FR3050000A1 - Amortisseur hydraulique equipe d’une butee d’attaque presentant une loi de freinage reglable - Google Patents

Abstract

Amortisseur hydraulique équipé d'une butée d'attaque, comprenant un piston (4) coulissant dans un corps (2) pour réaliser l'amortissement, ce piston (4) déplaçant une chemise (10) disposée vers l'avant présentant des perçages (18) répartis axialement, cette chemise (10) venant en fin de course de l'amortisseur s'ajuster autour d'une chambre fixe (12) qui ferme progressivement ces perçages (18) en réduisant la section de passage du fluide vers l'intérieur de la chemise (10), caractérisé en ce que la chambre (12) comporte des perçages additionnels (40a, 40b), et en ce que cette chambre (12) reçoit à l'intérieur un boisseau mobile (42) qui suivant sa position ferme ou ouvre des perçages additionnels (40a, 40b).

Description

AMORTISSEUR HYDRAULIQUE EQUIPE D’UNE BUTEE D’ATTAQUE PRÉSENTANT UNE LOI DE FREINAGE RÉGLABLE

La présente invention concerne un amortisseur hydraulique comprenant une butée d’attaque, ainsi qu’un véhicule automobile équipé de ce type d’amortisseur.

Les véhicules automobiles comportent généralement pour chaque roue une suspension comprenant un ressort de suspension, un amortisseur qui freine les mouvements de la suspension, et une butée d'attaque sur laquelle la caisse vient appuyer quand cette suspension arrive en fin de course, afin d'arrêter ce mouvement en évitant un choc.

Un type de butée hydraulique connu qui peut être intégrée dans un amortisseur, présenté notamment par le document FR-B1-2902850, comporte l’extrémité de la tige d’un vérin comprenant un piston qui descend avant la fin de course du vérin dans un tube intérieur ajusté dans un tube extérieur. L’ensemble est contenu dans un corps rempli d’un fluide.

Le tube extérieur comporte une commande disposée à l’extérieur du corps, permettant sa rotation autour de son axe principal. Les tubes intérieur et extérieur présentent une série de perçages répartis axialement, qui suivant la position angulaire du tube extérieur peuvent être entièrement alignés entre eux afin de permettre un passage maximum du fluide, ou progressivement désalignés afin d’obtenir une réduction de ce passage.

On obtient une butée hydraulique de fin de course présentant une force de freinage de plus en plus élevée en fonction de l’avancement du piston fermant un nombre croissant de perçages répartis axialement. De plus le réglage de la position angulaire du tube extérieur donne différentes lois de freinage, qui peuvent convenir en particulier dans le cas d’un amortisseur de véhicule automobile pour adapter ces lois en fonction de la charge du véhicule.

Cependant certains amortisseurs hydrauliques présentent une structure différente, comportant un piston d’un amortisseur principal lié à une tige coulissant dans un corps extérieur, comprenant des passages limités du fluide pour freiner le mouvement de cet amortisseur principal.

Une butée hydraulique d’attaque comporte du côté avant dans le sens de la compression de l’amortisseur, une chemise prolongeant le piston présentant une série de perçages répartis axialement, qui vient avant la fin de course s’ajuster autour d’une chambre fixe.

Le volume annulaire compris entre le corps et la chambre se trouve alors réduit par l’avancée axiale de la chemise, ce qui refoule le fluide contenu dans ce volume annulaire vers le volume intérieur de la chemise en passant par ses perçages répartis axialement, qui freinent de plus en plus le piston par leurs fermetures progressives. Le fluide passe ensuite du côté arrière du piston par les passages limités de ce piston.

On a alors un problème pour réaliser de manière simple et efficace avec ce type de structure de butée d’attaque comprenant des perçages disposés sur la chemise qui est mobile, un système de réglage donnant différentes lois de freinage de cette butée.

La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure.

