Brevet FR2924189A1 — publié le 20090529

DISPOSITIF ANTIVIBRATOIRE HYDRAULIQUE POUR GROUPE MOTO PROPULSEUR DE VEHICULES AUTOMOBILES. La présente invention concerne un dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif antivibratoire hydraulique destiné à être interposé entre des éléments de type châssis de véhicule et groupe moto propulseur (GMP) ; le dispositif selon l'invention assure alors les amortissements et les liaisons mécaniques entre ces deux éléments. Elle a essentiellement pour but l'atténuation des vibrations sur une large plage de fréquences transmises à une structure par une source vibratoire. Dans un dispositif selon l'invention, le châssis ou caisse du véhicule constitue la structure et le GMP constitue la source vibratoire. Le GMP engendre des vibrations qui évoluent en fonction du régime moteur. Il transmet également à la 20 caisse des vibrations issues de la chaussée. La plage de ces vibrations est divisée en deux catégories suivant le régime moteur : - vibrations basses fréquences ; - vibrations hautes fréquences. 25 Dans le but d'absorber ou dans une moindre mesure de limiter les vibrations tout en maintenant le GMP, les dispositifs antivibratoires sont utilisés aux interfaces châssis/moteur et liaison au sol/moteur. Ainsi dans un premier temps, les dispositifs 30 antivibratoires utilisés pour absorber les vibrations sont des cales élastomères, lesdites cales présentant des caractéristiques définissant un compromis entre le filtrage d'une large bande de fréquences et l'amortissement d'amplitudes de vibrations. Les cales 35 élastomères sont efficaces pour dissiper des vibrations à hautes fréquences (HF) avec de petites amplitudes d'oscillations mais ne le sont plus pour atténuer les vibrations basses fréquences avec de grandes amplitudes d'oscillations. Pour remédier à ces inconvénients, on a développé d'autres types de dispositifs antivibratoires, plus coûteux. Ces dispositifs de dissipation des vibrations hautes fréquences et basses fréquences sont : - des cales hydrauliques dites passives ; elles permettent d'avoir une raideur et un amortissement élevés pour amortir un mode basse fréquence de la structure. La raideur est cependant souvent élevée à hautes fréquences, et ces cales hydrauliques sont moins efficaces que les cales élastomères à hautes fréquences ; - des cales hydrauliques présentant plusieurs états adaptés à différents régimes moteurs et différentes 15 amplitudes de vibrations ; -des cales dites actives ou autres dispositifs actifs ; ces dispositifs génèrent des vibrations en opposition de phases avec les vibrations issues de la source de vibration. Les vibrations résultantes, par 20 sommation des deux amplitudes déphasées sont alors de faibles amplitudes. La figure 1 montre plus en détail la représentation d'une cale hydraulique classique 15 dite passive. Sur la figure 1, on a représenté : 25 - une chambre basse 10 ; - une chambre haute 11 ; - une colonne inertielle 13 ; la colonne inertielle 13 joue le rôle de masse vibrante entre deux ressorts matérialisés par la chambre basse 10 et la chambre haute 30 11. Elle a pour fonction d'augmenter, à une fréquence déterminée, la raideur et l'amortissement d'une cale élastomère 14 positionnée en contact de la partie supérieure de la chambre haute 20 - un découpleur 12 ; le découpleur 12, généralement un disque métallique ou une 35 membrane caoutchouc de faible inertie, est ajouté pour diminuer l'augmentation de raideur aux hautes fréquences ; - un fluide 16 communiquant entre la chambre basse 10 et la chambre haute 11 par la colonne inertielle 13 ; une membrane souple 19 définissant la limite inférieure de la chambre basse 10. La membrane souple 19 se déforme et crée un amortissement lorsque le découpleur 12 déplace le fluide 16 dans la chambre basse 10 en réponse à une excitation de la cale hydraulique 15 ; - un goujon 17 destiné à être fixé sur un support, tel qu'un châssis de véhicule ; - un goujon 18 destiné à être fixé sur une source vibratoire, tel qu'un groupe moto propulseur. Le principe de fonctionnement de la cale hydraulique 15 est différent selon l'excitation appliquée. Il faut entendre par excitation, une vibration transmise par la source vibrante à la cale hydraulique. On distingue deux principes de fonctionnement selon les excitations suivantes : - lors d'une