Brevet FR3090781A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Amortisseur hydraulique à désactivation temporaire d'inertie Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne un amortisseur hydraulique à désactivation temporaire d'inertie en fonction de la fréquence appliquée sur l'amortisseur hydraulique, notamment pour un amortisseur de roue dans un véhicule automobile lors d'un rebond de roue à haute fréquence. Art antérieur [0002] Les véhicules automobiles comportent sur chaque roue un amortisseur disposé en parallèle d'un ressort de suspension, qui freine le mouvement de la suspension afin d'assurer le confort et la tenue de route. [0003] On utilise souvent des amortisseurs hydrauliques comprenant une tige liée à un piston se déplaçant dans un cylindre en délimitant deux chambres, avec une limitation des passages du fluide d'une chambre à l'autre afin de freiner les mouvements de cette tige. [0004] L'intensité du freinage du mouvement de la suspension, différenciée suivant la direction de ce mouvement, représente un compromis répondant à différentes contraintes. En particulier, il est intéressant pour améliorer le confort de freiner le mode propre d'oscillation de la caisse du véhicule formant la masse suspendue, présentant une basse fréquence généralement comprise entre 1 et 5Hz. [0005] Pour cela, un type d'amortisseur connu, présenté notamment par le document US- Al-20130037362, comporte un système à inertie comprenant une colonne de fluide reliant les deux chambres disposées de chaque côté du piston. [0006] La colonne de fluide enroulée autour du corps de l'amortisseur, présente une section réduite et une longueur suffisamment importante pour contenir une masse de fluide mise en mouvement avec une grande vitesse par le débattement de la suspension, ce qui ajoute artificiellement une inertie à la caisse lors de ses mouvements freinant les oscillations basses fréquences. [0007] Un autre type d'amortisseur connu, présenté notamment par le document CN- A-105276060, comporte une colonne hélicoïdale de fluide qui est disposée autour ou à côté du corps de l'amortisseur. [0008] Toutefois, pour ces différents types d'amortisseur la colonne de fluide, disposée à l'extérieur du corps de l'amortisseur, ajoute une masse que l'on cherche à réduire pour diminuer les consommations du véhicule, et un volume qui n'est pas toujours disponible dans l'environnement de la suspension. 2 100091 Lorsque l'on utilise un amortisseur hydraulique de suspension de roue pour un véhicule automobile de type inertiel, une masse fictive ajoutée est visible à la fréquence de pompage de caisse, qui est d'environ de 1 à 1.5 Hertz, ce qui est souhaité. [0010] Par contre, cela se produit aussi sur ce qui est appelé la fréquence du rebond de roue se produisant aux environs d'une fréquence de 4 Hertz, cette fréquence correspondant à la fréquence du rebond, voisine de 15 Hertz mais cependant corrigée par l'apport d'inertie procuré par l'amortisseur faisant descendre cette fréquence en dessous de 5 Hertz. [0011] Une telle fréquence de rebond de roue, même corrigée, est très pénalisante mais inhérente à l'amortisseur hydraulique qui qui couple la roue à la caisse via une inertie très importante. [0012] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est, pour un amortisseur hy- draulique inertiel, de suspendre temporairement l'inertie hydraulique délivrée par cet amortisseur hydraulique à des fréquences prédéterminées pour lesquelles il est reconnu qu'un maintien de l'inertie de l'amortisseur est très préjudiciable. Résumé de l'invention [0013] A cet effet la présente invention concerne un amortisseur hydraulique de suspension de véhicule automobile comportant un corps cylindrique contenant un piston fixé à une tige axiale coulissante, délimitant dans ce corps deux chambres qui sont reliées par une colonne de fluide à inertie débouchant dans chaque chambre par un premier ou deuxième orifice respectif disposé latéralement sur