Elle propose à cet effet un amortisseur hydraulique équipé d’une butée d’attaque, comprenant un piston coulissant dans un corps pour réaliser l’amortissement, ce piston déplaçant une chemise disposée vers l’avant présentant des perçages répartis axialement, cette chemise venant en fin de course de l’amortisseur s’ajuster autour d’une chambre fixe qui ferme progressivement ces perçages en réduisant la section de passage du fluide vers l’intérieur de la chemise, cet amortisseur étant remarquable en ce que la chambre comporte des perçages additionnels, et en ce que cette chambre reçoit à l’intérieur un boisseau mobile qui suivant sa position ferme ou ouvre des perçages additionnels.

Un avantage de cet amortisseur est que la chemise étant un élément fixe, en réalisant dessus des perçages et en l’équipant à l’intérieur du boisseau mobile, on peut alors facilement disposer une commande de ce boisseau relié vers l’extérieur pour le régler manuellement ou automatiquement, ou une commande interne dépendant de la position moyenne du piston de l’amortisseur, afin d’obtenir de manière simple des réglages de ce boisseau donnant différentes lois de freinage de la butée d’attaque. L’amortisseur selon l’invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.

Avantageusement, le boisseau présente un mouvement de translation suivant l’axe principal de l’amortisseur, ou de rotation autour de cet axe.

Avantageusement, la chambre comporte plus de deux perçages additionnels, progressivement découverts par le mouvement du boisseau. On peut de cette manière obtenir différentes lois de freinage de la butée d’attaque.

Selon un mode de réalisation, le boisseau comporte une commande externe manoeuvrable à l'extérieur du corps de l'amortisseur.

En particulier, la commande externe peut comporter une motorisation.

Selon un autre mode de réalisation, le boisseau comporte une commande interne dans le corps de l'amortisseur, sans relation avec l’extérieur de cet amortisseur.

Dans ce cas, la commande interne peut comporter une liaison déplacée par les mouvements du piston de l'amortisseur, appliquant un effort sur le boisseau.

Avantageusement, la commande interne comporte un dispositif de temporisation ou de filtrage de la fréquence du mouvement du boisseau.

Suivant un mode de réalisation, le dispositif de temporisation ou de filtrage du mouvement du boisseau comporte un amortisseur hydraulique d’asservissement comprenant le boisseau formant un piston asservi se déplaçant dans la chambre, et un gicleur calibré formant un passage vers cette chambre.

Suivant un autre mode de réalisation, le dispositif de temporisation ou de filtrage du mouvement du boisseau comporte une inertie liée à ce boisseau comprenant une masse d’inertie ou une colonne de liquide.

Suivant un autre mode de réalisation, le dispositif de temporisation ou de filtrage du mouvement du boisseau comporte un clapet hydraulique taré qui s’ouvre pour un seuil de charge s’appliquant dessus. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile comportant des suspensions équipées d’amortisseurs hydrauliques disposant de butées d’attaque, comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront 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 : - les figures 1a et 1b sont des vues en coupe axiale d’une butée d’attaque hydraulique selon l’art antérieur, présentée respectivement avant le travail de cette butée et pendant son travail ; - la figure 2 est un graphique présentant l’effort appliqué par cette butée d’attaque en fonction de sa course pour différentes vitesses ; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d’une butée d’attaque selon l’art antérieur, suivant une variante ; - les figures 4a et 4b sont des schémas en coupe axiale d’une butée d’attaque selon l’invention comprenant deux perçages additionnels, présentée respectivement dans une position de faible freinage et de fort freinage ; - la figure 5 est un schéma présentant en vue de côté, en variante une série de perçages additionnels de la chambre de cette butée d’attaque ; - les figures 6a et 6b sont des schémas présentant en coupe transversale deux positions du boisseau mobile pour cette variante ; - la figure 7 présente les sections de passage du fluide en fonction de la course du piston pour la butée d’attaque comprenant deux perçages additionnels ; - les figures 8a et 8b sont des schémas en coupe axiale d’une butée d’attaque selon l’invention comprenant une commande interne, présentée respectivement dans une position de faible freinage et de fort freinage ; et - les figures 9, 10 et 11 sont des graphiques établis par des simulations, présentant pour cette dernière butée d’attaque le déplacement du boisseau pour une variation de charge en quasi-statique, le déplacement du piston de l’amortisseur principal en dynamique lors d’un roulage du véhicule, et le déplacement du boisseau obtenu lors de ce roulage.

