Brevet FR2883059A1 — publié le 20060915

La présente invention est relative à un dispositif d'atténuation/amortissement des vibrations transmises par un élément vibrant à une structure réceptrice. Elle trouve tout particulièrement son application dans le domaine automobile, par exemple pour atténuer/amortir les vibrations transmises par le moteur thermique d'un véhicule à la caisse de ce véhicule. On connaît déjà des systèmes d'atténuation des vibrations transmises par un moteur thermique à un ou plusieurs moteurs électromagnétique(s) équipés de masses excentrées, pour créer un effort résultant proche de celui généré par le moteur thermique. Ainsi, le document FR-A-2 858 034 au nom du présent demandeur, est particulièrement représentatif de cet état de la technique. On a ici affaire à un moteur électromagnétique qui est associé à plusieurs masses tournantes excentrées. Plus précisément, le dispositif comprend au moins deux lignes d'arbres équipées chacune d'une masse tournante excentrée, chaque ligne d'arbre étant entraînée par le moteur via un ensemble d'engrenages de manière à faire tourner les deux masses excentrées qui équipent respectivement les lignes d'arbre, en sens inverse ou opposée. Un tel dispositif donne généralement satisfaction. Cependant, du fait de la présence de plusieurs lignes d'arbres, il est forcément encombrant. Par ailleurs, la présence d'engrenages génère des bruits de fonctionnement désagréables. Ces engrenages rendent par ailleurs son pilotage 25 délicat. Enfin, la multiplicité de composants (arbres, engrenage, masses excentrées, etc.) à l'intérieur du dispositif grève son prix de revient. La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes en fournissant un dispositif plus compact et présentant un nombre réduit de pièces, qui 30 soit facile à piloter. Ainsi, elle propose un dispositif d'atténuation/amortissement des vibrations transmises par un élément vibrant à une structure réceptrice, par exemple transmises par le moteur thermique d'un véhicule à la caisse de ce véhicule, qui essentiellement remarquable en ce: - qu'il comporte un moteur unique associé à une masse excentrée unique calée sur son arbre rotatif et - qu'il comprend des moyens élastiques de fixation sur la structure réceptrice, aptes à modifier à tout moment au moins une des composantes orthogonales de l'effort radial généré par ladite masse excentrée en mouvement, pour réduire, voire annuler lesdites vibrations transmises par l'élément vibrant à la structure réceptrice. Dans le document antérieur précité, les deux masses excentrées sont animées d'un mouvement contrarotatif, de sorte que les composantes horizontales des efforts radiaux générés ces masses s'annulent. Dans ces conditions, les composantes verticales de ces efforts s'ajoutent. Elles sont aptes à compenser au moins partiellement les nuisances liées à la vibration du moteur du véhicule, qui se matérialisent par un effort de même direction, en l'occurrence verticale. Dans ces conditions, la composante horizontale de l'effort matérialisant les vibrations n'est pas compensée, ce qui peut être préjudiciable au confort des occupants du véhicule. La présente invention va à l'inverse de cette solution, puisque la présence d'une masse excentrée unique génère à tout moment un effort radial dont les composantes orthogonales peuvent contribuer à compenser, via les moyens élastiques, les composantes de la vibration du moteur du véhicule. Par ailleurs, selon d'autres caractéristiques avantageuses et non 20 limitatives: - ledit moteur unique est un moteur électromagnétique à courant continu, de type avec ou sans balais; - sur l'arbre rotatif dudit moteur est calé un volant d'inertie; - quand l'élément vibrant est un moteur thermique de véhicule, le dispositif est alors pourvu d'un capteur apte à asservir la vitesse dudit moteur unique à celle dudit moteur thermique; - ledit capteur est un capteur de position placé en vis-à-vis de ladite masse excentrée, apte à engendrer un signal à chaque tour effectué par cette masse, de manière à permettre l'asservissement dudit moteur, en vitesse et en position; - lesdits moyens élastiques sont constitués d'au moins une cale en élastomère; - lesdits moyens élastiques sont constitués