Brevet FR2908487A1 — 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 cuvette rigide formant embase, un élément élastique et une paroi mobile fixés à cette cuvette pour délimiter conjointement une cavité déformable renfermant un liquide, la paroi étant apte à se rapprocher ou s'éloigner du fond de la cuvette pour compenser des variations de pression du liquide. 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. 2908487 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 hyroélastique repérée par 1 dans la figure 3, comprend 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 éléments intermédiaires. 20 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 emboutie, formant embase, et dont l'axe de révolution 25 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 surface cylindrique externe de son extrémité de grand 30 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. Les deux chambres 12 et 13 sont situées dans une 35 cavité commune délimitée d'une part par la face 16 de l'élément élastique 6 qui fait face au fond de la cuvette 7, et d'autre part par une paroi mobile 17 élastique 2908487 3 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 l'autre par une cloison 18 située entre la face 16 et la 5 paroi 17, son bord circulaire longe la face interne de la virole 8. Dans l'exemple de la figure 3, la cloison 18 prend appui sur un siège inférieur 20 de forme torique qui est également contenue dans la cavité. Elle comprend un 10 orifice 22 hélicoïdal de passage du fluide d'une chambre à l'autre. La cloison 18 est avantageusement une cloison mobile, en étant rigide ou souple, formant clapet, qui ferme le passage 22 lorsqu'elle est en appui sur le siège 15 20, et autorise le passage de fluide lorsqu'elle est espacée de ce siège. La mobilité de la cloison 18 apparaît plus clairement dans l'exemple de la figure 4 qui montre en coupe une cale de même type que celle de la figure 3, et 20 dans laquelle la cloison 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 cloison. Cette cloison 18 s'étend selon un plan normal à 25 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 cloison 18 coopère avec un conduit non représenté pour interdire le passage de liquide d'une 30 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. La mobilité de la cloison 18 contribue à améliorer 35 le gain de la cale à certaines fréquences, cette cloison se déplaçant vers une chambre et vers une autre aux fréquences relativement basses. Aux fréquences plus 2908487 4 élevées, l'inertie de la cloison tend à s'opposer à ses mouvements. Les graphes des figures 5 et 6 donnent respectivement la raideur de la cale en N/mm, et le 5 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 caoutchouc standard (trait plein). 10 La chambre 13 qui est fermée par une paroi mobile 17 a son volume qui augmente et diminue cycliquement au fil de l'évolution de la pression du liquide 14 qu'elle contient, de sorte que la paroi 17 qui est souple en étant élastique se gonfle et se dégonfle cycliquement. 15 Lorsque la pression augmente dans la chambre 13, la paroi 17 se gonfle de sorte qu'elle se rapproche du fond de la cuvette 7 formant embase jusqu'à éventuellement venir en appui sur ce fond. Lorsque la pression diminue dans la chambre 13, la paroi 17 se dégonfle pour prendre 20 une position correspondant à celle qu'elle occupe dans les figures 3 et 4. Il s'avère que dans certaines plages de sollicitations, la cale génère un bruit important qui est perceptible et gênant pour un occupant situé dans 25 l'habitacle du véhicule. 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 30 hydroélastique destinée notamment à la fixation d'un moteur à une caisse de véhicule automobile, comprenant une cuvette rigide formant embase, un élément élastique et une paroi mobile fixés à cette cuvette pour délimiter conjointement une cavité déformable renfermant un 35 liquide, la paroi étant apte à se rapprocher ou s'éloigner du fond de la cuvette pour compenser des variations de pression du liquide, caractérisée en ce que 2908487 5 la paroi mobile est portée par un actionneur fixé à la cuvette et pouvant être commandé électriquement pour déplacer la paroi afin de réguler la pression dans la cavité déformable. 5 L'invention concerne également une cale telle que définie ci-dessus, dans laquelle l'actionneur comprend un support fixe généralement torique monté dans la cuvette, et une membrane ayant un pourtour circulaire fixé à ce support torique et une zone centrale portant la paroi 10 mobile, cette membrane étant réalisée dans un matériau polymère se contractant et/ou se détendant sur application d'une tension. L'invention concerne également une cale telle que définie ci-dessus, comprenant une première et une seconde 15 membrane fixées au support torique 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. L'invention concerne également une cale telle que 20 définie ci-dessus, dans laquelle la paroi mobile est délimitée partiellement par une membrane de l'actionneur. L'invention concerne également une cale telle que définie ci-dessus, dans laquelle la paroi mobile est une paroi élastique partiellement en appui sur une partie 25 mobile de l'actionneur. L'invention concerne un système tel que défini ci-dessus, et une unité de commande reliée à cette cale pour piloter l'actionneur en fonction de données représentatives de vibrations devant être filtrées par 30 cette cale. L'invention concerne un système tel que défini ci-dessus, comprenant un capteur de vibrations relié à l'unité de commande pour déterminer en temps réel des paramètres de pilotage de l'actionneur. 