La figure la présente un amortisseur comportant un corps extérieur cylindrique 2 contenant un piston 4 fixé à l’extrémité d’une tige d’amortisseur 20, coulissant dans ce corps avec une étanchéité pour délimiter un volume avant 6 et un volume arrière 22. Le piston 4 comporte des passages réduits du fluide 8 entre les deux volumes avant 6 et arrière 22 qui freinent son mouvement en fonction de la vitesse de passage du fluide, et donc de la vitesse de ce piston.

Le piston 4 se prolonge du côté avant indiqué par la flèche « AV >>, par une chemise circulaire 10 prévue pour s’emboîter de manière ajustée dans un volume annulaire 16 autour d’une chambre cylindrique 12 d’une butée d’attaque hydraulique, avant la fin de course de ce piston. La chambre hydraulique 12 formant un tube creux, a son extrémité avant fixée à un couvercle d’extrémité 14 fermant le corps 2 du côté avant.

La chemise 10 comporte un bossage annulaire 24 assurant son guidage dans le corps extérieur 2, et une série de perçages radiaux 18 alignés axialement, qui présentent en allant de l’avant vers l’arrière un diamètre de plus en plus réduit.

Lors de l’arrivée de la chemise 10 autour de la chambre 12 présentée figure 1b, les perçages 18 se ferment progressivement en fonction de l’avancée du piston 4, ce qui réduit de plus en plus la section totale de passage du fluide du volume avant 6 vers l’intérieur de cette chemise. Le fluide passe ensuite de l’intérieur de la chemise 10 vers le volume arrière 22 par les passages réduits 8 du piston 4.

On obtient un freinage progressif de plus en plus important de la tige d’amortisseur 20, dépendant de la position du piston 4, que l’on peut régler en ajustant les diamètres et les positions des perçages 18 de la chemise 10.

La figure 2 présente la force de freinage de la butée d’attaque exprimée en daN sur l’axe vertical, en fonction de sa course exprimée en millimètre, pour différentes vitesses de déplacement du piston 4. Pour chaque vitesse on a un début de course de la butée d’attaque à -20mm, puis une force de freinage de cette butée de plus en plus importante qui provient de la fermeture progressive des perçages 18.

En particulier pour une petite vitesse présentée par la courbe 30 qui est de 0.1 m/s, on obtient une force maximum de freinage d’environ lOOdaN. Pour une grande vitesse présentée par la courbe 32 qui est de 2m/s, on obtient une force maximum de freinage de 1300daN.

La figure 3 présente une chemise 10 détachée du piston, qui est quand ce piston est éloigné mise dans une position de repos où elle est juste engagée au début de la chambre 12, par un ressort hélicoïdal de positionnement 34 disposé dans le volume avant 6 et fixé au couvercle d’extrémité 14. De cette manière l’amortisseur peut réaliser ses courses normales sans déplacer la chemise 10 qui reste dans sa position de repos.

Lors d’une course importante de l’amortisseur, le piston 4 venant près de sa fin de course presse sur la chemise 10 en comprimant le ressort de positionnement 34, ce qui réduit le volume avant 6 en assurant un freinage de ce piston.

La figure 4a présente une variante de la butée d’attaque présentée figure la, comprenant des perçages radiaux additionnels 40a, 40b formés sur la chambre 12 à différentes distances axiales, et un boisseau 42 ajusté dans cette chambre, qui peut suivant sa hauteur boucher certains perçages additionnels.

Le volume intérieur 48 de la chambre 12 est mis en communication permanente avec le volume avant 6 de l’amortisseur, par un perçage axial 44 du boisseau 42.

Le boisseau 42 est relié à l’extérieur par une commande externe 46 qui traverse le couvercle d’extrémité 14, pour être déplacée axialement par une commande qui peut être manuelle ou automatique.

On obtient dans la position du boisseau 42 présentée figure 4a, quand la chemise 10 vient sur la chambre 12 un passage supplémentaire du fluide du volume avant 6 vers l’intérieur de cette chemise par le perçage additionnel inférieur 40b qui est disposé le plus vers l’avant. L’amortisseur principal effectue une course importante avec le perçage additionnel inférieur 40b restant ouvert, ce qui donne un freinage faible de cet amortisseur.