la tige axiale, caractérisé en ce que la colonne de fluide à inertie est formée à l'intérieur de la tige axiale et que le piston est relié à un obturateur par un ressort, une masse de l'obturateur et une constante de rappel du ressort étant calibrés pour que l'obturateur ferme temporairement et au moins partiellement le premier orifice à unc fréquence prédéterminée appliquée à l'amortisseur. [0014] L'invention propose un dispositif de désactivation de l'inertie hydraulique d'un amortisseur, ceci en fonction de la fréquence. [0015] L'effet technique ainsi obtenu est d'avoir une inertie maximale sur le mode que l'on souhaite amortir, principalement le mode de caisse pour un amortisseur hydraulique de suspension de roue dans un véhicule automobile et minimale sur les autres fréquences, notamment sur une bande de fréquence qui correspond au rebond de roue associée à l'amortisseur. [0016] La présente invention combine avec effet interactif et synergie une technologie d'une colonne hydraulique dans la tige avec un tel dispositif de désactivation, ce qui procure une grande synergie. [0017] En effet, un amortisseur hydraulique inertiel ajoute une masse fictive à la caisse du 3 véhicule vue par la suspension diminuant la fréquence propre d'oscillation de cette caisse avec cependant le détriment de présenter une inertie trop forte lors d'un rebond de roue. [0018] Cc dernier désavantage est annulé par l'action du dispositif de dispositif de désac- tivation de l'inertie hydraulique d'un amortisseur, ceci en fonction de fréquences prédéterminées pour lesquelles une telle inertie n'a pas lieu d'être ou est même préjudiciable, par exemple à une fréquence correspondant à la fréquence de rebond de roue corrigée par l'amortisseur. [0019] TI y a donc une forte interaction entre un amortisseur du type inertiel et le dispositif de désactivation inertielle, ce qui permet d'obtenir un amortisseur hydraulique adapté pour toutes les fréquences travaillées et ne présentant que des avantages pour toutes les fréquences appliquées à l'amortisseur. [0020] Le dispositif de désactivation formé d'un obturateur relié au piston par un ressort est très simple de conception et d'un encombrement très réduit en pouvant très bien être intégré dans un amortisseur inertiel, ceci sans nécessiter d'adaptation spécifique pouvant impliquer une rcconfiguration de l'amortisseur. [0021] Avantageusement, la fréquence prédéterminée correspond à la fréquence de rebond d'une roue du véhicule automobile associée à l'amortisseur hydraulique. [0022] Avantageusement, la fréquence de rebond est corrigée en fonction d'un apport d'inertie fourni par l'amortisseur hydraulique. [0023] Avantageusement, la colonne à inertie est formée par des canaux axiaux disposés le long de la tige, les canaux axiaux étant disposés en série formant chacun successivement un aller ou un retour le long de la tige axiale. [0024] Avantageusement, les deux chambres sont superposées verticalement en position montée de l'amortisseur hydraulique sur le véhicule automobile en formant respectivement une chambre supérieure et une chambre inférieure, le premier orifice étant celui de la chambre supérieure. [0025] Avantageusement, le premier orifice débouche dans le premier canal s'étendant jusqu'à une extrémité longitudinale de la tige, le premier canal étant prolongé par un deuxième canal jusqu'à l'autre extrémité longitudinale de la tige axiale, le deuxième canal étant prolongé par un troisième canal jusqu'au deuxième orifice. [0026] Un avantage de cet amortisseur est que la colonne de fluide formée à l'intérieur de la tige axiale, pouvant comporter plusieurs allers et retours le long de cette tige afin d'augmenter sa longueur, utilise un espace à l'intérieur de l'amortisseur. On évite de prendre un volume à l'extérieur du corps de l'amortisseur pour réaliser la colonne, sans équipement extérieur supplémentaire et on augmente peu la masse de l'amortisseur et son coût. [0027] On obtient ainsi