DISPOSITIF ANTIVIBRATOIRE HYDROELASTIQUE

DOMAINE DE L'INVENTION

Le domaine de la présente invention est celui des dispositifs destinés à l'amortissement des vibrations, plus précisément des dispositifs (ou "articulations", "filtres", "supports", ces termes étant considérés ici comme synonymes) dont la fonction antivibratoire est assurée par l'inertie d'un ensemble faisant ressort hydroélastique, formé d'une ou plusieurs chambres ou poches remplies de liquide qui permettent d'amortir par circulation dudit liquide, de tels dispositifs étant encore connus sous le nom de dispositifs antivibratoires hydroélastiques.

Ces dispositifs antivibratoires hydroélastiques, employés notamment dans l'industrie automobile, sont généralement destinés à assembler deux pièces d'une structure et amortir des vibrations transmises entre l'une et l'autre.

La présente invention est plus particulièrement relative à la composition des liquides d'amortissement utilisés dans ces dispositifs antivibratoires hydroélastiques.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Les dispositifs antivibratoires hydroélastiques sont bien connus de l'homme du métier, ils ont été décrits dans un très grand nombre de brevets ou demandes de brevet ; on citera à titre d'exemples les documents EP 234 966 ou US 4 768 760, FR 2 710 120, FR 2 788 822, FR 2 814 521, FR 2 819 301, FR 2 823 817, FR 2 841 621, FR 2 853 379, FR 2 853 380, FR 2 887 001 ou EP 1 734 278, FR 06/10153, FR 06/11230, WO 03/033936, WO 03/069184.

Ces dispositifs antivibratoires hydroélastiques comportent au moins une armature externe et une armature interne disposées l'une autour de l'autre et destinées à être fixées respectivement à l'une et à l'autre des pièces a assembler, et un ensemble faisant ressort hydroélastique disposé entre lesdites armatures relativement rigides de manière à permettre un déplacement relatif quelconque, par exemple transversal ou radial, entre lesdites armatures.

Ledit ensemble formant ressort hydroélastique comporte un élément élastiquement déformable, par exemple en matériau élastomérique, conformé de manière à délimiter entre lesdites armatures au moins un volume étanche contenant le liquide d'amortissement. C'est

ledit ensemble déformable ou ressort hydroélastique qui procure l'amortissement au dispositif antivibratoire, grâce au déplacement relatif du liquide d'amortissement.

Ces dispositifs ont deux fonctions principales : offrir des degrés de liberté entre les pièces qu'ils assemblent et atténuer, dans une plus ou moins grande mesure selon l'application visée, la transmission de vibrations entre l'une et l'autre de ces pièces. Ils sont également désignés parfois par le terme de « bushing ».

Dans le domaine de la construction des véhicules automobiles, par exemple, ces dispositifs hydroélastiques sont notamment utilisés pour l'assemblage et l'amortissement des organes de liaison au sol, comme les essieux ou les triangles de suspension des trains de roues, par rapport à la structure principale ou caisse du véhicule. Dans ce cas, ce sont les modes de déplacement dans la direction longitudinale du véhicule dont l'amortissement est particulièrement visé, comme par exemple le mouvement de recul d'une roue au contact d'un obstacle.

D'autres sources de vibrations connues au niveau des organes de liaison au sol d'un véhicule sont aussi le balourd des roues, la non uniformité des pneumatiques en roulement, les défauts des disques de frein et les dispositifs d'assistance au freinage.

De manière connue, les vibrations des organes de liaison au sol sont généralement caractérisées par des fréquences de résonance relativement basses et des amplitudes relativement élevées de sorte qu'elles sont perceptibles par les occupants du véhicule si elles sont incorrectement amorties.

Actuellement, les dispositifs hydroélastiques utilisent comme liquide d'amortissement du glycol ou des mélanges de glycol et d'eau.