grande amplitude d'excitation, le fluide hydraulique de l'une des deux chambres, chambre haute 11 ou chambre basse 10, déplace le découpleur 12 en butée dans son logement 9, respectivement en bas pour un déplacement du fluide hydraulique 15 de la chambre haute 11 à la chambre basse 10 et en haut pour son inverse. Le découpleur 12 ainsi en butée ne permet plus le passage de fluide hydraulique 16. Le fluide hydraulique 16 passe alors uniquement par la colonne inertielle 13, ce qui permet d'augmenter la raideur et l'amortissement de la cale hydraulique 15. Cette raideur élevée permet de garantir le maintien et le faible déplacement du GMP lors des vibrations basses fréquences à grandes amplitudes résultant du roulement ; - lors d'une faible amplitude d'excitation, le fluide hydraulique 16 se déplace entre les chambres basse 10 et haute 11, déplaçant ainsi le découpleur 12 sans atteindre sa position de butée. Le découpleur 12 vibre alors librement dans son logement 9, permettant ainsi de réduire la raideur apparente de la cale hydraulique 15. Un tel phénomène se produit pour des hauts régimes moteurs et pour un régime moteur ralenti. Dans l'état de la technique, ce type de cale, dite cale hydraulique passive, ne répond pas totalement aux sollicitations imposées par le véhicule et son efficacité est limitée aux régimes moteur faibles et aux faibles amplitudes d'excitation. En effet, les cas suivant démontrent les limites de la cale hydraulique 15 : - dans le cas du régime moteur ralenti, c'est-à- dire la plage de fréquence entre 15 et 50 Hz, la cale hydraulique est soumise à des vibrations basses fréquences avec de faibles amplitudes. Le découpleur 12 est libre, mais la raideur de la cale hydraulique est encore élevée et l'amortissement est insuffisant pour dissiper les vibrations issues du groupe moto propulseur ; dans le cas des hauts régimes moteur, l'amortissement du système est très faible et la raideur est trop élevée pour être efficace. Dans ce cas, l'utilisation d'une cale élastomères est plus efficace. En conséquence, des systèmes actifs ont été développés, à partir d'une cale hydraulique passive 15 dans le but d'élargir la plage d'efficacité de ladite cale hydraulique 15. Les systèmes actifs existant utilisent : - des pièces mécaniques contrôlant le débit de la colonne inertielle ; - des fluides dit fluide magnéto-rhéologique pour limiter ou supprimer le nombre de pièces mobiles du dispositif. Un fluide magnéto-rhéologique est généralement composé de particules ferromagnétiques polarisables en suspension plongées dans une huile synthétique neutre. Sa particularité est la modification de sa viscosité ou de son fluage par simple application d'un champ magnétique. Néanmoins, ces dispositifs actifs ne sont pas totalement satisfaisants car ils ne répondent que partiellement aux limites de la cale hydraulique 15. Ils apportent uniquement une solution dans les régimes moteurs faibles sans amélioration du comportement de la cale hydraulique 15 à hautes fréquences. L'objet de l'invention propose une solution aux problèmes qui viennent d'être exposés. L'invention concerne ainsi un dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles, ledit système comportant : - une chambre haute ; - une chambre basse ; - un découpleur séparant la chambre haute et la chambre basse ; - une première colonne inertielle permettant la 15 communication entre la chambre haute et la chambre basse d'un fluide ; caractérisé en ce que le fluide est un fluide magnéto-rhéologique sur lequel un premier champ magnétique est appliqué, intervenant ainsi sur des 20 mouvements du découpleur. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le dispositif antivibratoire hydraulique selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques 25 supplémentaires parmi les suivantes : - le fluide magnéto-rhéologique contrôle le débit de la colonne inertielle par l'application d'un deuxième champ magnétique sur ledit fluide ; - le dispositif comporte une deuxième colonne 30 inertielle dont le débit est contrôlé par le fluide magnéto-rhéologique ; - la deuxième colonne inertielle dont le débit est géré par le fluide magnéto-rhéologique se situe en périphérie dudit dispositif ; 35 - le découpleur a la forme d'un disque ; - le découpleur comporte une pluralité de colonnes creuses parallèles assurant un