un amortisseur hydraulique compact qui ajoute sur la caisse du véhicule une masse fictive vue par la suspension, diminuant la fréquence propre d'oscillation de cette caisse. [0028] Avantageusement, le piston et l'obturateur comprennent des moyens d'étanchéité dynamique par rapport à une paroi interne du corps cylindrique. [0029] Avantageusement, un contour externe de la tige axiale coulissante porte une butée contre un mouvement de l'obturateur en éloignement de l'orifice associé à l'obturateur, la butée étant disposée du côté d'une face de l'obturateur opposée au piston. [0030] Avantageusement, le piston comprend au moins un perçage permettant une commu- nication entre les deux chambres, ledit au moins un perçage comprenant un dispositif d'amortissement par restriction du type clapet, diaphragme ou toute autre technologie d'amortissement par dissipation permettant un passage libre du fluide de la chambre supérieure vers la chambre inférieure et un passage freiné dans une direction opposée. [0031] Avantageusement, la tige sort vers l'extérieur axialcment à l'amortisseur hydraulique à chaque extrémité longitudinale du corps cylindrique de l'amortisseur. [0032] L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile équipé d'amortisseurs de suspension sur des trains roulants, chaque amortisseur de suspension étant comme précédemment décrit. Brève description des figures [0033] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages appa- raîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0034] [fig.1] - la figure 1 est un schéma en coupe axiale d'un amortisseur hydraulique selon l'invention, présenté dans une position médiane correspondant à une fréquence relativement faible, par exemple de l'ordre de 2 Hertz, un ressort d'un obturateur d'un orifice de la tige axiale poussant l'obturateur contre une butée en éloignement du piston, [0035] [fig.2[ - la figure 2 présente l'amortisseur montré à la figure 1 lors d'un travail en compression à une fréquence relativement faible, par exemple de l'ordre de 2 Hertz, la tige axiale ayant fait plus saillie de l'amortisseur hydraulique qu'à la figure 1 et la chambre supérieure ayant diminué de volume, [0036] [fig.3] - la figure 3 est un schéma en coupe axiale d'un amortisseur hydraulique selon l'invention soumis à une fréquence prédéterminée pour laquelle une suspension ou inhibition temporaire de l'inertie fournie par l'amortisseur est requise, ceci à une fréquence relativement forte, par exemple de l'ordre de 4 Hertz ou plus, avec inhibition temporaire de l'inertie, [0037] [fig.4] - la figure 4 présente l'amortisseur montré à la figure 3 lors d'une poursuite du travail en compression, [0038] [fig.5] - la figure 5 montre une comparaison de deux courbes d'un amortisseur hydraulique inertiel selon l'état de la technique et d'un amortisseur hydraulique inertiel selon la présente invention avec inhibition de l'inertie pour une gamme spécifique de fréquences, un pic inertiel en fonction des fréquences prédéterminées requérant une inhibition de l'inertie n'étant pas visible à cette figure 5 sur la courbe de l'amortisseur selon la présente invention mais l'étant sur la courbe de l'amortisseur selon l'état de la technique. [0039] Il est à garder à l'esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité. Description détaillée de l'invention [0040] Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées. [0041] Les figures I à 4 présentent un amortisseur comportant un corps principal tubulaire 2 allongé suivant un axe vertical aux figures, comprenant une tige axiale 4 sortant aux deux extrémités longitudinales de ce corps 2. Un piston 6, fixé à la tige axiale 4, coulisse dans l'alésage du corps 2 avec une étanchéité dynamique 18 disposée sur son contour. [0042] Lc piston 6 délimite une chambre inférieure 8 et une chambre supérieure 10, in- férieure et supérieure correspondant à leur position respective quand l'amortisseur est en position montée en étant associée