L'amélioration de la performance d'amortissement, tout particulièrement à basse fréquence, des dispositifs antivibratoires hydroélastiques décrits ci-dessus reste une préoccupation constante des concepteurs de véhicules automobiles ou d'organes de liaison au sol pour ces véhicules.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

Poursuivant leurs recherches, les Demanderesses ont découvert un liquide d'amortissement amélioré qui permet d'obtenir, dans une dispositif antivibratoire hydroélastique, un effet d'inertie plus important, se traduisant notamment par un déplacement des fréquences amorties vers le domaine des plus basses fréquences.

A fréquence donnée, un tel liquide d'amortissement permet d'obtenir une efficacité supérieure du dispositif hydroélastique ; il permet aussi, à amortissement constant, de réduire de manière sensible le volume dudit dispositif.

En conséquence, un premier objet de l'invention concerne (en référence à la figure unique annexée) un dispositif antivibratoire hydroélastique (1) pour assembler au moins deux pièces d'une structure et amortir les vibrations transmises entre l'une et l'autre grâce à l'inertie d'un liquide d'amortissement (7) susceptible de circuler dans ledit dispositif, ce dispositif comportant au moins :

• une armature externe (2) et une armature interne (3) disposées l'une autour de l'autre et destinées a être fixées respectivement à l'une et à l'autre desdites pièces à assembler ; • un ensemble élastiquement déformable (4) faisant ressort hydroélastique disposé entre lesdites armatures (2, 3) de manière à permettre un déplacement relatif entre lesdites armatures, ledit ensemble étant conformé de manière à délimiter entre lesdites armatures au moins un volume étanche (6, 8) contenant ledit liquide d'amortissement (7),

le liquide d'amortissement étant une solution aqueuse comportant un sel soluble dans l'eau, et étant caractérisé en ce que ledit sel est choisi dans le groupe constitué par les sels de sodium, les sels de potassium, les sels de magnésium, les sels d'aluminium, et les mélanges de tels sels.

L'invention trouve plus particulièrement son application dans le domaine des véhicules automobiles, notamment dans le cadre des organes de liaison au sol de tels véhicules. Par exemple, le dispositif antivibratoire hydroélastique peut former un filtre antivibratoire, une articulation ou liaison d'un triangle, d'un bras ou d'un sous-chassis à la caisse, ou encore un support moteur.

L'invention a également pour objet les organes de liaison au sol pour véhicules automobiles lorsqu'ils comportent un dispositif antivibratoire hydroélastique conforme à l'invention.

L'invention a également pour objet l'utilisation comme liquide d'amortissement, dans un dispositif antivibratoire hydroélastique, d'une solution aqueuse telle que définie ci-dessus.

L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent, ainsi que de la figure annexée qui schématise, en coupe transversale, un exemple de dispositif antivibratoire hydroélastique.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des % en masse.

D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c'est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c'est-à-dire incluant les bornes strictes a et b).

Le dispositif hydroélastique de l'invention a pour caractéristique essentielle de comporter un liquide d'amortissement qui est une solution aqueuse comportant un sel soluble dans l'eau choisi dans le groupe constitué par les sels de sodium, les sels de potassium, les sels de magnésium, les sels d'aluminium, et les mélanges de tels sels.

En fonction du type de sel choisi et de son taux dans la solution aqueuse, il est possible d'ajuster aisément la densité souhaitée pour le liquide d'amortissement ; de préférence, cette densité de la solution aqueuse est supérieure à 1,05 ; plus préférentiellement, cette densité est supérieure à 1,10, en particulier supérieure à 1,15.

La densité ici mentionnée est bien entendu la densité relative à l'eau, ce qui est équivalent à la masse volumique exprimée en g/cm ³ ; elle est mesurée à 20 ⁰ C.

