, le piston plongeur sera un 5 thermoplastique, un élastomère, un acier ou un aluminium, non rigide ou semi-rigide. Avantageusement, au moins deux pains en caoutchouc seront disposés entre l'armature noyée, ou intermédiaire, 10 et l'armature intérieure. Grâce à l'invention, cette articulation permet d'assurer un phénomène hydraulique dans les deux directions radiales de l'articulation mais également dans la direction axiale. Cette technique d'articulation spécifique est assurée par des pistons plongeurs, dispositif original et économique. Il doit être noté que ces pistons plongeurs peuvent servir de limitation de débattement. Les pistons plongeurs peuvent également servir à 20 augmenter la section de piston lorsque les deux chambres sont reliées par un canal. D'autre part l'articulation selon l'invention peut posséder des clapets. Dans ce cas, les pistons plongeurs peuvent être réglés de façon à diminuer la surtension inhérente à l'augmentation de raideur due au clapet. L'effet hydraulique par chambre est multi-axial, mais il doit être noté que l'articulation selon l'invention peut aisément être hydraulique dans une seule direction. Enfin, cette conception d'articulation permet de régler de façon indépendante les raideurs statiques et les raideurs de tenue à la pression, ce pour chacune des directions. 2857423 6 On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées: - la figure 1 illustre une vue en coupe d'une variante du dispositif selon l'invention; - la figure 2 illustre une vue partielle en perspective du dispositif d'articulation représenté sur la figure 1; - la figure 3 illustre une vue en coupe longitudinale du dispositif représenté sur la figure 1; - la figure 4 illustre une vue en coupe longitudinale d'une articulation selon l'invention; - la figure 5 illustre les différents éléments constitutifs d'une variante d'articulation selon l'invention; - la figure 6 illustre une vue en coupe d'une variante de l'articulation selon l'invention; - la figure 7 illustre les armatures utilisées pour le montage de la partie caoutchouc de l'articulation; - la figure 8 illustre une vue en perspective d'une articulation selon l'invention; - la figure 9 illustre le dispositif d'articulation représenté sur la figure 8, vue de derrière; - la figure 10 illustre une coupe selon le plan défini par les axes X et Z d'un dispositif selon l'invention; - la figure 11 illustre un exemple d'un mode de fixation des pistons plongeurs grâce à des pions sapin 22 30 soudés sur l'armature intermédiaire 6. Selon l'invention, illustrée figure 1, le dispositif d'articulation 1 de l'invention comprend quatre pistons plongeurs 2. Ces pistons plongeurs 2 sont disposés deux à deux suivant deux droites perpendiculaires X et Z. Ces pistons plongeurs 2 présentent chacun une forme en T ou en 2857423 7 flèche, c'est-à-dire qu'ils comprennent chacun une partie centrale 3 d'épaisseur e à l'extrémité de laquelle s'étend de chaque côté deux ailes 4 sensiblement perpendiculaire et parallèle à la paroi de l'armature extérieure 5. Dans l'exemple choisi pour illustrer l'invention, les armatures, extérieure 5, intérieure 6 et intermédiaire 7, sont sensiblement des cylindres ou sont définies, ou inscrites, sur leurs périphéries par un cylindre. Ainsi, les deux ailes 4 de chaque piston plongeur 2 s'étendront sensiblement pour former une partie circulaire de sorte que lorsque les pistons plongeurs 2 viennent en butée contre la paroi de l'armature extérieure 5, la surface de contact des pistons plongeurs 2 contre ladite paroi est relativement importante. Chaque piston plongeur 2 est présent dans une chambre hydraulique 8. Le dispositif d'articulation 1 comprend une armature extérieure 5 et une armature intérieure 6. Ces deux armatures, extérieure 5 et intérieure 6, sont reliées entre elles au moins en partie par des pains 9 de caoutchouc ou en une autre matière apte à assurer une liaison entre ces deux pièces et également à autoriser un relatif rapprochement ou écartement des armatures extérieure 5 et intérieure 6 au-delà de la distance les séparant au repos. Par ailleurs, comme illustré sur la figure 1, le dispositif d'articulation 1 possède deux chambres hydrauliques 8, dans la direction radiale notée X, reliées par un canal, et deux autres chambres 8, dans la direction notée Z, reliées par un autre canal. Par la suite, nous verrons que l'articulation 1 peut posséder une colonne qui relie ces deux chambres hydrauliques 8. 