à une roue d'un véhicule automobile en appui sur un plan horizontal. [0043] La tige axiale 4 sortant axialement aux deux extrémités longitudinales du corps 2 permet d'obtenir une variation de volume identique entre les deux chambres 8, 10 lors des mouvements du piston 6, ce qui évite l'installation d'un système complémentaire compensant un écart de variation de ces volumes, nécessaire dans le cas où la tige axiale ne sort que d'un seul côté. [0044] En particulier, le corps 2 de l'amortisseur peut être fixé à la caisse du véhicule et la 6 tige axiale 4 à un élément de la suspension. En variante, on peut inverser ces deux fixations. L'amortisseur présenté sur les figures dans une position verticale, peut prendre toutes les inclinaisons dans le véhicule. [0045] La tige axiale 4 comporte un peu au-dessus du piston 6 un premier orifice 12 dé- bouchant latéralement dans une colonne intérieure 14 formée le long de cette tige axiale. La tige axiale 4 comporte aussi un deuxième orifice 16 débouchant latéralement dans une colonne intérieure ou colonne de fluide à inertie 14 formée à l'intérieur et le long de cette tige axiale 4, le deuxième orifice 16 débouchant latéralement avantageusement dans une direction opposée au débouché du premier orifice 12. [0046] Un tel amortisseur inertiel est apte à générer une inertie à partir d'un volume de fluide déplacé. Pour traiter et désactiver l'inertie sur une ou une gamme de fréquence prédéterminées, notamment une fréquence corrigée ou non correspondant à un rebond de roue, il est utilisé un obturateur 21 du premier orifice 12 avec une niasse propre de l'obturateur 21 pilotant la fermeture du premier orifice 12 pour inhiber le système inertiel de l'amortisseur. [0047] Selon l'invention, le piston 6 est relié à un obturateur 21 par un ressort 22. Une niasse de l'obturateur 21 et une constante de rappel du ressort 22 sont calibrés pour que l'obturateur 21 ferme temporairement le premier orifice 12 en l'obstruant au moins partiellement à une fréquence prédéterminée appliquée à l'amortisseur. [0048] Au repos, l'obturateur 21 peut se trouver sur un côté du premier orifice 12 opposé à celui sur lequel se trouve le piston 6. [0049] Ainsi, à proximité du premier orifice 12, l'obturateur 21 est disposé en étant coulissant sur la tige axiale et fixé au piston 6 par un ressort 22. La masse de l'obturateur 21 est calibrée pour obturer le premier orifice 12 pour une fréquence prédéterminée, par exemple une fréquence du rebond de roue autour de 15 Hertz. [0050] L'obturateur 21 est donc fixe sur les fréquences basses, par exemple entre 0 et 4 Hertz. Le premier orifice 12 est alors libre et l'amortisseur peut présenter une inertie hydraulique. [0051] Lorsque la fréquence s'approche d'une fréquence prédéterminée, avantageusement plus haute et notamment vers les 15 Hertz, ou d'une fréquence prédéterminée ayant été corrigée par l'amortisseur en étant abaissée, par exemple en étant vers les 4 Hertz, l'obturateur 21 se déplace et vient alors obturer le premier orifice 12 rendant l'inertie fluide inactive. [0052] La fréquence prédéterminée correspond à la fréquence de rebond d'une roue du véhicule automobile associée à l'amortisseur hydraulique, par exemple 15 Hertz mais cette fréquence peut avoir été modifiée par l'amortisseur et être descendue à 4 Hertz, du fait d'un apport d'inertie fourni par l'amortisseur hydraulique. [0053] L'homme de métier a les compétences requises pour sélectionner une fréquence pour 7 laquelle une inertie procurée par l'amortisseur est préjudiciable et de régler l'obturateur 21 de par sa masse et la constante de rappel du ressort 22 pour que l'obturateur 21 ferme le premier orifice 12 dès l'atteinte de cette fréquence. [0054] L'homme de métier a aussi les compétences pour corriger cette fréquence prédé- terminée pouvant avoir été modifiée par l'action de l'amortisseur hydraulique. [0055] Il est donné ci-après un exemple non limitatif de gammes de fréquence pour