Brevet FR3160770A1 — publié le 20251003

L’invention concerne un dispositif de caractérisation de la raideur d’un plot de suspension de véhicule automobile, comportant : - une partie centrale (10) qui présente sensiblement trois plans de symétrie (XY, XZ, YZ) orthogonaux et qui comprend au moins deux zones planes (Z11, Z12) respectivement parallèles à deux premiers desdits plans de symétrie, et - deux parties d’extrémité (20) qui s’étendent de part et d’autre de la partie centrale (10) et qui comportent des moyens de centrage et de maintien de deux plots en position symétrique par rapport à un troisième desdits plans de symétrie. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Dispositif et procédé de caractérisation de la raideur d’un plot de suspension de véhicule automobile Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale les suspensions de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un dispositif et un procédé de caractérisation de la raideur d’un plot de suspension de véhicule automobile. Etat de la technique Un véhicule automobile comporte généralement, au niveau de chacune de ses roues, un système de suspension essentiel pour assurer une conduite confortable et sûre de ce véhicule. On connaît différents systèmes de suspensions. Il est par exemple connu d’utiliser des systèmes à jambes de force qui s’interposent entre le châssis du véhicule et les porte-fusées (lesquelles supportent les roues). Une telle jambe de force comporte généralement un vérin pour l’amortissement des contraintes, et un ressort enfilé autour du vérin. L’extrémité haute du ressort s’appuie contre une coupelle communément appelée « butée ». Cette butée porte, du côté opposé au ressort, un plot généralement en élastomère. La jambe de force est ainsi fixée au châssis du véhicule par l’intermédiaire de ce plot qui se trouve pris en sandwich entre la butée et le châssis et qui est ainsi adapté à filtrer des vibrations. On retrouve ce plot dans d’autre systèmes de suspension. Dans tous ces systèmes, ce plot permet notamment de filtrer les bruits de roulement générés par la chaussée, et plus précisément par sa granulosité, avant qu’ils ne parviennent jusqu’au châssis. Ces bruits de roulement ont une fréquence comprise entre 50 et 300 Hz. L’efficacité du filtrage de ces fréquences dépendra directement de la raideur de ce plot, laquelle raideur pourra être modifiée en jouant tant sur le matériau employé pour fabriquer le plot que sur la forme de ce plot. Il s’avère malheureusement difficile de mettre au point ces plots, notamment car il est difficile de mesurer cette raideur, du fait de la forme particulière de ce plot et de sa position sur la jambe de force. On comprend en effet que pour réaliser ces mesures, il convient d’exercer sur le plot une précharge, correspondant au quart du poids de la voiture si elle a quatre roues, puis d’appliquer une excitation vibratoire selon un axe distinct de la précharge, tout en réalisant des mesures, ce qui s’avère compliqué lorsque l’on cherche à obtenir des résultats précis et fiables directement sur le véhicule ou sur un banc d’essais. Présentation de l'invention Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif de caractérisation de la raideur d’un plot de suspension de véhicule automobile, comportant : - une partie centrale qui présente sensiblement trois plans de symétrie orthogonaux et qui comprend au moins une zone plane parallèle à un desdits plans de symétrie, et - deux parties d’extrémité qui s’étendent de part et d’autre de la partie centrale et qui comportent des moyens de centrage et de maintien de deux plots en position symétrique par rapport à un autre desdits plans de symétrie. Ainsi, l’invention propose un dispositif de mesure par analyse modale qui comporte une partie centrale de masse adaptée et qui accueille non pas un seul plot, mais deux plots en positions symétriques. Ce dispositif est ainsi conçu de façon à faciliter la mise en œuvre de la caractérisation de la raideur de chaque plot, aussi bien pendant l’installation du dispositif dans un banc de mesure que pendant les mesures elles-mêmes. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - la partie centrale présente une forme parallélépipédique, avec six faces dont l’une porte ladite zone plane ; - la partie centrale présente une forme cubique ; - chaque zone plane s’étend au centre de l’une des faces de la partie centrale ; - chaque partie d’extrémité présente une symétrie de révolution autour d’un axe ; - chaque partie d’extrémité présente un diamètre variable, qui est maximum à sa jonction avec la partie centrale ; - chaque partie d’extrémité présente, à une extrémité libre, une partie filetée ; - lesdits moyens de centrage et de maintien comportent une butée de suspension engagée sur chaque partie d’extrémité, et un écrou vissé sur chaque partie filetée de façon à bloquer ladite butée de suspension ; - chaque zone plane est au moins partiellement entourée d’un relief en saillie ; - il est prévu au moins deux zones planes respectivement parallèles à deux desdits plans de symétrie ; - la partie centrale et les deux parties d’extrémité forment un corps monobloc conformé de telle sorte que les modes de corps rigide et les modes de déformation élastique dudit corps sont respectivement situés dans des bandes de fréquences distinctes. L’invention propose également un procédé de caractérisation de la raideur d’un plot par analyse modale, dans lequel il est prévu des étapes de : - blocage de deux plots en position symétrique sur un dispositif tel que précité, - blocage des deux plots dans un bâti immobile, - application d’une excitation sur l’une puis l’autre des deux zones planes, - mesure vibratoire du dispositif, et - détermination de la raideur de chaque plot en fonction des mesures vibratoires effectuées. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Description détaillée de l'invention La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : FIG. 1 est une vue schématique en perspective du corps d’un dispositif de caractérisation selon l’invention ; FIG. 2 est une vue schématique en perspective de l’ensemble du dispositif de caractérisation de la FIG. 1 ; FIG. 3 est une vue schématique en perspective du dispositif de caractérisation de la FIG. 2 accueillant deux plots et installé dans un banc de mesure ; FIG. 4 est un graphique illustrant les variations des amplitudes de vibrations du corps de la FIG. 1 , exprimées en dB, en fonction de leurs fréquences, exprimées en Hertz, pour trois directions orthogonales. Un véhicule automobile comporte un châssis et des roues. Il comporte en outre généralement un système de suspension à chacune de ses roues, qui permet de monter le châssis de façon suspendue par rapport aux roues. Chacun de ces systèmes de suspension est solidarisé, d’un côté, à la roue et, de l’autre, au châssis du véhicule automobile. Il est commun de réaliser la solidarisation du système de suspension au châssis via un plot de filtrage réalisé dans une matière plus élastique que l’acier, typiquement en caoutchoucs thermoformés, en élastomère ou dans tout autre matériau connu pour être adéquat, afin de réduire les vibrations se propageant depuis la roue vers le châssis. Parmi ces différents systèmes de suspension, on peut par exemple considérer les systèmes à jambe de force de type MacPherson. Dans un tel système, la jambe de force comprend tout d’abord un vérin d’amortissement qui comporte un tige montée coulissante dans un fourreau. Ce fourreau est généralement fixé à un porte-fusée (côté roue). Elle comporte également un ressort qui est enfilé sur le vérin d’amortissement et qui est comprimé entre deux butées, dont une butée inférieure qui est montée sur le fourreau et une butée supérieure qui est montée sur la tige du vérin d’amortissement. Dans cet exemple, la butée supérieure est alors prévue pour être fixée au châssis du véhicule, via le plot de filtrage précité. En pratique, on connaît deux principaux systèmes de fixation d’une jambe de force à un châssis, un premier dans lequel le vérin d’amortissement est porteur, et un second dans lequel le vérin d’amortissement est non porteur. Dans les deux cas, le plot de filtrage précité s’interpose entre la jambe de force et le châssis pour filtrer les vibrations qui sont générées par le roulement de la roue sur le sol granuleux et qui remontent le long de la jambe de force vers le châssis du véhicule. Dans la suite, on considérera que le vérin d’amortissement est porteur, si bien que le plot de filtrage se trouve pris en sandwich entre la butée supérieure 30 de la jambe de force et le châssis. Sur la FIG. 2 , on a représenté deux butées supérieures 30, également connues sous le nom de « butées tournantes de jambe de force ». Elles pourraient présenter des formes différentes de celles représentées. On notera ici que chaque butée supérieure 30 représentée présente une forme de coupelle, avec une partie périphérique 31 en forme de disque et une partie centrale 32 hémisphérique. Sur sa face inférieure (côté ressort), la partie périphérique 31 présente une nervure circulaire en saillie sur laquelle peut s’emboîter le ressort. Sur sa face supérieure (côté châssis), la partie périphérique 31 présente des nervures de rigidification. La partie centrale 32 forme alors un bombement en saillie au-dessus de la face supérieure de la partie périphérique 31. Ici, ces deux parties centrale 32 et périphérique 31 sont montées mobiles en rotation l’une par rapport à l’autre (pour que le ressort puisse pivoter par rapport au châssis, notamment lorsque le véhicule tourne). Bien entendu, en variante, les