2857423 8 Les phénomènes hydrauliques provoquant un creux de raideur ou un gain en amortissement sont obtenus par la pièce dite piston plongeur 2. La solution présentée permet de posséder des phénomènes hydrauliques selon deux directions X et Z. Néanmoins, cette articulation 1 peut facilement passer à une articulation hydraulique dans une seule direction, X ou Z, : deux des quatre chambres 8 sont alors remplacées par un pain 16 de caoutchouc pour assurer la raideur souhaitée et les pistons plongeurs 2 sont incorporés dans les deux chambres hydrauliques 8 restantes, tel que représenté sur la figure 9. Selon une possibilité offerte par l'invention, le dispositif d'articulation 1 comprend une pluralité de tubes intérieurs 10, 11 et au moins un tube extérieur 6. L'association des. tubes intérieurs et du tube extérieur est représentée sur les figures 3 à 5 annexées, l'exemple de dispositif d'articulation 1, représenté sur la figure 1, ne comprend qu'un seul tube intérieur 10, en l'occurrence trois de forme semi- circulaire. Par ailleurs, le dispositif d'articulation 1 comporte une armature intermédiaire 7, en particulier visible notamment sur les figures 1 et 7. Comme cela a été dit précédemment, l'articulation 1 possède deux chambres 8, dans la direction radiale notée X, reliées par un canal, et deux autres chambres 8, dans la direction notée Z, reliées par un autre canal. Il existe plusieurs possibilités pour la position de ces deux canaux 13, 14. Ils peuvent soit passer tous les deux entre les tubes intérieurs 10, 6 soit tous les deux entre le tube extérieur 5 et l'armature intermédiaire 7 ou l'un entre les tubes 2857423 9 intérieurs 10, 6 et l'autre entre le tube extérieur 5 et l'armature intermédiaire 7 et vice-versa. Le passage par les tubes intérieurs 10, 6 est privilégié pour un calage à haute fréquence (section importante et longueur faible). Le passage par le tube extérieur 5 est privilégié pour un calage à basse fréquence (section faible et longueur importante). Le présent dispositif d'articulation 1 possède des clapets anti-retour 15 qui permettent en cas de surpression de faire passer le liquide d'une chambre 8 à une autre pour ne pas introduire une pression trop importante sur les membranes. Ces clapets 8 sont en particulier visibles sur la figure 9. Les raideurs statiques sont principalement obtenues par les pains 16 en élastomère disposés pour chaque direction en partie inférieure et supérieure. Par ailleurs, les membranes 20, réalisées en caoutchouc, permettent également de fermer les extrémités du dispositif. Ce dispositif d'articulation 1 permet de régler de façon indépendante les raideurs statiques et les raideurs 25 de tenue à la pression, ce pour chacune des directions. Il existe plusieurs possibilités pour réaliser les colonnes. Un passage de la colonne dans le tube intérieur 10 peut signifier: - un perçage, ou une bague plastique 18 moulée avec l'armature noyée 7 puis le tube 17 est emmanché serré afin d'assurer l'étanchéité de la colonne 14, ou 2857423 10 - le clipsage d'une bague plastique 18, réalisée en un (par un effet charnière) ou deux morceaux, sur un tube moulé en aluminium 17 par exemple. Une autre possibilité, dont les différents éléments utilisés sont représentés sur la figure 5, est la suivante: On emmanche un tube en plastique 10 dans un tube en acier 6; lui-même faisant déjà partie d'un sous-ensemble surmoulé d'élastomère sur sa face extérieure. Cet emmanchement ne se fait pas en force pour ne pas mettre en contrainte le plastique ou faire de déformation locale. Puis on emmanche un tube en aluminium 13 par exemple dans l'ensemble précédemment assemblé. Des dispositifs anti-rotation peuvent être inclus grâce aux formes appropriées (femelle-mâle) des tubes. Dans ce cas, l'aluminium sera préférablement extrudé et le tube en acier aura des encoches qui seront rabattues sur le tube en plastique. Un passage de la colonne dans le tube extérieur peut signifier: - un passage entre l'armature intermédiaire 7 et 25 l'armature extérieure 5, de par la forme de l'armature intermédiaire 7, ou - comme représenté sur la figure 7, le clipsage d'une bague plastique 12, 12', réalisée en un (par un effet charnière) ou deux morceaux 12, 12', sur l'articulation l'. L'étanchéité est assurée par l'emmanchement de l'armature extérieur 5 sur l'armature intermédiaire 7, elle-même surmoulée d'une fine pellicule de caoutchouc. Le 2857423 11 tube extérieur 5 contient des pattes de sertissage 19 qui sont serties sur l'ensemble pour garantir l'étanchéité. Cette articulation 2 non variante peut facilement passer à une articulation hydraulique dans une seule direction: les deux chambres 8 suivant un axe X ou Z sont alors remplacées par un pain de caoutchouc 9 pour assurer la raideur souhaitée, tel qu'illustré sur la figure 9. Il existe quatre étapes de réalisation: - Moulage d'élément en élastomère sur les armatures intérieure 6 et intermédiaire 7, désigné ensemble 1' sur la figure 7 - Emmanchement du tube intérieur 10 en plastique et du tube en aluminium 10 ou 17 comme précédemment indiqué, - Mise en place de