lesquelles l'obturateur 21 est actif ou non. [0056] Sur des fréquences basses, par exemple inférieures à 2 Hertz, l'obturateur 21 est en dessous de son mode propre donc inactif. L'obturateur 21 suit alors le mouvement dc la tige axiale et un circuit interne à la tige axiale est ouvert, ce qui rend actif le système à inertie fluide de l'amortisseur. Ceci est montré aux figures 1 et 2. [0057] Sur les fréquences plus hautes, par exemple autour de 4 Hertz, et pour des petits dé- battements, l'obturateur 21 est autour de sa fréquence propre donc actif à la fermeture au moins partielle du premier orifice 12. [0058] L'obturateur 21 se déplace alors par rapport à la tige axiale et indépendamment de la tige axiale 4. Par ce mouvement, il vient obturer le circuit interne à la tige axiale 4, cc qui désactive ou inhibe le système à inertie fluide de l'amortisseur. [0059] Ceci est montré aux figures 3 et 4. A la figure 3, l'obturateur 21 est en position de fermeture du premier orifice 12 et le ressort 22 n'est pas comprimé. A la figure 4, le ressort 22 a été comprimé mais l'obturateur 21 demeure encore en position dc fermeture partielle du premier orifice 12. [0060] 11 est à considérer que la fermeture du premier orifice 12 par l'obturateur 21 n'est pas permanente et même complète mais suffit à rendre l'inertie fluide suffisamment négligeable pour ne pas être sollicitée par le rebond de roue. [0061] Comme précédemment décrit pour le piston 6, l'obturateur 21 peut comprendre des moyens d'étanchéité 18 dynamique par rapport à une paroi interne du corps 2 cylindrique. [0062] Un contour externe de la tige axiale 4 coulissante peut porter une butée 23 contre un mouvement de l'obturateur 21 en éloignement de l'orifice associé à l'obturateur 21, la butée 23 étant disposée du côté d'une face de l'obturateur 21 opposée au piston 6. [0063] De manière générale, le piston 6 présent dans l'amortisseur hydraulique est lié ri- gidement à la tige axiale 4. Le piston 6 peut comprendre au moins un perçage 20 permettant une communication entre les deux chambres 8, 10. [0064] Le ou les perçages 20 peuvent comprendre un dispositif d'amortissement par res- triction du type clapet, diaphragme ou toute autre technologie d'amortissement par dissipation permettant un passage libre du fluide de la chambre supérieure vers la chambre inférieure et un passage freiné dans une direction opposée. [0065] Par exemple, sans que cela soit limitatif, on peut disposer au moins un perçage 20 du 8 piston 6 entre les deux chambres 8, 10, présentant un petit diamètre, comportant un clapet permettant un passage libre du fluide de la chambre supérieure 10 vers la chambre inférieure 8, et un passage fortement freiné dans l'autre direction. [0066] Aux figures 1 à 4, le piston 6 présente deux perçages 20 mais ceci n'est pas limitatif. [0067] La tige axiale 4 peut sortir vers l'extérieur axialement à l'amortisseur hydraulique à chaque extrémité longitudinale du corps 2 cylindrique de l'amortisseur en étant donc débouchante des deux côtés de l'amortisseur hydraulique pour ne pas avoir à gérer de compensation. [0068] En position statique de l'amortisseur hydraulique, le premier orifice 12 peut être obstrué par l'obturateur 21 dans l'amortisseur hydraulique. [0069] La colonne intérieure ou colonne à inertie 14, formée le long de cette tige axiale 4, peut loger des canaux axiaux 14a, 14h, 14c disposés le long de la tige axiale 4. [0070] Les canaux axiaux 14a, 14h,14c peuvent être disposés en série formant chacun suc- cessivement un aller ou un retour le long de la tige axiale 4. [0071] De cette manière, on obtient une colonne axiale à inertie 14 formée par trois canaux 1 4a, 14h, 14c qui se succèdent, présentant une longueur totale un peu supérieure à deux fois la longueur de la tige axiale 4. [0072] On notera qu'à partir de chaque orifice 12, 16, la colonne à inertie 14 partant du côté du piston 6 ajoute une petite longueur supplémentaire correspondant à la distance