35 L'invention concerne un système tel que défini ci-dessus, comprenant des moyens de pilotage de l'actionneur en boucle ouverte ou en boucle fermée. 2908487 6 L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. La figure 1 est un graphe représentatif des fréquences de vibrations susceptibles d'apparaître dans 5 un véhicule automobile ; La figure 2 est un graphe représentatif de la réponse en vibration d'un élément élastique en caoutchouc ; La figure 3 est une vue en coupe longitudinale 10 d'une cale hydroélastique connue ; La figure 4 est une vue en coupe d'une autre cale hydroélastique connue ; La figure 5 est un graphe représentatif de la raideur d'une cale hydroélastique connue en fonction de 15 la fréquence de vibrations pour deux amplitudes différentes ; La figure 6 est un graphe représentatif du déphasage introduit par une cale hydroélastique connue pour deux amplitudes de sollicitations différentes ; 20 La figure 7 est un graphe représentatif de l'évolution de la pression du liquide contenu dans une cale hydroélastique connue au cours d'un cycle et demi de sollicitation en vibration mécanique ; La figure 8 est une première vue en coupe d'un 25 actionneur équipant la cale hydroélastique selon l'invention ; 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 30 l'actionneur de la figure 8 ; La figure 11 est une vue en coupe de la cale hydroélastique selon l'invention complétée par un organigramme représentatif d'une séquence de commande de son actionneur. 35 L'idée à la base de l'invention réside dans l'analyse selon laquelle les bruits générés par la cale 2908487 7 proviennent au moins partiellement de phénomènes de cavitation du liquide qu'elle contient. Ceci est illustré schématiquement sur le graphe de la figure 7, dans lequel il apparaît que la pression du 5 liquide 14 lorsque la cale est soumise à des vibrations mécaniques d'amplitude élevée passe par des valeurs très basses, c'est-à-dire inférieures à Obar, et correspondant à la pression de vapeur saturante du liquide. La pression de liquide augmente lorsque la cale est 10 sollicitée en compression, et elle diminue lorsque la cale est sollicitée en traction. Dans le cas de vibrations de faible amplitude, ce qui correspond à la courbe en traits pleins, la pression reste supérieure à la pression de vapeur saturante de 0 bar. 15 Mais dans le cas de vibrations de forte amplitude, ce qui correspond à la courbe en pointillés, la pression passe par des valeurs inférieures à 0 bar et peut atteindre des pressions valant -1 bar, en pression absolue. 20 Du fait de ces variations, le liquide 14 passe successivement de l'état liquide lorsque la pression est suffisante à l'état gazeux lorsque la pression est trop faible. Ces changements d'état du liquide se traduisent par des explosions ou implosions correspondant au 25 phénomène de cavitation. Ce sont ces explosions ou implosions qui se produisent cycliquement à la fréquence des vibrations qui génèrent le bruit parasite issu de la cale. Ce phénomène est encore amplifié par la température 30 de la cale car la pression de vapeur saturante du liquide 14 augmente avec la température de ce liquide. Ainsi, le bruit de cavitation produit par la cale a un niveau d'autant plus élevé que les vibrations ont une forte amplitude, et que la température de la cale est 35 importante. Afin de réduire le bruit issu de la cale, l'invention prévoit un actionneur portant la paroi 2908487 8 mobile, pour piloter les déplacements de cette paroi mobile, afin d'éviter que la pression de liquide n'atteigne la pression de vapeur saturante provoquant le phénomène de cavitation. 5 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 repéré par 22. 10 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. Dans l'exemple des figures, le support fixe a une 15 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. Ce support peut aussi avoir une forme généralement 20 torique à section carrée. Il comprend une ouverture 29 circulaire intérieure traversant les deux faces et définissant ainsi un premier et un second bord interne circulaire, dans chaque face, ces bords étant repérés par 31 et 32. 25 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 externes des membranes 24 et 26 sont ainsi espacés l'un 30 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, 34 et 36, entre lesquelles elles sont comprimées. La 35 première membrane 24 est comprimée entre les plaques 33 et 34, et la seconde membrane 26 est comprimée entre les plaques 34 et 36. 2908487 9 Ces trois plaques ont chacune une forme de disque 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 5 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. Lorsque les plaques centrales sont montées, comme c'est le cas dans l'exemple des figures, les zones 10 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, entourée par une couronne tronconique dont le bord externe est fixé au support. 