limitations de débattement, ou pistons plongeurs 2, dans les chambres 8, Emmanchement et sertissage sur le sous-ensemble de l'armature extérieure 5. L'armature extérieure 5 pourra être surmoulée de caoutchouc pour assurer la limitation axiale soit sur l'armature 5 ou sur l'armature 7, comme représenté sur la figure 3. Dans une application, l'articulation 1 peut être montée horizontalement dans une traverse déformable. Les efforts longitudinaux sont repris par les butées longitudinales décrites précédemment. La raideur autour du zéro est réglée par le cisaillement des pains en élastomères 16 séparant les chambres ainsi que par celui des extrémités 20. Le fluide passe alternativement d'une chambre 8 à l'autre par l'intermédiaire du canal ou colonne 13 réalisée dans l'armature intermédiaire 7. Lorsque la 2857423 12 résonance du système à amortir est atteinte le fluide ne passe plus et l'amortissement est maximum. Seule la raideur de tenue à la pression s'ajoutant aux raideurs de l'élastomère caractérise dynamiquement le produit. Suivant la direction en Z, il se passe le même phénomène. Cependant l'anti-résonance permet une diminution de raideur donc de bruit de roulement. L'objet de la présente invention peut s'appliquer par exemple pour un les trains arrière, types essieux déformables, ou les triangles de suspension de train avant. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. 2857423 13 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'articulation (1), notamment pour la liaison entre la caisse et le train arrière d'un véhicule, comprenant une armature intérieure (6) et une armature extérieure (7), au moins deux chambres hydrauliques (8) reliées entre elles par un canal, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un piston plongeur (2) disposé dans l'une des chambres hydrauliques (8). 2. Dispositif d'articulation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un piston plongeur (2) dans chaque chambre hydraulique (8). 3. Dispositif d'articulation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend quatre chambres hydrauliques (8), les chambres étant disposées deux à deux selon deux axes approximativement perpendiculaires (X, Z). 4. Dispositif d'articulation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux pains de caoutchouc (9), ou analogue, disposés perpendiculairement aux deux susdites chambres hydrauliques (8). 5. Dispositif d'articulation (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les quatre chambres (8) sont reliées respectivement deux à deux par un canal. 6. Dispositif d'articulation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un tube plastique (10) disposée dans un tube moulé métallique (6), par exemple en acier. 2857423 14 7. Dispositif d'articulation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les chambres hydrauliques (8) sont munies de clapets anti-retour (15), pour admettre le passage de liquide d'une première chambre (8) à une deuxième chambre (8) lorsque la pression dans la première chambre (8) dépasse un seuil prédéterminé. 8. Dispositif d'articulation (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tube (6), ou la bague, (12) en plastique comprend une pluralité de tubes intérieurs (10, 11) et au moins un tube extérieur (5). 9. Dispositif d'articulation (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou les canaux sont formés dans la bague en plastique (10). 10. Dispositif d'articulation (1) selon la 20 revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une armature intermédiaire (7). 11. Dispositif d'articulation (1) selon les revendications 8 et 10, caractérisé en ce que le ou les canaux sont formés entre le tube extérieur (5) et l'armature intermédiaire (7). 12. Dispositif d'articulation (1) selon les revendications 5 et 8, caractérisé en ce que les canaux sont formés dans la bague en plastique (17), l'un (13 ou 14) à proximité des tubes intérieurs (10, 11) et l'autre (14) entre les tubes intérieurs (10, 11) et le tube intermédiaire (7). 2857423 15 13. Dispositif d'articulation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston plongeur (2) se présente sensiblement sous la forme d'un T, les deux ailes (4) de ce T s'étendant sensiblement parallèlement à la paroi de l'armature extérieure (5). 14. Dispositif d'articulation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston plongeur (2) est un thermoplastique, un élastomère, un acier ou un aluminium. 15. Dispositif d'articulation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un pain en caoutchouc (9) sont disposés entre l'armature intermédiaire (7) et l'armature intérieure (6). 16. Dispositif d'articulation (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un clapet anti-retour disposé dans les pains séparant les chambres hydrauliques.