Brevet FR2908488A1 — publié le 20080516

Cale hydroélastique comprenant un actionneur commandé électriquement L'invention concerne une cale hydroélastique destinée notamment à la fixation d'un moteur à une caisse de véhicule automobile, comprenant une cavité interne renfermant un liquide et une paroi séparant cette cavité interne en une première et une seconde chambre, cette paroi étant mobile entre deux sièges, en direction de la première et de la seconde chambre pour filtrer les vibrations appliquées à la cale. Lorsqu'elle est utilisée comme support moteur, une telle cale hydroélastique filtre les vibrations issues du moteur, pour éviter qu'elles ne soient transmises à la caisse, c'est-à-dire au reste du véhicule. Une telle cale peut aussi être utilisée pour fixer les éléments roulants du véhicule à la caisse afin de filtrer les vibrations provenant de ces éléments roulants. D'une manière générale, et comme le montre le tableau de la figure 1, les vibrations à filtrer dans le cas d'un véhicule automobile sont générées à différentes plages de fréquences. Ces plages, qui peuvent dépendre du régime N du groupe moto propulseur GMP, s'étendent depuis des valeurs inférieures à 5Hz jusqu'à des valeurs supérieures à 35Hz. En figure 2, on a représenté le gain d'amplification des vibrations transmises par une cale comprenant principalement un élément élastique, fabriqué par exemple en caoutchouc, en fonction du rapport entre la fréquence w des vibrations et une fréquence de résonance wi de cet élément. Comme le montre ce graphe, l'élément filtre efficacement les vibrations dans une plage de fréquences, repérée par 9, qui est située au-delà de la fréquence de résonance, le gain étant significativement inférieur à la valeur un pour ces fréquences. 2908488 2 Mais un tel élément filtre mal les vibrations situées dans une plage de fréquence repérée par 11, qui comprend la fréquence de résonance et les fréquences inférieures. Dans le cas de l'élément considéré en figure 5 2, les vibrations de basses fréquences sont même amplifiées puisque le gain est supérieur à un pour ces fréquences. Pour obtenir une caractéristique de filtrage appropriée, on utilise des cales dites hydroélastiques, 10 c'est-à-dire comprenant un dispositif hydraulique associé à un élément élastique. Une cale hydroélastique permet de créer un creux de raideur aux basses fréquences, et pour cela, est associée à un amortissement élevé, contrairement à ce qui est le cas avec une cale standard 15 en caoutchouc. Une telle cale hydroélastique repérée par 1 dans la figure 3, comprend par exemple une première et une seconde vis 2 et 3 disposées tête bêche le long d'un axe AX et solidarisées l'une à l'autre par différents 20 éléments intermédiaires. La première vis a sa tête 4 noyée dans l'extrémité de petit diamètre d'un élément élastique 6 en caoutchouc ayant une surface externe tronconique. La seconde vis 3 a sa tête rigidement fixée à une cuvette 7 en tôle 25 emboutie, formant embase, et dont l'axe de révolution correspond à l'axe AX. Une virole 8 concentrique à l'axe AX, a un de ses bords serti au bord de la cuvette 7 pour la prolonger. L'élément élastique 6 est fixé à la virole 8 en ayant la 30 surface cylindrique externe de son extrémité de grand diamètre collée à la face interne de la virole. Le dispositif hydraulique comprend deux chambres 12 et 13, qui renferment chacune un volume de liquide 14 pouvant circuler d'une chambre à l'autre. 35 Les deux chambres 12 et 13 sont situées dans une cavité commune délimitée d'une part par la face 16 de l'élément élastique 6 qui fait face au fond de la cuvette 2908488 3 7, et d'autre part par une capsule souple 17 ayant son pourtour collé à la face interne de la paroi cylindrique de la cuvette 7. Les deux chambres 12 et 13 sont séparées l'une de 5 l'autre par une paroi 18 située entre la face 16 et la capsule 17, son bord circulaire longe la face interne de la virole 8. Dans l'exemple de la figure 3, la paroi 18 prend appui sur un siège inférieur 20 de forme torique qui est 10 également contenue dans la cavité. Elle comprend un orifice 22 hélicoïdal de passage du fluide d'une chambre à l'autre. La paroi 18 est avantageusement une paroi mobile, en étant rigide ou souple, formant clapet, qui ferme le 15 passage 22 lorsqu'elle est en appui sur le siège 20, et autorise le passage de fluide lorsqu'elle est espacée de ce siège. La mobilité de la paroi 18 apparaît plus clairement dans l'exemple de la figure 4 qui montre en coupe une 20 cale de même type que celle de la figure 3, et dans laquelle la paroi 18 est mobile entre un siège inférieur 20 et un siège supérieur 21 qui sont tous deux contenus dans la cavité délimitant les deux chambres 12 et 13 séparées par cette paroi. 