15 Chaque membrane 24, 26 comprend une fine couche de polymère située entre deux couches formant électrodes. Lorsqu'une tension est appliquée entre les électrodes, elles tendent à se rapprocher, ce qui tend à faire diminuer l'épaisseur de la couche de polymère et par là 20 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 représentés. Lorsque la première membrane 24 est mise sous tension, sa surface tend à augmenter, de sorte que 25 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 9 et 10. Plus particulièrement, l'augmentation de la largeur 30 de la couronne tronconique provoque une augmentation de l'angle a que forme cette couronne tronconique avec un plan médian de l'actionneur. Le déplacement de la zone centrale des membranes est d'autant plus important que la tension appliquée à au 35 moins l'une de ces membranes est élevée. De manière analogue, la seconde membrane 26 peut elle aussi être 2908487 10 commandée pour déplacer la zone centrale, en sens inverse. Ainsi, dans le cas de la figure 8, c'est la seconde membrane 26 qui est mise sous tension, provoquant ainsi 5 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 partie centrale vers la droite sur les figures. 10 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 paroi mobile de l'actionneur. Comme représenté en figure 11, un actionneur du 15 type de celui des figures 8 à 10 est monté dans la cale hydroélectrique selon l'invention. Il porte la paroi mobile en étant commandé pour accompagner les mouvements de cette paroi tout en limitant leur amplitude afin d'éviter que la pression du liquide 14 n'atteigne la 20 pression de vapeur saturante. Cet actionneur est monté dans la cuvette 7 formant embase en ayant son support fixe torique rigidement fixé à la face interne du bord de la cuvette 7. Il porte en son centre la paroi mobile qu'il est apte à déplacer soit 25 en direction du clapet comme c'est le cas dans la figure 11, soit en direction du fond de la cuvette. Dans la figure 11, l'ensemble repéré par 38 comprend l'actionneur et la paroi mobile qu'il porte. L'actionneur monté dans la cale est relié à une 30 unité de commande 42, par deux fils conducteurs repérés par 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 électrique de type alternatif pour accompagner les 35 mouvements de la partie mobile tout en les limitant pour que la pression du liquide 14 n'atteigne pas la pression de vapeur saturante durant ces mouvements. 2908487 11 A cet effet, l'unité de commande est reliée à un 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 5 fréquence, de l'amplitude et de la phase de ces vibrations mécaniques. En fonction de ces paramètres, l'unité de commande détermine les caractéristiques du signal de commande à injecter dans l'ensemble 38 pour éviter que la pression 10 de vapeur saturante ne soit atteinte. Comme illustré schématiquement en figure 11, le signal de commande est choisi parmi plusieurs signaux possibles repérés par U1, U2 .. Un, à partir des données fournies par le capteur 42, de manière à limiter les 15 variations de pression tout en accompagnant les mouvements de cette paroi. Le signal de commande a par exemple la même fréquence que celle des vibrations mesurées par le capteur 42, et son déphasage par rapport aux vibrations 20 mécaniques, ainsi que son amplitude, sont modulés en fonction de la fréquence et de l'amplitude de ces vibrations mécaniques. Ainsi, la commande peut être une commande en boucle ouverte correspondant simplement à une cartographie de la 25 tension en fonction des sollicitations mécaniques, ce qui permet de réduire le coût de fabrication du dispositif. Optionnellement, la cale est aussi équipée d'un capteur 44 de la pression du liquide 14, monté dans la chambre 12 sur l'exemple de la figure 11, et le système 30 de commande modifie au bloc 46 le signal de commande en fonction de l'évolution effective de la pression du liquide 14, telle que reflétée par le capteur 44. Dans ce cas, la pression du liquide 14 étant pilotée en boucle fermée pour rester supérieure à la 35 pression de vapeur saturante, la cale peut être pilotée pour offrir des performances optimales. 2908487 12 Il est aussi possible d'utiliser un algorithme de 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 cuvette rigide (7) formant embase, un élément élastique (6) et une paroi mobile (17') fixés à cette cuvette pour délimiter conjointement une cavité déformable (12, 13) renfermant un liquide (14), la paroi (17') étant apte à se rapprocher ou s'éloigner du fond de la cuvette pour compenser des variations de pression du liquide (14), caractérisée en ce que la paroi mobile (17') est portée par un actionneur fixé à la cuvette (7) et pouvant être commandé électriquement pour déplacer la paroi (18) afin de réguler la pression dans la cavité déformable (12, 13). 2. Cale selon la revendication 1, dans laquelle l'actionneur (22) comprend un support (23) fixe généralement torique monté dans la cuvette (7), 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. Cale selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle la paroi mobile est délimitée partiellement par une membrane de l'actionneur. 5. Cale selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle la paroi mobile est une paroi élastique partiellement en appui sur une partie mobile de l'actionneur. 6. Système incluant une cale selon l'une des revendications 1 à 5 et une unité de commande reliée à 2908487 14 cette cale (1) pour piloter l'actionneur (22) en fonction de données représentatives de vibrations devant être filtrées par cette cale (1). 7. Système selon la revendication 6 comprenant un 5 capteur de vibrations relié à l'unité de commande pour déterminer en temps réel des paramètres de pilotage de l'actionneur (22). 8. Système selon l'une des revendications 6 ou 7, comprenant des moyens de pilotage de l'actionneur en 10 boucle ouverte. 9. Système selon l'une des revendications 6 ou 7, comprenant des moyens de pilotage de l'actionneur en boucle fermée.