Des densités élevées permettent, grâce à une inertie plus importante du liquide d'amortissement, de déplacer les fréquences amorties vers le domaine des plus basses fréquences. Pour une basse fréquence donnée, un amortissement supérieur peut être ainsi obtenu sans avoir, ce qui constitue un autre avantage majeur de l'invention, à redimensionner

(le plus souvent augmenter) le volume des pièces ou à retravailler leur géométrie.

Réciproquement, à amortissement constant, il est avantageusement possible de réduire le volume du dispositif antivibratoire et donc aussi finalement celui de la pièce, telle par exemple qu'un organe de liaison au sol, à laquelle il est destiné.

Pour toutes les raisons ci-dessus, on préfère que la densité de la solution aqueuse (ou du liquide d'amortissement, ce qui est équivalent) soit supérieure à 1,20, plus préférentiellement supérieure à 1,25, notamment supérieur à 1,30.

Le sel est préférentiellement choisi dans le groupe constitué par les sels de potassium, les sels de sodium et les mélanges de ces sels.

De tels sels permettent l'obtention de solutions aqueuses, saturées ou non saturées, dont la densité peut être supérieure à 1,30, voire même supérieure à 1,40 dans de nombreux cas, en particulier pour des solutions saturées en sel ou proches de la saturation.

A titre d'exemples de tels sels, on citera notamment les sels suivants (pour exemple, d _s représente ci-après la densité théorique approximative d'une solution aqueuse saturée en sel ou proche de la saturation) : disulfite de potassium (K ₂ S ₂ Os ; d _s = 1,3), chlorure de magnésium (MgCl ₂ ; d _s = 1,3), bromure de potassium (KBr ; d _s = 1,3), sulfate d'aluminium (par exemple Al ₂ (SO ₄ )S, 18H ₂ O ; d _s = 1,4), acétate de sodium (NaC ₂ H ₃ O ₂ ; d _s = 1,4), acétate de magnésium (par exemple Mg(C ₂ H ₃ θ ₂ ) ₂ , 4H ₂ O ; d _s = 1,4), phosphate de potassium

(K3PO4 ; d _s = 1,7), carbonate de potassium (K ₂ CO ₃ ; d _s = 1,7), bromure de sodium (NaBr ; d _s = 1,8), citrate de potassium (K ₃ CeH ₅ O ₇ , H ₂ O ; d _s = 1,8), iodure de potassium (KI ; d _s = 1,9), formiate de potassium (KCHO ₂ ; d _s = 1,9), iodure de sodium (NaI ; d _s = 2,3).

Parmi les sels ci-dessus, à titre d'exemples plus préférentiels, on citera ceux choisis dans le groupe constitué par le formiate de potassium, le carbonate de potassium, le citrate de potassium, le bromure de sodium, le sulfate d'aluminium, et les mélanges de tels sels.

Selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel, le sel utilisé est choisi dans le groupe constitué par le carbonate de potassium, le citrate de potassium, le bromure de sodium et les mélanges de ces sels.

L'homme du métier saura, à la lumière de la présente description et de ses exemples, ajuster le taux (% massique) de sel dans la solution aqueuse, selon le type de sel employé et la densité visée pour le liquide d'amortissement du dispositif antivibratoire utilisé.

Typiquement et préférentiellement, ce taux de sel est supérieur à 10%, plus préférentiellement compris entre 10% et 80%, en particulier compris entre 20% et 60% (% en poids de solution aqueuse).

Le tableau ci-dessous donne, à titre d'exemples, une liste de sels appropriés ainsi que la densité et la viscosité apparente de la solution aqueuse correspondante, pour différents taux de sels compris dans un domaine préférentiel d'environ 20% à environ 50%.

Tableau

L'homme du métier saura également ajuster le taux de sel dans la solution aqueuse en fonction de la température de cristallisation visée pour son application spécifique. L'utilisation de sel en quantité relativement importante permet d'obtenir une température de cristallisation du liquide d'amortissement nettement abaissée par rapport à celle de l'eau. De préférence, cette température de cristallisation (mesurée par DSC) est inférieure à - 25 ⁰ C, plus préférentiellement inférieure à - 30°C. Ainsi, le liquide d'amortissement peut être dépourvu d'antigel tel qu'un glycol, ce qui est en outre particulièrement favorable du point de vue de l'environnement.