d'au moins une cale hydroélastique; - les caractéristiques de raideur et d'amortissement desdits moyens 35 élastiques sont choisies pour modifier préférentiellement l'une des composantes orthogonales de l'effort radial généré par ladite masse excentrée en mouvement; - les caractéristiques de raideur et d'amortissement desdits moyens élastiques sont choisies pour modifier préférentiellement la composante horizontale de l'effort radial généré par ladite masse excentrée en mouvement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre de certains modes de réalisation. Cette description, donnée à titre non limitatif, sera faite en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 est un schéma qui montre une implantation possible du dispositif selon l'invention, sur la caisse d'un véhicule; - la figure 2 est une vue en perspective du dispositif, avec arrachement partiel, pour montrer les éléments qu'il renferme; - la figure 3 est une vue éclatée du dispositif de la figure 2; - les figures 4 et 5 sont toujours des vues du même dispositif, vu respectivement en coupe selon des plans vertical et horizontal référencés IV-IV et 15 V-V; - la figure 6 est un schéma qui illustre le fonctionnement, à un instant t, de la masse excentrée du dispositif; - enfin, la figure 7 montre des courbes représentatives d'une part, de l'effort radial généré par la dite masse excentrée en mouvement en fonction de la fréquence de son moteur d'entraînement, et d'autre part, de la correction apportée à cet effort, en fonction des caractéristiques des moyens élastiques qui relient le dispositif à sa structure réceptrice. A la figure 1 est représentée une implantation possible d'un dispositif 2 d'atténuation/amortissement de vibrations, conforme à la présente invention. Ce dispositif est destiner à atténuer/amortir les vibrations générées par le groupe motopropulseur GMP d'un véhicule et transmises à la caisse C de ce dernier, malgré la présence de moyens de liaison élastiques référencés 1. Le dispositif vise plus spécifiquement à traiter les bruits et vibrations liés à l'excitation fondamentale due aux forces et moments générés par le GMP. De préférence, on utilisera au moins un capteur 3 intégré dans le GMP, pour la mesure d'un signal de référence représentatif de la fréquence et de la phase de l'excitation, et le pilotage, via un moyen de commande 4, du dispositif 2. En se reportant aux figures 2 à 5, le dispositif 2 selon l'invention est constitué d'un boîtier 20, comprenant de quatre pièces indépendantes référencées 21 à 24. Ce boîtier peut être réalisé en tout matériau, mais de préférence en un matériau solide et léger tel qu'une matière plastique. La pièce inférieure 21 constitue le socle du dispositif Elle comprend une embase horizontale 211 de laquelle font saillie, vers le bas, des plots 210 en élastomère. Ces plots sont ici au nombre de quatre et sont régulièrement réparties au niveau de la sous-face de l'embase 211, et plus particulièrement à sa périphérie. Dans un autre mode de réalisation, ce nombre de plots pourrait être différent. La pièce inférieure 21 reçoit, empilées l'un sur l'autre, deux pièces intermédiaires ou coquilles 22 et 23. Il s'agit de pièces identiques, de sorte qu'empilées l'une sur l'autre comme montré sur les figure, leur plan de joint constitue un plan de symétrie. Elles présentent une surface extérieure verticale 220, respectivement 230, dont le contour suit celui de l'embase 211 de la pièce 21. A la figure 3 est visible une cloison transversale 221 qui relie deux faces opposées de la pièce 22. Une cloison similaire 231 équipe la pièce 23. Dans la cloison 221 est prévue une gorge semi circulaire 222 tournée vers haut. Bien entendu, cette gorge constitue avec la gorge similaire qui équipe la cloison 231, un passage à contour circulaire. Au niveau desdites gorges est montée une paire de roulements à 20 billes 6, traversés par l'axe rotatif 50 d'un moteur 5 de type électromagnétique. Ce moteur est à courant continu et est du type avec ou sans balais (en anglais "brushless"). Un tel moteur est du genre de ceux qui sont utilisés en grande série des les ventilateurs de disques durs d'ordinateurs ou les lecteurs de CD-ROM. Est également monté sur l'arbre 50, entre