Dans la position du boisseau 42 présentée figure 4b, la commande externe 46 ayant été actionnée pour descendre ce boisseau, seul le perçage additionnel supérieur 40a est ouvert. L’amortisseur principal effectue une petite course avec le perçage additionnel supérieur 40a restant ouvert, puis la chemise 10 couvre ce perçage et le ferme rapidement ce qui donne un freinage important de cet amortisseur qui intervient plus tôt.

On peut ainsi avec une commande externe 46 facile à mettre en oeuvre grâce à la chambre 12 fixe qui permet d’appliquer seulement un petit mouvement au boisseau 42, contrôler la force de freinage de la butée d’attaque. En particulier la commande externe 46 peut comporter à l’extérieur une commande par un coulissement axial, ou par un système vis-écrou qui permet d’appliquer une rotation sur une tige sortant de l’amortisseur.

Ces mouvements peuvent être appliqués manuellement, en particulier en fonction de la masse du véhicule pour durcir la butée d’attaque quand le véhicule est plus chargé, ou par une motorisation qui peut être actionnée par une commande manuelle, ou automatique en réagissant par exemple en fonction d’informations données par des capteurs indiquant la charge ou l’enfoncement de la suspension.

La figure 5 présente une variante de la chambre 12 comprenant une série de perçages additionnels 40 disposés en diagonale, avec simultanément un décalage axial et un décalage radial.

On notera que l’on peut varier la répartition axiale des perçages additionnels 40, et aussi leurs diamètres pour obtenir des lois de freinage de la butée d’attaque adaptées.

La figure 6a présente un boisseau 42 rotatif autour de l’axe principal de l’amortisseur, comprenant deux évidements opposés 56 qui s’étendent chacun sur 90°. La commande externe 46 de ce boisseau rotatif 42 comporte une tige axiale sortant du couvercle d’extrémité 14, qui est entraînée en rotation.

Dans la position présentée figure 6a, tous les perçages additionnels 40 se trouvant dans un évidement 56 on a la section maximale de passage du fluide qui donne un freinage faible de la butée d’attaque.

Dans la position présentée figure 6b, une petite rotation du boisseau 42 a fermé le premier perçage additionnel 40 qui se trouve axialement le plus en avant, ce qui donne un freinage plus important en fin de course de la butée d’attaque. En continuant la rotation du boisseau 42 on ferme de plus en plus de perçages additionnels 40, ce qui donne un freinage important de la butée d’attaque venant de plus en plus tôt.

La figure 7 présente pour une butée d’attaque comportant deux perçages additionnels 40 présentée figure 4a, la section totale de passage S de la chambre avant 6 vers l’intérieur de la chemise 10 en fonction de la course G de la butée d’attaque, qui représente en se réduisant le niveau de freinage de cette butée.

La courbe 50 présente la section de passage des perçages seuls 18 de la chemise 10, comprenant au début de course de compression de la butée d’attaque la section maximum SI qui est relativement faible. On a ensuite une fermeture progressive par paliers des perçages 18 de la chemise 10, pour atteindre avec la course C4 la fermeture de tous ces perçages.

La courbe 52 présente la section de passage totale comprenant les perçages 18 de la chemise 10, et le perçage additionnel inférieur 40b qui reste entièrement ouvert jusqu’à la course C3 disposée un peu avant la fin de course de la butée d’attaque, et qui se ferme progressivement jusqu’à la courbe C4. On obtient à partir d’une valeur initiale S2, une section qui jusqu’à la course C3 est augmentée d’une valeur additionnelle constante par rapport aux perçages seuls 18 de la chemise 10 représentés par la courbe 50.

La courbe 52 représente une loi de freinage de la butée d’attaque pour un véhicule à vide, comprenant un freinage moyen sur toute la course.

La courbe 54 présente la section de passage totale comprenant les perçages 18 de la chemise 10, et le perçage additionnel supérieur 40a de grand diamètre qui reste entièrement ouvert jusqu’à la course Cl disposée un peu après le début de la course de la butée d’attaque.