Selon une autre caractéristique préférentielle de l'invention, le liquide d'amortissement présente une viscosité apparente qui est inférieure à 50 mPa.s (1 mPa.s = 1 cP), plus préférentiellement inférieure à 30 mPa.s, en particulier inférieure à 15 mPa.s ; ladite viscosité est mesurée à 25 ⁰ C selon la norme européenne et internationale EN ISO 2555

(1999) (viscosité Brookfield avec viscosimètre rotatif LVT adapté aux plus basses viscosités).

Le liquide d'amortissement pourrait, selon l'application particulière envisagée, comporter éventuellement d'autres additifs que le sel, par exemple un agent colorant. La présence d'un agent antigel (par exemple éthylène glycol) n'est pas exclue même si, selon un mode

préférentiel de réalisation de l'invention, le liquide d'amortissement est dépourvu de tout antigel du type glycol.

Le liquide d'amortissement précédemment décrit est utilisable dans tout type de dispositif antivibratoire hydroélastique, notamment ceux décrits dans les brevets ou demandes de brevet cités en introduction du présent mémoire.

Préférentiellement, l'élément élastiquement déformable du dispositif selon l'invention est en matériau élastomérique, par exemple en élastomère (ou caoutchouc) diénique, naturel ou synthétique, tel que par exemple du caoutchouc naturel, en polyuréthanne élastomérique, ou encore en élastomère thermoplastique (TPE) ; on utilise plus préférentiellement une matrice élastomère qui comprend du caoutchouc naturel, à titre majoritaire ou exclusif.

L'élément élastiquement déformable peut comporter une seule chambre contenant le liquide d'amortissement, ou une pluralité de chambres contenant ledit liquide et communiquant, au moins en partie, entre elles ; on utilisera par exemple deux chambres reliées par un seul passage ou par plusieurs passages de section réduite relativement à celle des deux chambres.

Grâce au liquide d'amortissement spécifique précédemment décrit et à une très grande souplesse quant à l'ajustement possible de sa densité, la ou les chambre(s) d'amortissement peuvent avoir, quelle que soit leur forme, une épaisseur ou un volume réduits par rapport aux solutions de l'art antérieur.

L'invention trouve plus particulièrement une application dans le domaine des véhicules automobiles, notamment dans le cadre de la liaison au sol d'un tel véhicule. En particulier, le dispositif hydroélastique de l'invention peut être monté au sein d'un système de suspension, par exemple à l'extrémité d'un bras ou d'un triangle de suspension.

A titre d'exemple, la figure annexée représente de manière très schématique (sans respect d'une échelle spécifique), en coupe transversale, un exemple de dispositif antivibratoire hydroélastique selon l'invention, destiné à assembler deux pièces d'une structure et amortir les vibrations transmises entre l'une et l'autre des deux pièces.

Ce dispositif simple 1 est du type articulation comportant une armature externe rigide 2 et une armature interne rigide 3 (par exemple toutes deux en métal ou en matière plastique éventuellement renforcée), cylindriques et coaxiales, disposées l'une autour de l'autre, et destinées à être fixées respectivement à l'une et l'autre des deux pièces à assembler, ainsi qu'un ensemble élastiquement déformable 4 (5, 6, 7, 8) faisant ressort hydroélastique et disposé entre lesdites armatures (2, 3). L'élément élastiquement déformable 4 est par exemple surmoulé sur l'armature interne 3.