le moteur 5 et les 25 roulements 6, un volant d'inertie 8. L'une des caractéristiques d'un moteur électrique est de présenter un vitesse de rotation qui n'est pas uniforme. La présence d'un volant d'inertie 8, calée sur l'arbre 50 a donc ici pour fonction de stabiliser la vitesse du moteur 5, en rendant celle-ci plus régulière. Ce faisant, le moteur devient plus robuste aux perturbations électriques, dans la mesure où sa vitesse va subir des variations de moindre amplitude. Une autre fonction de ce volant d'inertie est d'assurer la stabilité et la précision des asservissements de vitesse et de phase, dans les phases transitoires du 35 moteur. Enfin, à l'extrémité de l'arbre 50 opposée au moteur 5 est calée une masse excentrée 7. Elle a ici la forme d'un disque 70 qui porte une excroissance 71 dirigée radialement et qui a la forme d'un secteur angulaire. La quatrième pièce du boîtier 20 est un couvercle 24 de forme 5 bombée, qui vient se placer sur la pièce 23. Les quatre pièces de cet ensemble sont rendues solidaires les unes des autres par une série de vis V qui traversent des ouvertures verticales prévues dans leur paroi. La parfaite symétrie du boîtier 20 lui confère une bonne stabilité, malgré l'existence de la masse excentrée 7. Il n'y a donc pas besoin de prévoir une masse supplémentaire, placée judicieusement pour rétablir le centre de gravité du boîtier. Aux figures 2 et 3 notamment est visible un capteur 9 qui permet d'asservir la vitesse du moteur électrique 5 à celle du groupe motopropulseur GMP 15 du véhicule. Il s'agit d'un capteur de position placé en vis-à-vis de la masse excentrée 7, apte à engendrer un signal à chaque tour effectué par cette masse, de manière à permettre l'asservissement du moteur 5, en vitesse et en position. La présence de ce capteur sous-entend que le moteur 5 est un moteur à balais, ou sans balais et dépourvu de capteur intégré. Dans ce cas, on a affaire à une commutation électronique via la mesure de la force contre électromotrice dans les bobinages du moteur. Bien entendu, dans l'hypothèse où on a affaire à un moteur sans balais à capteur intégrés, il n'est pas nécessaire de recourir à un capteur externe additionnel. Le fonctionnement du moteur permet, via la rotation de la masse excentrée 7, de générer à tout instant un effort radial (par rapport à l'axe de l'arbre 50 du moteur 5). Ceci est représenté à la figure 6 sur laquelle, de manière symbolique, la masse excentrée 7 a été représentée sous la forme d'un cercle à l'extrémité d'un 30 rayon centré sur l'arbre 50. L'effort radial F se décompose à tout moment en deux composantes orthogonales, à savoir une composante horizontale Fx et une composante verticale Fz. Ces deux composantes verticale et horizontale sont filtrées 35 respectivement par les raideurs des plots 210, à savoir leur raideur axiale (c'est à dire selon l'axe longitudinal des plots) et leur raideur radiale (en direction radiale, relativement à leur axe longitudinal). Ces valeurs de raideur, associées à l'amortissement de l'élastomère et à la masse de l'ensemble du dispositif 2, permettent d'adapter les efforts verticaux et 5 horizontaux "injecté", c'est à dire transmis à la caisse C, suivant la fréquence de rotation du moteur. Une solution particulière consiste à minimiser au maximum la raideur radiale des plots 210 afin, d'une part, de placer la fréquence de résonance horizontale du dispositif sous la bande de fréquences de fonctionnement et, d'autre part, de minimiser la valeur d'effort horizontal injecté à haute fréquence, au-delà de la fréquence de résonance. Cette configuration permet de s'approcher du fonctionnement d'un dispositif qui ne génère qu'un effort monodirectionnel, en l'occurrence vertical dans ce cas. La vitesse de rotation du moteur est asservie à la valeur d'une consigne correspondant à la fréquence de la vibration à compenser. La phase du moteur électrique 5, c'est-à-dire la position de la masse excentrée à tout instant, est asservie sur une consigne cartographiée en fonction de la vitesse du moteur thermique GMP. A la figure 7 sont représentées des courbes représentatives d'une part de l'effort radial généré par la dite masse excentrée en mouvement en fonction de la fréquence de son