On obtient une section S3 très importante tant que le perçage additionnel supérieur 40a reste ouvert, jusqu’à la course Cl, puis une fermeture progressive de ce perçage jusqu’à la course C2. La courbe 54 rejoint à ce moment la courbe 50 des perçages seuls 18 de la chemise 10.

La courbe 54 présente une loi de freinage de la butée d’attaque pour un véhicule chargé comprenant au début de course un freinage réduit alors que la suspension plus enfoncée travaille plus couramment dans ce début de course, et vers la fin de la course un freinage très important pour éviter un choc en fin de course.

La figure 8a présente une butée d’attaque similaire à celle présentée figure 4a, comprenant un boisseau 42 formant un piston asservi fermant le volume intérieur 48 de la chambre 12, disposant suivant son axe d’un gicleur calibré de temporisation 60 formant une forte limitation du débit, établissant une connexion limitée entre ce volume intérieur et le volume avant 6 de l’amortisseur. Le boisseau 42 fermant le volume intérieur 48 de la chambre 12 constitue un amortisseur d’asservissement.

Un ressort hélicoïdal d’asservissement 62 disposé en majeure partie dans la chemise 10, est fixé d’un côté au fond de cette chemise et de l’autre au boisseau 42. Le ressort d’asservissement 62 transmet au boisseau 42 une information sur la position moyenne du piston 4 de l’amortisseur principal, pour obtenir le déplacement de ce boisseau avec un effet de retardement dû au très faible débit passant par le gicleur de temporisation 60 de l’amortisseur d’asservissement.

Quand le piston 4 de l’amortisseur principal est dans une position moyenne haute comme présentée figure 8a, le boisseau 42 se trouve aussi dans sa position haute.

Quand le piston 4 de l’amortisseur principal passe dans une position moyenne plus basse présentée figure 8b, avec un effet de retardement on obtient aussi par la poussée du ressort d’asservissement 62 une position du boisseau 42 plus basse.

La figure 9 présente sur l’axe vertical des déplacements axiaux exprimés en mètre, en fonction du temps exprimé en seconde.

La courbe 70 présente un déplacement brusque de l’amortisseur principal suivant une course de 15mm, produit par exemple avec l’arrivée d’une charge dans le véhicule qui enfonce les suspensions. La courbe 72 présente le déplacement du boisseau 42 en réponse, par l’effet du ressort d’asservissement 62 transmettant à ce boisseau une force, et de l’amortisseur d’asservissement. La course totale du boisseau 42 de 10mm se termine après une durée de 8s.

On notera que la commande interne du boisseau 42 par le ressort d’asservissement 62 est passive, n’utilisant pas d’énergie ni de commande externe à l’amortisseur.

La figure 10 présente en fonction du temps exprimé en seconde, une courbe 74 montrant un mouvement de l’amortisseur principal comportant une oscillation présentant une amplitude totale d’environ 200mm et une période d’une seconde.

La figure 11 présente en fonction du temps exprimé en seconde, une courbe 76 montrant pour la superposition du déplacement brusque de la position moyenne de l’amortisseur principal présenté figure 9 avec l’oscillation présentée figure 10, le déplacement résultant du boisseau 42.

On constate un déplacement lent du boisseau 42 avec le véhicule en charge, pour atteindre sa position d’équilibre déplacée de 10mm, sur lequel se superpose une oscillation plus rapide avec une période d’une seconde présentant une faible amplitude inférieure à 2mm. On peut considérer que cette oscillation rapide changera peu le comportement de la butée d’attaque, alors que le mouvement lent du boisseau 42 donne après quelques secondes une modification substantielle de la loi de freinage de cette butée, pour correspondre à la nouvelle charge du véhicule.

On peut prévoir un ressort d’asservissement 62 fixé des deux côtés pour travailler à la fois en traction et en compression, ou d’un seul côté ou d’aucun côté pour travailler uniquement en compression. Dans ces derniers cas le ressort d’asservissement 62 peut travailler uniquement sur une partie finale de la course de l’amortisseur principal.