25 Cette paroi 18 s'étend selon un plan normal à l'axe AX tout en étant mobile le long de cet axe selon une course relativement faible délimitée par les deux sièges 20 et 21. Cette paroi 18 coopère avec un conduit non 30 représenté pour interdire le passage de liquide d'une chambre à l'autre lorsqu'elle est en appui sur le siège inférieure 20 ou sur le siège supérieur 21, et elle autorise le passage de liquide lorsqu'elle est située entre les deux sièges 20 et 21. 35 La mobilité de la paroi 18 contribue à améliorer le gain de la cale à certaines fréquences, cette paroi se déplaçant vers une chambre et vers une autre aux 2908488 4 fréquences relativement basses. Aux fréquences plus élevées, l'inertie de la paroi tend à s'opposer à ses mouvements. Les graphes des figures 5 et 6 donnent 5 respectivement la raideur de la cale en N/mm, et le déphasage en degrés qu'introduit cette cale (traits mixtes), en fonction de la fréquence de sollicitation. La réponse de la cale hydroélastique dépend aussi de l'amplitude de la sollicitation par rapport à une cale en 10 caoutchouc standard (trait plein). En fonctionnement, dans certaines plages de sollicitations, la cale génère un bruit important qui est perceptible et gênant pour un occupant situé dans l'habitacle du véhicule. 15 Le but de l'invention est de proposer une solution permettant de limiter les bruits produits par une telle cale. A cet effet, l'invention a pour objet une cale hydroélastique destinée notamment à la fixation d'un 20 moteur à une caisse de véhicule automobile, comprenant une cavité interne renfermant un liquide et une paroi séparant cette cavité interne en une première et une seconde chambre, cette paroi étant mobile entre deux sièges, en direction de la première et de la seconde 25 chambre pour filtrer les vibrations appliquées à la cale, caractérisée en ce qu'elle comprend un actionneur portant la paroi mobile, cet actionneur pouvant être commandé électriquement pour déplacer la paroi afin d'éviter des claquements de cette paroi contre ses sièges. 30 L'invention concerne également une cale telle que définie ci-dessus, dans laquelle l'actionneur comprend un support fixe généralement torique et une membrane ayant un pourtour circulaire fixé à ce support torique et une zone centrale portant la paroi mobile, cette membrane 35 étant réalisée dans un matériau polymère se contractant et/ou se détendant sur application d'une tension. 2908488 5 L'invention concerne également une cale telle que définie ci-dessus, comprenant une première et une seconde membrane fixées au support torique en étant espacées l'une de l'autre au niveau de leurs pourtours circulaires 5 et accolées l'une à l'autre au niveau de leurs zones centrales. L'invention concerne également un système comprenant une cale telle que définie ci-dessus, et une unité de commande reliée à cette cale pour piloter 10 l'actionneur en fonction de données représentatives de vibrations devant être filtrées par cette cale. L'invention concerne également un système tel que défini ci-dessus, comprenant un capteur de vibrations relié à l'unité de commande pour déterminer en temps réel 15 des paramètres de pilotage de l'actionneur. L'invention concerne également un système tel que défini ci-dessus, comprenant des moyens de pilotage de l'actionneur en boucle ouverte ou en boucle fermée. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, 20 et en référence aux figures annexées. La figure 1 est un graphe représentatif des fréquences de vibrations susceptibles d'apparaître dans un véhicule automobile ; La figure 2 est un graphe représentatif de la 25 réponse en vibration d'un élément élastique tel qu'un élément en caoutchouc ; La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une cale hydroélastique connue ; La figure 4 est une vue en coupe d'une autre cale 30 hydroélastique connue ; La figure 5 est un graphe représentatif de la raideur d'une cale hydroélastique et d'une cale en caoutchouc standard en fonction de la fréquence de vibrations ; 35 La figure 6 est un graphe représentatif du déphasage introduit par une cale hydroélastique et une 2908488 6 cale en caoutchouc standard, en fonction de la fréquence des vibrations ; La figure 7 est un graphe représentatif de l'effort transmis en fonction du temps dans le cas d'une cale 5 hydroélastique connue dépourvue de clapet et de deux cales hydroélastiques connues pourvues de clapets ; La figure 8 est une première vue en coupe d'un actionneur équipant la cale hydroélastique selon l'invention ; 10 La figure 9 est une seconde vue en coupe de l'actionneur de la figure 8 ; La figure 10 est une troisième vue en coupe de l'actionneur de la figure 8 ; La figure 11 est une vue en coupe de la cale selon 15 l'invention complétée par un organigramme représentatif d'une