deux parties pourraient être fixes l’une par rapport à l’autre (et venir de formation d’une seule pièce). Le plot de filtrage est ici prévu pour s’interposer entre la partie centrale 21 de la butée supérieure 30 et le châssis du véhicule. Il présente une forme de révolution, avec une ouverture centrale pour le passage de la tige du vérin d’amortisseur. Ce plot de filtrage pourrait se présenter sous des formes très diverses, en fonction notamment de la forme du châssis et de la butée supérieure 30, c’est la raison pour laquelle il n’est pas représenté ici autrement que schématiquement sur la FIG. 3 . La présente invention porte plus précisément sur un dispositif 1 permettant de caractériser la raideur d’un tel plot de filtrage 100. Comme le montre la FIG. 3 , ce dispositif 1 est prévu pour recevoir deux plots de filtrage 100 identiques et positionnés de façon symétrique. Il est en outre prévu pour être fixé, par l’intermédiaire uniquement de ces deux plots de filtrage 100, dans un bâti 200 rigide prévu à cet effet. Ce dispositif 1 comporte sa masse propre. On comprend ainsi que lorsque le dispositif 1 est excité, il est en mesure de vibrer compte tenu de la déformation élastique des plots de filtrage 100, ce qui permet de réaliser les mesures souhaitées. On peut alors décrire plus en détail ce dispositif 1. Comme le montrent les figures 1 et 2, il comporte un corps 2 adapté à recevoir les deux butées supérieures 30 précitées afin de bloquer les deux plots de filtrage 100. A titre liminaire, on peut définir un repère orthonormé par rapport à ce corps 2. Ce repère est centré sur le centre de gravité du corps 2 et comporte trois axes orthogonaux notés X, Y et Z. Le corps 2 est de préférence réalisé d’une seule pièce monobloc, par exemple par moulage, fonderie, usinage ou encore impression 3D. Il est de préférence réalisé en matière métallique. Il est ici réalisé en acier, ce qui lui confère une masse et une inertie particulièrement adaptées à la caractérisation de la raideur des plots de filtrage 100. Il est de préférence axisymétrique en ce sens qu’il présente une symétrie par rapport à l’axe Z. En pratique, il présente sensiblement trois plans de symétrie orthogonaux deux à deux, qui se croisent au niveau de son centre de gravité. Il s’agit ici des plans XY, XZ et YZ. Le corps 2 comportant une partie centrale 10 qui présente au moins une zone plane Z11, Z12 au niveau de laquelle il pourra être excité selon une direction très précise. Cette partie centrale 10 présente préférentiellement ici deux zones planes Z11, Z12 au niveau desquelles il pourra être excité selon les axes Y et X. Ces deux zones planes Z11, Z12 s’étendent respectivement parallèlement aux plans XZ et YZ. Le corps 2 comporte en outre deux parties d’extrémité 20 qui s’étendent de part et d’autre de la partie centrale 10 et qui comportent des moyens de centrage et de maintien de deux plots de filtrage 100 en position symétrique par rapport au plan XY. La partie centrale 10 pourrait présenter une forme de boule, avec au moins deux méplats formant les deux zones planes. En pratique, elle comporterait alors quatre méplats opposés deux à deux. Toutefois, de manière préférentielle (notamment pour faciliter les calculs de raideur), la partie centrale 10 présente une forme parallélépipédique, avec quatre faces latérales 11, 12, 13, 14 et deux faces d’extrémité 15, 16. Elle présente plus préférentiellement encore une forme cubique. Les deux zones planes Z11, Z12, au niveau desquelles le dispositif 1 pourra être excité sont alors prévues aux centres de deux des quatre faces latérales 11, 12. Elles permettront ainsi de déterminer la composante radiale de la raideur de chaque plot de filtrage. De manière préférentielle, il est prévu un relief entourant une partie au moins de chaque zone plane Z11, Z12. Ce relief est prévu pour faciliter le centrage de l’outil qui appliquera l’excitation sur le corps 2. Sur les figures, ce relief est formé par une nervure circulaire centrée sur la face qui le porte. Cette nervure est ici continue, mais en variante, elle pourrait être interrompue régulièrement. Le relief pourrait encore en variante présenter des formes différentes. Typiquement, chaque zone plane pourrait s’étendre en léger renfoncement par rapport à la face latérale qui la porte, auquel cas le relief sera formé par le bord de ce renfoncement. Les parties d’extrémité 20 du corps 2 s’étendent à partir des faces d’extrémité 15, 16 de la partie centrale 10. Elles présentent de préférence une symétrie de révolution autour de l’axe Z. Les deux parties d’extrémité 20 étant identiques, seule l’une d’entre elles sera décrite ci-après. Cette partie d’extrémité 20 pourrait se présenter sous la forme d’une simple barre. Toutefois, elle présente ici trois parties distinctes, appelées