De plus on peut disposer un ressort d’asservissement complémentaire de compression dans le volume intérieur 48 de la chambre 12, pour appliquer en particulier une force axiale vers le haut sur le boisseau 42 qui s’ajoute à celle d’un ressort d’asservissement principal 62 travaillant en compression et appliquant sur ce boisseau une force vers le bas.

En complément on peut disposer une masse d’inertie sur le boisseau 42 afin de rendre son déplacement moins sensible aux oscillations à fréquence plus élevée du piston 4 de l’amortisseur principal, afin de réaliser un système de retardement de son mouvement. On peut aussi lier une colonne de liquide au mouvement du boisseau 42, la masse du liquide formant une inerte.

En variante on peut utiliser un dispositif de temporisation ou de filtrage du mouvement du boisseau 42 comporte un clapet hydraulique taré qui s’ouvre pour un seuil de charge s’appliquant dessus, donné par exemple par la pression du ressort d’asservissement 62.

On réalise ainsi de manière simple et économique une commande interne de la loi de la butée d’attaque qui évite une intervention manuelle de réglage en fonction de la charge du véhicule, ou une installation électrique dans ce véhicule pour commander un actionnement automatique piloté.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS

   1 - Amortisseur hydraulique équipé d’une butée d’attaque, comprenant un piston (4) coulissant dans un corps (2) pour réaliser l’amortissement, ce piston (4) déplaçant une chemise (10) disposée vers l’avant présentant des perçages (18) répartis axialement, cette chemise (10) venant en fin de course de l’amortisseur s’ajuster autour d’une chambre fixe (12) qui ferme progressivement ces perçages (18) en réduisant la section de passage du fluide vers l’intérieur de la chemise (10), caractérisé en ce que la chambre (12) comporte des perçages additionnels (40a, 40b), et en ce que cette chambre (12) reçoit à l’intérieur un boisseau mobile (42) qui suivant sa position ferme ou ouvre des perçages additionnels (40a, 40b).
2. 2 - Amortisseur hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boisseau (42) présente un mouvement de translation suivant l’axe principal de l’amortisseur, ou de rotation autour de cet axe.
3. 3 - Amortisseur hydraulique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre (12) comporte plus de deux perçages additionnels, progressivement découverts par le mouvement du boisseau (42).
4. 4 - Amortisseur hydraulique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boisseau (42) comporte une commande externe (46) manoeuvrable à l'extérieur du corps (2) de l'amortisseur.
5. 5 - Amortisseur hydraulique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la commande externe (46) comporte une motorisation.
6. 6 - Amortisseur hydraulique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le boisseau (42) comporte une commande interne dans le corps (2) de l'amortisseur, sans relation avec l’extérieur de cet amortisseur.
7. 7 - Amortisseur hydraulique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la commande interne comporte une liaison (62) déplacée par les mouvements du piston (4) de l'amortisseur, appliquant un effort sur le boisseau (42).
8. 8 - Amortisseur hydraulique selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la commande interne comporte un dispositif de temporisation ou de filtrage de la fréquence du mouvement du boisseau (42).
9. 9 - Amortisseur hydraulique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de temporisation ou de filtrage du mouvement du boisseau (42) comporte un amortisseur hydraulique d’asservissement comprenant le boisseau (42) formant un piston asservi se déplaçant dans la chambre (12), et un gicleur calibré (60) formant un passage vers cette chambre.
10. 10 - Amortisseur hydraulique selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le dispositif de temporisation ou de filtrage du mouvement du boisseau (42) comporte une inertie liée à ce boisseau comprenant une masse d’inertie ou une colonne de liquide.
11. 11 - Amortisseur hydraulique selon la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que le dispositif de temporisation ou de filtrage du mouvement du boisseau (42) comporte un clapet hydraulique taré qui s’ouvre pour un seuil de charge s’appliquant dessus.
12. 12 - Véhicule automobile comportant des suspensions équipées d’amortisseurs hydrauliques se disposant de butées d’attaque, caractérisé en ce que ces amortisseurs sont selon l’une quelconque des revendications précédentes.