débit contrôlé du fluide magnéto-rhéologique par l'application du premier champ magnétique ; - le premier champ magnétique est constitué d'une pluralité de champs magnétiques, chaque champ magnétique 5 étant spécifique à une des colonnes creuses ; - le champ magnétique présente une amplitude qui est fonction de caractéristiques de vibrations perçues par ledit dispositif, lesdites caractéristiques étant notamment une amplitude et une fréquence des vibrations ; 10 - les dimensions d'une première colonne inertielle et d'une deuxième colonne inertielle sont respectivement voisines de, c'est-à-dire en acceptant une marge de 10% : - Longueur de la première colonne inertielle (53) L1 15 = 3cm - Diamètre de la première colonne inertielle (53) D1 = 6mm - Longueur de la deuxième colonne inertielle (54) L2 = 22cm ; 20 - Diamètre de la deuxième colonne inertielle (54) D2 = 8mm - le disque du découpleur présente un rayon R sensiblement, c'est-à-dire en acceptant une marge de 10%, égale à 3,5cm. 25 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple 30 illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, est une représentation d'une cale hydraulique classique dite passive ; - la figure 2, est une représentation du principe 35 de réalisation d'une colonne inertielle dont le débit est contrôlé avec un fluide magnéto-rhéologique ; - la figure 3 est une représentation d'une cale hydraulique selon l'invention représentant un découpleur sous la forme de colonnes parallèles ; - la figure 4 est une représentation d'une cale 5 hydraulique selon l'invention représentant un découpleur à disque et à ventouses magnétiques. Les différents éléments apparaissant sur plusieurs figures auront gardé, sauf précision contraire, la même référence. Les notions de direction et de position, de 10 type "haut", "bas",_ sont mentionnées dans des conditions classiques de disposition des différents éléments concernés lorsqu'ils sont effectivement mis en place dans un dispositif antivibratoire hydraulique pour GMP de véhicules automobiles. 15 La figure 2 est une représentation schématique en coupe d'un dispositif d'une colonne inertielle 24 dont le débit est contrôlé par un fluide magnéto-rhéologique 23 utilisé selon l'invention. Ledit dispositif comporte dans cette représentation : 20 - une bobine 21 générant un champ magnétique 22 ; - un acier conducteur magnétique 25 dirigeant le champ magnétique 22 autour d'une colonne inertielle 24 ; - un fluide magnéto-rhéologique 23 circulant dans la colonne inertielle 24. 25 La viscosité du fluide magnéto-rhéologique 23, circulant dans la colonne inertielle 24 varie en fonction de l'intensité du champ magnétique 22 appliqué autour de la colonne inertielle 24, ce qui permet de contrôler le débit de la colonne inertielle 24. 30 L'application d'un tel dispositif dans une cale hydraulique classique 15 permet une variation de raideur dynamique de ladite cale. La raideur dynamique est alors fonction de l'intensité du champ magnétique 22 appliqué autour de la colonne inertielle 24. 35 La figure 3 illustre deux vues d'une cale hydraulique 30 intégrant un découpleur à colonnes parallèles 31. La vue 3-A est une coupe de face de la cale hydraulique 30, la vue 3-B est une coupe horizontale suivant le plan C-C de la vue 3-A. La cale hydraulique 30 est composée des éléments suivants : - une chambre haute 32 située dans la partie 5 supérieure de la cale hydraulique 30 ; une chambre basse 33 située dans la partie inférieure de la cale hydraulique 30 ; - une colonne inertielle verticale 35 ; - une colonne inertielle horizontale 34 située en 10 périphérie de la cale hydraulique 30 ; - un découpleur à colonnes parallèles 31 séparant la chambre haute 32 et la chambre basse 33 ; les colonnes parallèles sont de formes cylindriques débouchant dans la chambre haute 32 et la chambre basse 33 ; 15 - un fluide magnéto-rhéologique 23 circulant entre la chambre haute 32 et la chambre basse 33 par les colonnes inertielles 35, 34 et par le découpleur à colonnes parallèles 31. Le principe de fonctionnement de cette cale 20 hydraulique à découpleur à colonnes parallèles est le suivant . - en l'absence d'un champ magnétique, la viscosité du fluide magnéto-rhéologique 23 est faible, le fluide magnéto-rhéologique 23 circule au travers des colonnes 25 parallèles du découpleur 31 et des colonnes