tronçons. Elle présente principalement un tronçon de support 22 sur lequel peut être monté la butée supérieure 30. Ce tronçon de support 22 présente alors une forme de cylindre de révolution autour de l’axe Z, de diamètre adapté à la butée supérieure 30. Entre la partie centrale 10 et ce tronçon de support 22, la partie d’extrémité 20 comporte un tronçon de butée 21 sur lequel la partie centrale 32 de la butée supérieure 30 peut s’appuyer. Ce tronçon de butée 21 présente une forme de cylindre de révolution autour de l’axe Z, de diamètre supérieur à celui du tronçon de support 22 de façon à former l’appui souhaité. Ce diamètre est ici prévu pour être aussi proche que possible que la largeur de la partie centrale 10 (pour conférer au corps 2 une forme aussi proche que possible d’une boule). Il est ici légèrement inférieur à cette largeur, de façon à ce qu’un écart demeure entre ce tronçon de butée 21 et la nervure portée par la partie périphérique 31 de la butée supérieure 30. Enfin, la partie d’extrémité 20 présente, du côté opposé au tronçon de butée 21, un tronçon d’extrémité libre 23, qui est cylindre de révolution autour de l’axe Z, et de diamètre inférieur à celui du tronçon de support 22. Ce tronçon d’extrémité libre 23 est fileté de façon à pouvoir accueillir un écrou 33. Ici, il s’agit d’un filetage de type M12. Cet écrou 33 permet ainsi de bloquer la butée supérieure 30 en appui contre le tronçon de butée 21. En résumé, les moyens de centrage et de maintien de chaque plot de filtrage 100 comportent alors la butée supérieure 30, ainsi que l’écrou 33. On peut ici donner à titre d’exemple des dimensions du corps 2 en acier. Dans cet exemple, la partie centrale 10 cubique présente une largeur de 60 mm, le tronçon de butée 21 présente une longueur de 20 mm et un diamètre de 50 mm, le tronçon de support 22 présente une longueur de 26 mm et un diamètre de 20 mm, et le tronçon d’extrémité libre 23 présente une longueur de 28 mm et un diamètre de 12 mm. Comme le montre la FIG. 4 , grâce à ces dimensions, les modes de corps rigide du corps 2 sont compris dans une bande de fréquence allant de 50 à 350 Hz, et plus précisément ici de 60 à 300 Hz quel que soit la direction de la mesure, ce qui correspond aux fréquences des bruits de roulement d’un véhicule automobile. On a en effet représenté sur cette FIG. 4 une courbe C1x illustrant l’amplitude des vibrations du corps 2 selon l’axe X lorsque ce dernier est excité, et, de façon similaire, des courbes C1y et C1z illustrant les amplitudes de vibration du corps selon les axes Y et Z. On remarque en revanche sur cette FIG. 4 que le premier mode de déformation élastique du corps 2 (celui ayant la fréquence la plus faible) présente une fréquence très supérieure à celle du dernier mode de corps rigide du corps 2 (celui ayant la fréquence la plus grande). La fréquence de ce premier mode de déformation élastique du corps 2 est en effet de l’ordre de 5500 Hz, soit plus de 10 fois la fréquence du dernier mode de corps rigide du corps 2. En pratique, le corps 2 sera conçu pour que l’écart entre ces deux fréquences soit supérieur à 1000Hz au moins, de façon à ne pas fausser l’exploitation des données mesurées. Comme le montre la FIG. 3 , le banc d’essais utilisé comporte un bâti 200 (typiquement une plaque de marbre). Il comporte également deux mandrins 201 adaptés à bloquer le dispositif 1 par l’intermédiaire des deux plots de filtrage 100. Par exemple, l’un de ces mandrins peut être fixé au bâti 200 lorsque l’autre est mobile en translation sur ce dernier selon l’axe Z, au moyen d’un actionneur linéaire. Ces deux mandrins 201 sont prévus pour s’appuyer contre les deux plots de filtrage 100 de la même façon que le châssis d’un véhicule s’appuie sur ces plots de filtrage. Ils peuvent pour cela comporter par exemple deux mors de serrage permettant le bridage de pièces d’interface de formes correspondantes. Dans le mode de réalisation ici considéré, les mandrins sont prévus pour appliquer, via l’actionneur linéaire précité, une précharge axiale (selon l’axe Z) sur les deux plots de filtrage 100 correspondant au poids que le châssis d’un véhicule exerce sur un tel plot de filtrage 100 (de l’ordre de plusieurs milliers de Newton). Le banc d’essais comporte également un capteur d’efforts adapté à mesurer la précharge exercée par les mandrins de façon à pouvoir ajuster cette précharge à la valeur souhaitée. Le banc d’essais comporte également un outil d’excitation et un capteur vibratoire. L’outil d’excitation peut par exemple être formé par un marteau d’impact ou un pot vibrant, adapté à venir au contact de chacune des zones planes Z11, Z12. Le capteur vibratoire peut être formé par un accéléromètre tri-axes, d'une sensibilité par exemple égale à 100 mV/g. Enfin, le banc d’essais est équipé d’un système