axiale entre les deux orifices 12, 16, qui s'ajoute à deux fois la longueur de la tige axiale 4. [0073] En réalisant dans la tige axiale 4 des cloisons intérieures qui séparent les canaux 14a, 14b, 14c présentant des sections identiques, on obtient une colonne à inertie 14 comprenant globalement sur toute sa longueur une surface de section constante, à l'exception des zones d'extrémité formant la liaison entre deux canaux où le fluide change de direction. [0074] En alternative, on peut former un nombre plus important de canaux que trois canaux constituant chacun un aller ou un retour suivant la longueur de la tige axiale 4, pour augmenter la longueur de la colonne à inertie 14. [0075] Les deux chambres 8, 10 peuvent être superposées verticalement en position montée de l'amortisseur hydraulique sur le véhicule automobile en formant respectivement une chambre supérieure 10 et une chambre inférieure 8, le premier orifice 12 étant celui de la chambre supérieure 10. [0076] Le premier orifice 12 peut déboucher dans le premier canal 14a s'étendant jusqu'à une extrémité longitudinale de la tige axiale 4, le premier canal 14a étant prolongé par un deuxième canal 14b jusqu'à l'autre extrémité longitudinale de la tige axiale 4, le deuxième canal 14b étant prolongé par un troisième canal 14c jusqu'au deuxième orifice 16. 9 [0077] Sans désactivation de l'inertie, le piston 6 comprime le fluide de la chambre su- périeure 10, en le repoussant par le premier orifice 12 à travers successivement le premier canal 14a tourné vers le bas, puis le deuxième canal 14b tourné vers le haut, et enfin le troisième canal 14e tourné vers le bas, débouchant par le deuxième orifice 16 dans la chambre inférieure 8. Ceci est inhibé lors du déplacement de l'obturateur 21 en face du premier orifice 12. [0078] Le volume du fluide contenu dans la colonne à inertie 14, donné par la longueur im- portante multipliée par la section de ce canal, constitue une masse lancée à une grande vitesse grâce à la section réduite, dépendant de la vitesse de coulissement de la tige axiale 4, qui amortit les oscillations de l'amortisseur. [0079] Dans le cas où le piston 6 comporte dans au moins un perçage 20 un clapet, le clapet freine peu le passage du fluide vers la chambre supérieure 10, en donnant un débit s'ajoutant à celui de la colonne à inertie 14, ce qui facilite la montée de la tige axiale 4 lors du travail en compression de l'amortisseur. [0080] La figure 5 montre deux courbes donnant une puissance d'inertie PI délivré par l'amortisseur hydraulique en fonction d'une fréquence F. La courbe en trait plein est obtenue par la mise en oeuvre de la présente invention tandis que la courbe en pointillés est obtenu pour un amortisseur hydraulique selon l'état de la technique. [0081] Pour la courbe en pointillés, il est visible deux pics de niveau d'inertie, atteignant chacun une graduation de 1,4, dont un premier pic souhaité à une fréquence d'environ 1 Hertz et recouvert par le premier pic obtenu selon un amortisseur hydraulique conforme à la présente invention, une désactivation de l'inertie n'ayant pas été mis en oeuvre pour cette fréquence. Ce premier pic souhaité correspond à la fréquence du pompage de caisse. [0082] Le deuxième pic, de même ampleur ou d'une ampleur légèrement supérieure, uniquement reconnaissable sur la courbe en pointillés relative à un amortisseur hydraulique selon l'état de la technique, se produit vers 3,5 Hertz et est relatif à un rebond de roue dont la fréquence a été corrigée. Ce deuxième pic n'est pas présent sur la courbe en trait plein relative à un amortisseur hydraulique selon la présente invention, ce qui montre l'effet de l'inhibition de l'inertie produit par la fermeture au moins partielle du premier orifice 12 par l'obturateur 21. [0083] Sur la courbe conforme à la présente invention, il est visible que le mode de caisse est bien amorti tandis qu'il n'y a plus d'effet néfaste vers 3,5 à 4 Hertz dû à un rebond de roue. 10