inertielles 35, 34 sous l'action d'une vibration exercée sur la cale hydraulique 30. La raideur apparente de la cale hydraulique 30 est alors peu élevée ; - sous l'action d'un champ magnétique, la viscosité 30 du fluide magnéto-rhéologique 23 augmente avec l'intensité du champ magnétique. Il est alors possible de bloquer la circulation du fluide magnéto-rhéologique 23 au travers de l'un ou de plusieurs éléments suivants : - la première colonne inertielle 35 ; 35 - la deuxième colonne inertielle 34 ; - les colonnes parallèles du découpleur 31. Il est également possible d'avoir un champ magnétique constitué d'une pluralité de champs magnétiques gérés spécifiquement, c'est-à-dire soit : - un champ magnétique contrôlant le découpleur à colonnes parallèles 31 et la première colonne inertielle 34, ou la deuxième colonne inertielle 35 ou les deux colonnes inertielles 34, 35 ; un premier champ magnétique contrôlant le découpleur à colonnes parallèles 31 et un deuxième champ magnétique contrôlant la première colonne inertielle 34, ou la deuxième colonne inertielle 35 ou les deux colonnes inertielles 34, 35 ; - un premier champ magnétique contrôlant au moyen de champs magnétiques élémentaires distincts chaque colonne du découpleur à colonnes parallèles 31 et un deuxième champ magnétique contrôlant la première colonne inertielle 34, ou la deuxième colonne inertielle 35 ou les deux colonnes inertielles 34, 35. La représentation de la figure 3 n'est pas la seule possible permettant l'utilisation d'un fluide magnéto-rhéologique intervenant sur les mouvements du découpleur. La figure 4 illustre une seconde représentation d'une cale hydraulique 40 intégrant un découpleur à disque 52 à ventouses magnétiques. La cale hydraulique 40 est composée des éléments suivants : - une chambre haute 50 située dans la partie supérieure de la cale hydraulique 40 ; une chambre basse 51 située dans la partie inférieure de la cale hydraulique 40 ; - une colonne inertielle verticale 53 ; - une colonne inertielle horizontale 54 située en périphérie de la cale hydraulique 40 ; un découpleur à disques 52 séparant horizontalement la chambre haute 50 et la chambre basse 51 ; - un fluide magnéto-rhéologique 23 circulant entre la chambre haute 50 et la chambre basse 51 par les colonnes inertielles 53, 54 lors d'une vibration sur la cale hydraulique 40 ; le débit des colonnes inertielles 53, 54 variant en fonction d'un champ magnétique 55 appliqué le long desdites colonnes inertielles 53, 54 ; - une source de champ magnétique 55, dit à ventouses magnétiques situé en périphérie du découpleur à disque 52 et de la cale hydraulique 40. Le principe de fonctionnement de la cale hydraulique 40 à découpleur à disque 52 est semblable au fonctionnement détaillé ci-dessus avec la cale hydraulique 30 à découpleur à colonnes parallèles 31 : - en l'absence d'un champ magnétique 55, la viscosité du fluide est faible, le fluide magnéto-rhéologique 23 circule au travers des colonnes inertielles 53, 54 sous l'action d'une vibration exercée sur la cale hydraulique 40. Lorsque la vibration est de grande amplitude le fluide magnéto- rhéologique 23 se déplaçant entre la chambre haute 50 et la chambre basse 51 transmet un mouvement au découpleur à disques 52 qui vient en butée. L'amortissement et la raideur de la cale hydraulique 40 sont déterminés par les dimensions des colonnes inertielles. Lors de vibrations de faibles amplitudes, le mouvement du fluide magnéto-rhéologique 23 ne permet pas la mise en butée du découpleur à disque 52. Les mouvements du découpleur à disque 52 sont libres. La raideur de la cale hydraulique 40 est alors moins élevée comparativement au cas d'une vibration de grande amplitude ; la raideur est déterminée par les dimensions des colonnes inertielles 53, 54 et du découpleur à disque 52 ; - l'application d'un ou de plusieurs champs magnétiques permet d'obtenir une pluralité de raideurs et d'amortissements répondant à des plages de fréquences et d'amplitudes différentes d'une source vibratoire automobile. Il est alors possible de modifier la viscosité, grâce à l'utilisation du fluide magnéto-rhéologique 23 combiné à un champ magnétique, dudit fluide à proximité d'un ou de plusieurs éléments suivants . - la première colonne inertielle 53 ; - la deuxième colonne inertielle 54 ; - le découpleur à disque 