informatique programmé pour caractériser la raideur de chaque plot de filtrage 100 par analyse modale, conformément au procédé suivant. Ce procédé comporte tout d’abord une étape de mise en place des deux plots de filtrage 100 en position symétrique sur le dispositif 1, contre les deux butées supérieures 30. Il se poursuit par une étape de blocage de l’ensemble sur le banc d’essais, entre les mandrins 201. A l’issue de cette étape, les mandrins sont au contact seulement des deux plots de filtrage 100. Ils ne sont au contact ni du corps 2, ni des butées supérieures 30. Ils exercent en outre une précharge selon l’axe Z. L’outil d’excitation est alors mis en place contre l’une des zones planes Z11, Z12, de façon à ce qu’il puisse émettre successivement plusieurs trains de vibrations, à différentes fréquences, sur le corps 2. Au cours de cette étape, le capteur vibratoire enregistre les vibrations du corps 2. Cette étape est répétée sur l’autre des zones planes Z11, Z12. Elle peut également être répétée en dehors de ces zones planes (pour déterminer une composante conique de la raideur des plots de filtrage). Enfin, le système informatique traite les données mesurées et permet de déterminer la composante radiale de la raideur de chaque plot de filtrage 100, à partir notamment de la mesure des fréquences des modes de corps rigide du système. La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. Typiquement, les mandrins pourraient également être adaptés à exciter le corps selon l’axe Z, de façon à permettre de déterminer la composante axiale de la raideur de chaque plot de filtrage. Par ailleurs, on notera que si l’invention permet de caractériser la raideur d’un plot de filtrage d’un système de suspension à jambe de force, il sera également utilisable pour caractériser la raideur d’un plot de filtrage d’un autre type de système de suspension (suspension à double triangulation, suspension multi-bras…). Dispositif (1) de caractérisation d’une raideur d’un plot (100) de suspension de véhicule automobile, comportant : - une partie centrale (10) qui présente sensiblement trois plans de symétrie (XY, XZ, YZ) orthogonaux et qui comprend au moins une zone plane (Z11, Z12) parallèle à un desdits plans de symétrie (XZ, YZ), et - deux parties d’extrémité (20) qui s’étendent de part et d’autre de la partie centrale (10) et qui comportent des moyens de centrage et de maintien de deux plots (100) en position symétrique par rapport à un autre desdits plans de symétrie (XY). Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel la partie centrale (10) présente une forme parallélépipédique, avec six faces (11, 12, 13, 14, 15, 16) dont l’une porte ladite zone plane (Z11, Z12). Dispositif (1) selon la revendication 2, dans lequel la partie centrale (10) présente une forme cubique. Dispositif (1) selon l’une des revendications 2 et 3, dans lequel chaque zone plane (Z11, Z12) s’étend au centre de l’une des faces (11, 12) de la partie centrale (10). Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque partie d’extrémité (20) présente une symétrie de révolution autour d’un axe (Z). Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel chaque partie d’extrémité (20) présente un diamètre variable, qui est maximum à sa jonction avec la partie centrale (10). Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel chaque partie d’extrémité (20) présente, à une extrémité libre, une partie filetée (23), et dans lequel lesdits moyens de centrage et de maintien comportent une butée de suspension (30) engagée sur chaque partie d’extrémité (20), et un écrou (33) vissé sur chaque partie filetée (23) de façon à bloquer ladite butée de suspension (30). Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel chaque zone plane (Z11, Z12) est au moins partiellement entourée d’un relief en saillie. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel il est prévu au moins deux zones planes (Z11, Z12) respectivement parallèles à deux desdits plans de symétrie. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la partie centrale (10) et les deux parties d’extrémité (20) forment un corps (2) monobloc conformé de telle sorte que les modes de corps rigide et les modes de déformation élastique dudit corps (2) sont respectivement situés dans des bandes de fréquences distinctes. Procédé de caractérisation de la raideur d’un plot (100) par analyse modale, dans lequel il est prévu des étapes de : - blocage de deux plots (100) en position symétrique sur un dispositif (1) conforme à l’une des revendications 1 à 10, - blocage des deux plots (100) dans un bâti (200) immobile, - application d’une excitation sur la zone plane (Z11, Z12), - mesure vibratoire du dispositif (1), et - détermination de la raideur de chaque plot (100) en fonction des mesures vibratoires effectuées.