séquence de commande de l'actionneur qui l'équipe. L'idée à la base de l'invention réside dans le constat selon lequel le bruit généré par la cale provient au moins partiellement de claquements du clapet que 20 constitue la paroi 18 lorsqu'elle vient cycliquement en appui sur son ou ses sièges. Ce phénomène est mis en évidence sur le graphe de la figure 7, dans lequel on a représenté l'effort transmis à la caisse en fonction du temps, pour une cale 25 sans clapet en trait fin, et pour deux cales hydroélastiques équipées d'un clapet respectivement en trait fort et en trait mixte. Comme visible dans ce graphe, un bruit apparaît au haut des phases montantes ainsi qu'au bas des phases 30 descendantes, ce bruit correspondant aux claquements du clapet à certains régimes de sollicitation. Afin de limiter voire annuler les bruits générés par les mouvements de la paroi mobile 18, l'invention prévoit un actionneur portant cette paroi mobile, pour 35 piloter ses déplacements tout en les accompagnant, afin d'éviter le claquement de cette paroi mobile sur sa ou ses butées. 2908488 7 Un tel actionneur est avantageusement du type de celui commercialisé par la société américaine Artificial Muscle , et qui est représenté schématiquement sur les figures 8, 9, 10 et 11 en étant 5 repéré par 22. Cet actionneur comprend principalement un support fixe dit externe, repéré par 23, ainsi qu'une première et une seconde membrane en polymère, repérées respectivement par 24 et 26. 10 Dans l'exemple des figures, le support fixe a une forme générale parallélépipédique définissant deux faces principales parallèles opposées, repérées par 27 et 28 et espacées l'une de l'autre par une distance correspondant à l'épaisseur du support. 15 Ce support peut aussi avoir une forme généralement torique à section carrée. Il comprend une ouverture 29 circulaire intérieure traversant les deux faces et définissant ainsi une premier et un second bord interne circulaire, dans chaque face, ces bords étant repérés par 20 31 et 32. La première membrane en polymère 24 a son pourtour externe fixé au premier bord interne 31 et la seconde membrane 26 a son pourtour externe circulaire fixé au second bord interne 32. Les pourtours circulaires 25 externes des membranes 24 et 26 sont ainsi espacés l'un de l'autre d'une distance correspondant à l'épaisseur du support. Ces deux membranes sont réunies l'une avec l'autre dans une zone centrale par trois plaques repérées par 33, 30 34 et 36, entre lesquelles elles sont comprimées. La première membrane 24 est comprimée entre les plaques 33 et 34, et la seconde membrane 26 est comprimée entre les plaques 34 et 36. Ces trois plaques ont chacune une forme de disque 35 de diamètre significativement inférieur au diamètre de l'ouverture 29, et elles sont traversées en leur centre par une vis centrale 37 les maintenant plaquées les unes 2908488 8 aux autres. L'ensemble constitué par les trois plaques 33, 34 et 36 et les zones centrales des membranes 24 et 26 constituent la paroi mobile de l'actionneur, qui est repérée par 18'. 5 Lorsque les plaques centrales sont montées, comme c'est le cas dans l'exemple des figures, les zones centrales des membranes 24 et 26 sont réunies en leurs centres. Chaque membrane a ainsi une forme générale d'assiette creuse, comprenant une partie centrale plane, 10 entourée par une couronne tronconique dont le bord externe est fixé au support. Chaque membrane 24, 26 comprend une fine couche de polymère située entre deux couches formant électrodes. Lorsqu'une tension est appliquée entre les électrodes, 15 elles tendent à se rapprocher, ce qui tend à faire diminuer l'épaisseur de la couche de polymère et par là même à augmenter sa surface. Les membranes 24 et 26 de l'actionneur son reliées à une unité de commande par des fils électriques non 20 représentés. Lorsque la première membrane 24 est mise sous tension, sa surface tend à augmenter, de sorte que la largeur de la couronne tronconique de cette membrane augmente, ce qui provoque un déplacement de la partie centrale de la membrane, comme illustré dans les figures 25 9 et 10. Plus particulièrement, l'augmentation de la largeur de la couronne tronconique provoque une augmentation de l'angle a que forme cette couronne tronconique avec un plan médian de l'actionneur. 30 Le déplacement de la zone centrale des membranes est d'autant plus important que la tension appliquée à au moins l'une de ces membranes est élevée. De manière analogue, la seconde membrane 26 peut elle aussi être commandée pour déplacer la zone centrale, en sens 35 inverse. Ainsi, dans le cas de la figure 8, c'est la seconde membrane 26 qui est mise sous tension, provoquant ainsi 2908488 9 un déplacement de la zone centrale vers la gauche sur les figures. Dans la figure 9, aucune des membrane n'est mise sous tension, et dans la figure 10, c'est la première membrane 24 qui est mise sous tension pour déplacer la 5 partie centrale vers la droite sur les figures. Il est également possible de mettre les deux membranes sous une tension continue afin de raidir l'actionneur, c'est-à-dire de réduire la mobilité de la partie centrale de l'actionneur. 