52. Ainsi, dans l'invention, on propose un dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles comprenant notamment deux colonnes inertielles permettant de répondre plus efficacement aux excitations d'une source vibratoire, notamment le groupe moto propulseur et les vibrations de la route. Ainsi dans l'invention on propose notamment le contrôle du découpleur à disque à ventouses magnétiques combiné à la présence de deux colonnes inertielles et à l'utilisation d'un fluide magnéto-rhéologique, afin de diminuer l'amplitude d'un pic de résonnance du découpleur lors de vibrations hautes fréquences et de réduire la raideur du dispositif à faibles régimes moteurs avec de moyennes amplitudes. Les autres avantages de l'invention sont notamment les suivants . -amélioration du filtrage des vibrations à hauts régimes du GMP grâce à la fermeture du découpleur ; - amélioration de la raideur et de l'amortissement sur une plage plus grande de fréquences, notamment de 5 à 25Hz ; - intégration de ces améliorations dans un volume restreint. REVENDICATIONS 1. Dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles, ledit 5 dispositif comprenant notamment : - une chambre haute (23 ; 50) ; - une chambre basse (33 ; 51) ; - un découpleur (31 ; 52) séparant la chambre haute (23 ; 50) et la chambre basse (33 ; 51) ; 10 - une première colonne inertielle (35 ; 53) permettant le transfert entre la chambre haute (23 ; 50) et la chambre basse (33 ; 51) d'un fluide (23) ; caractérisé en ce que le fluide est un fluide magnéto-rhéologique sur lequel un premier champ 15 magnétique (55) est appliqué, intervenant ainsi sur des mouvements du découpleur (31 ; 52). 2. Dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles selon la 20 revendication 1 caractérisé en ce que le fluide magnéto-rhéologique (23) contrôle le débit de la colonne inertielle (35 ; 53) par l'application d'un deuxième champ magnétique sur ledit fluide (23). 25 3. Dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles selon l'une au moins des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième colonne inertielle (34 ; 54) dont le débit est contrôlé par le fluide magnéto- 30 rhéologique (23). 4. Dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles selon la revendication 3 caractérisé en ce que la deuxième colonne 35 inertielle (34 ; 54) dont le débit est géré par le fluide magnéto-rhéologique (23) se situe en périphérie dudit dispositif. 5. Dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles selon l'une au moins des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le découpleur (52) a la forme d'un disque. 6. Dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles selon l'une au moins des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le découpleur (31) comporte une pluralité de colonnes creuses parallèles assurant un débit contrôlé du fluide magnéto-rhéologique (23) par l'application du premier champ magnétique (55). 7. Dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles selon l'une au moins des revendications 1 à 4 et selon la revendication 6 caractérisé en ce que le premier champ magnétique (55) est constitué d'une pluralité de champs magnétiques, chaque champ magnétique étant spécifique à une des colonnes creuses. 8. Dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles selon l'une au moins des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le champ magnétique (55) présente une amplitude qui est fonction de caractéristiques de vibrations perçues par ledit dispositif, lesdites caractéristiques étant notamment une amplitude et une fréquence des vibrations. 9. Dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles selon l'une au moins des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les dimensions de la première colonne inertielle (53) et de la deuxième colonne inertielle (54) sont respectivement voisines de : 14 - Longueur de la première colonne inertielle (53) L1 = 3cm ; (53) D1 - Diamètre de la première colonne inertielle = 6mm ; (54) L2 - Longueur de la deuxième colonne inertielle = 22cm ; - Diamètre de la deuxième colonne inertielle (54) D2 = 8mm. 10. Dispositif antivibratoire hydraulique pour groupe moto propulseur de véhicules automobiles selon la revendication 5 caractérisé en ce que le disque du découpleur (52) présente un rayon R sensiblement égal à 3,5cm.