Ce ressort hydroélastique 4 est constitué par une masse en matériau élastomérique 5 (par exemple une formulation conventionnelle essentiellement à base de caoutchouc naturel, d'une charge renforçante telle que noir de carbone ou silice, et d'un système de vulcanisation) dans laquelle sont ménagées au moins deux chambres 6a, 6b remplies du liquide d'amortissement 7 ; les deux chambres communiquent entre elles par au moins un passage ou canal 8 (sur la figure, à titre d'exemple, deux canaux 8a, 8b sont visibles) de section réduite par rapport aux deux chambres 6a, 6b. La géométrie (section et longueur) du canal 8 (ou des canaux 8a, 8b) permet notamment d'ajuster la fréquence et le niveau de résonance du liquide d'amortissement 7.

De manière connue, grâce à cet agencement, les mouvements radiaux relatifs entre l'armature interne 3 et l'armature externe 2 provoquent des variations de volume des deux chambres 6, donc une circulation du liquide d'amortissement 7 entre les chambres à travers les canaux 8 distributeurs ; sous l'action des vibrations, les mouvements radiaux relatifs entre l'armature interne 3 et l'armature externe 2 peuvent ainsi être atténués et filtrés en fréquence grâce à la résistance par effet d'inertie qu'offrent les canaux 8 à la circulation du liquide 7 entre les deux chambres 6.

Cet ensemble peut être aussi qualifié de dispositif de découplage fréquentiel de la première pièce par rapport à la deuxième pièce de la structure à amortir. Par exemple, la première pièce est un organe de la suspension d'un véhicule automobile et la deuxième pièce est un organe du châssis suspendu dudit véhicule. Ainsi, le dispositif de découplage fréquentiel permet de filtrer les bruits de roulage du véhicule sur le sol de sorte à isoler l'habitacle dudit véhicule en limitant la transmission desdits bruits.

Le liquide d'amortissement précédemment décrit est particulièrement bien adapté à une utilisation dans un dispositif antivibratoire hydroélastique dont la chambre d'amortissement est de taille notablement réduite. Il peut s'agir en particulier d'une chambre annulaire cylindrique d'épaisseur très fine, préférentiellement inférieure à 4 mm, par exemple égale à celle de l'élément élastiquement déformable et prévue radialement en regard de respectivement une paroi axiale de chacune des armatures interne et externe ; ce type de chambre annulaire a été décrit par exemple dans la demande FR 06/11230 précitée.

Des essais ont été conduits dans lesquels on a testé, à titre d'exemple d'articulation antivibratoire hydroélastique, une articulation de triangle d'un train avant de véhicule automobile dont la fonction principale, on le rappelle, est le maintien du plan de roue. Cette articulation était équipée d'une chambre annulaire d'épaisseur très réduite (environ 1 mm) telle que décrite ci-dessus.

En utilisant comme liquide d'amortissement, conformément à la présente invention, une solution aqueuse de carbonate de potassium (comportant environ 50% en poids de sel, présentant une densité d'environ 1,5 et une viscosité apparente d'environ lO mPa.s), les résultats d'amortissement se sont révélés tout à fait positifs en termes de valeurs de raideurs dynamiques et statiques, avec d'autre part une fréquence de résonance du dispositif antivibratoire d'environ 400 Hz, c'est-à-dire comprise dans une plage de filtrage entre 20 Hz et 450 Hz. Un tel domaine correspond à la plage de fréquences des bruits "de macrorugosité" liés au roulage d'un véhicule, bruits "solidiens" (i.e., transmis par les éléments de structure solides du véhicule) de vibrations qu'il convient de filtrer de manière satisfaisante sans détériorer par ailleurs les fonctions de guidage de l'articulation.

Pour les mêmes conditions, l'utilisation comme liquide d'amortissement d'un mélange conventionnel (50/50 en volume) de glycol et d'eau, de densité égale à environ 1,05, s'est révélée tout simplement impossible, en raison d'une fréquence de résonance du dispositif antivibratoire beaucoup trop élevée (environ 550 Hz).