10 Comme représenté en figure 11, un actionneur du type de celui des figures 8 à 10 est monté dans la cale hydroélectrique selon l'invention, pour porter la paroi mobile en étant commandé pour éviter que cette paroi mobile ne claque contre son ou ses butées. 15 Dans la figure 11, l'ensemble repéré par 38 comprend l'actionneur et la paroi mobile qu'il porte ainsi que le ou les sièges sur lesquels la paroi mobile est susceptible de venir en appui pour fermer la communication entre les deux chambres. 20 L'actionneur monté dans la cale est relié à une unité de commande 42 par deux fils conducteurs, 39 et 41, via lesquels une tension est appliquée à l'actionneur depuis cette unité de commande. L'unité de commande délivre un signal de tension 25 électrique de type alternatif qui est adapté pour accompagner les mouvements de la paroi mobile tout en évitant qu'elle ne claque contre la ou les butées durant ces mouvements. A cet effet, l'unité de commande est reliée à un 30 capteur de vibrations, repéré par 43, délivrant un signal de mesure dépendant des vibrations subies par la caisse. Ce signal est avantageusement représentatif de la fréquence, de l'amplitude et de la phase de ces vibrations mécaniques. 35 En fonction de ces paramètres, l'unité de commande détermine les caractéristiques du signal de commande à 2908488 10 injecter dans l'ensemble 8 pour éviter le claquement de la paroi mobile sur sa ou ses butées. Comme illustré schématiquement en figure 11, le signal de commande est choisi parmi plusieurs signaux 5 possibles repérés par U1, U2. Un, à partir des données fournies par le capteur 42, de manière à éviter le claquement de la paroi tout en accompagnant les mouvements de cette paroi. Le signal de commande a par exemple la même 10 fréquence que celle des vibrations mesurées par le capteur 42, et son déphasage par rapport aux vibrations mécaniques, ainsi que son amplitude, sont modulés en fonction de la fréquence et de l'amplitude de ces vibrations mécaniques. 15 Ainsi, la commande peut être une commande en boucle ouverte correspondant simplement à une cartographie de la tension en fonction des sollicitations mécaniques, ce qui permet de réduire le coût de fabrication du dispositif. Il est aussi possible d'utiliser un algorithme de 20 contrôle en boucle fermée, avec un unique capteur servant pour la référence (le signal de contrôle) et le contrôle des vibrations. REVENDICATIONS 1. Cale hydroélastique (1) destinée notamment à la fixation d'un moteur à une caisse de véhicule automobile, comprenant une cavité interne renfermant (14) un liquide et une paroi (18') séparant cette cavité interne en une première et une seconde chambre (12, 14), cette paroi étant mobile entre deux sièges (20, 21), en direction de la première et de la seconde chambre (12, 14) pour filtrer les vibrations appliquées à la cale, caractérisée en ce qu'elle comprend un actionneur portant la paroi mobile (18'), cet actionneur (22) pouvant être commandé électriquement pour déplacer la paroi (18') afin d'éviter des claquements de cette paroi contre ses sièges (20, 21). 2. Cale selon la revendication 1, dans laquelle l'actionneur (22) comprend un support (23) fixe généralement torique et une membrane (24, 26) ayant un pourtour circulaire fixé à ce support (23) torique et une zone centrale portant la paroi mobile (18'), cette membrane (24, 26) étant réalisée dans un matériau polymère se contractant et/ou se détendant sur application d'une tension. 3. Cale selon la revendication 1, comprenant une première et une seconde membrane (24, 26) fixées au support torique (23) en étant espacées l'une de l'autre au niveau de leurs pourtours circulaires et accolées l'une à l'autre au niveau de leurs zones centrales. 4. Système incluant une cale selon l'une des revendications 1 à 3 et une unité de commande reliée à cette cale (1) pour piloter l'actionneur (22) en fonction de données représentatives de vibrations devant être filtrées par cette cale (1). 5. Système selon la revendication 4 comprenant un capteur de vibrations relié à l'unité de commande pour déterminer en temps réel des paramètres de pilotage de l'actionneur (22). 2908488 12 6. Système selon la revendication 4 ou 5, comprenant des moyens de pilotage de l'actionneur en boucle ouverte. 7. Système selon la revendication 4 ou 5, 5 comprenant des moyens de pilotage de l'actionneur en boucle fermée.