moteur d'entraînement, et d'autre part de la correction apportée à cet effort, en fonction des caractéristiques des moyens élastiques qui relient le dispositif à sa structure réceptrice. La première de ces courbes, en l'occurrence celle représentative de l'effort radial généré par la dite masse excentrée en mouvement en fonction de la fréquence de son moteur d'entraînement, est référencée Al. La courbe A2 représente l'effort transmis à la caisse C du véhicule par un dispositif 2 dont les plots élastiques 210 présente un faible amortissement. Enfin, la courbe A3 est représentative de l'effort à la caisse C du véhicule par un dispositif 2 dont les plots élastiques 210 présentent un fort amortissement. Pour chacune de ces deux courbes, il existe une bande de fréquences (jusqu'à 120 Hz environ) à l'intérieur de laquelle l'effort transmis est amplifié. Et il existe aussi une autre bande de fréquences (au-delà de 120 Hz) à partir de laquelle l'effort transmis est quasiment constant. 20 25 30 35 On choisira préférentiellement un dispositif avec des plots élastiques de fort amortissement afin de limiter les variations brusques d'effort transmis avec la fréquence et de faciliter l'asservissement en vitesse et en phase du moteur électrique. Le dispositif sera efficace ainsi sur une plage de fréquences élargie. Comparativement aux dispositifs selon l'état de la technique, celui de la présente invention présente les avantages rappelés ci-après. En premier lieu, du fait qu'il utilise moins de composants, il permet de réduire les coûts. Toujours en raison de la réduction du nombre de composants, il est moins volumineux. Son pilotage est rendu plus aisé du fait de l'absence d'engrenages et de l'ajout d'un volant d'inertie. Enfin, l'absence d'engrenage contribue aussi à la diminution du bruit de fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'atténuation/amortissement des vibrations transmises par un élément vibrant à une structure réceptrice, par exemple transmises par le moteur thermique (GMP) d'un véhicule à la caisse (C) de ce véhicule, caractérisé par le fait qu'il comporte un moteur unique (5) associé à une masse excentrée unique (7) calée sur son arbre rotatif (50) et qu'il comprend des moyens élastiques (210) de fixation sur la structure réceptrice (C), aptes à modifier à tout moment au moins une des composantes orthogonales de l'effort radial généré par ladite masse excentrée (7) en mouvement, pour réduire, voire annuler lesdites vibrations transmises par l'élément vibrant (GMP) à la structure réceptrice (C). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moteur unique (5) est un moteur électromagnétique à courant continu, de type avec ou sans balais. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que sur l'arbre rotatif (50) dudit moteur (5) est calé un volant d'inertie (8). 4. Dispositif selon l'unes des revendications 1 à 3 dans lequel l'élément vibrant est un moteur thermique de véhicule (GMP), caractérisé par le fait qu'il est pourvu d'un capteur (9) apte à asservir la vitesse dudit moteur unique (5) à celle dudit moteur thermique (GMP). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit capteur (9) est un capteur de position placé en vis-à-vis de ladite masse excentrée (7), apte à engendrer un signal à chaque tour effectué par cette masse, de manière à permettre l'asservissement dudit moteur, en vitesse et en position. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens élastiques (210) sont constitués d'au moins 25 une cale en élastomère. 7. Dispositif selon l'un des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens élastiques (210) sont constitués d'au moins une cale hydroélastique. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les caractéristiques de raideur et d'amortissement desdits moyens élastiques (210) sont choisies pour modifier préférentiellement l'une des composantes orthogonales de l'effort radial généré par ladite masse excentrée (7) en mouvement. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les caractéristiques de raideur et d'amortissement desdits moyens élastiques sont choisies pour modifier préférentiellement la composante horizontale de l'effort radial généré par ladite masse excentrée (7) en mouvement.