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WO2011148103A1 - Dispositif d'amortissement pilote, en particulier pour suspension de vehicule automobile - Google Patents

Dispositif d'amortissement pilote, en particulier pour suspension de vehicule automobile Download PDF

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Publication number
WO2011148103A1
WO2011148103A1 PCT/FR2011/051193 FR2011051193W WO2011148103A1 WO 2011148103 A1 WO2011148103 A1 WO 2011148103A1 FR 2011051193 W FR2011051193 W FR 2011051193W WO 2011148103 A1 WO2011148103 A1 WO 2011148103A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric
bimetallic
bimetal
signal
piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2011/051193
Other languages
English (en)
Inventor
Antonin Groult
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of WO2011148103A1 publication Critical patent/WO2011148103A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/34—Special valve constructions; Shape or construction of throttling passages
    • F16F9/348—Throttling passages in the form of annular discs or other plate-like elements which may or may not have a spring action, operating in opposite directions or singly, e.g. annular discs positioned on top of the valve or piston body
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2224/00—Materials; Material properties
    • F16F2224/02—Materials; Material properties solids
    • F16F2224/0283—Materials; Material properties solids piezoelectric; electro- or magnetostrictive

Definitions

  • the present invention relates to the field of piloted damping devices, of the type of those used in particular in the suspension of motor vehicles.
  • the document EP 1 030 982 B1 describes a shock absorber for a shock-absorbing device, which comprises a piezoelectric means making it possible to modify the damping laws.
  • This damper comprises a fluid chamber, and a piston that moves in the fluid chamber under the force of a shock on the damping device.
  • a shunt assembly coupled to said fluid chamber, which has a shunt channel with an outlet portion, a first port, and a second port in communication with the fluid chamber.
  • the bypass channel allows the fluid to flow through the outlet portion and functionally bypass the piston.
  • a valve which is positioned in the bypass channel, is in communication with the second port and can be a closed position to block the flow of fluid through the bypass channel.
  • the flow of fluid through the bypass channel is controlled by moving the valve from an open position to the closed position in response to one of two variables, namely the extent of piston displacement and the speed of travel. of the last .
  • the object of the present invention is to provide a new fully integrated piloted damping device.
  • Another object of the present invention is to provide such a device, which is easy to install on a motor vehicle and which can, at least in some of its embodiments, be self-powered, that is to say operated without supply of external energy.
  • the present invention relates to a controlled damping device, used in particular in a motor vehicle suspension, of the type comprising a working cylinder in which a piston slides, the piston delimiting in said cylinder a chamber of relaxation and a compression chamber.
  • At least one piezoelectric bimetallic mechanism of generally annular shape, composed of a stack of at least one piezoelectric layer adhered to a metal substrate and arranged so as to be stressed during the bending of the bimetallic strip, such a bimetallic strip making it possible to ensure one and / or the other of the two following functions: firstly, a sensor function of a damping state according to which, during the deformation of the bimetal strip under the effect of an external action, the piezoelectric material is put in stress and sends a signal proportional to the amplitude of this deformation, and, on the other hand, an actuator function according to which, during the supply of the bimetal by an electrical signal, in particular, the piezoelectric material is stressed and tends to deform the bimetal of an amplitude substantially proportional to the level of the signal sent.
  • the direction of the deformation of the bimetal under the effect of a signal depends, on the one hand, on the sign of the signal, which can cause, according to this sign, the expansion or contraction of the piezoelectric material, and, on the other hand of the arrangement of the piezoelectric material in the bimetallic strip.
  • the piezoelectric bimetallic mechanism When the piezoelectric bimetallic mechanism provides a sensor function, it sends a signal giving information on the speed of travel of the vehicle wheel and, after processing of said signal, information such as the travel frequency of said wheel.
  • the bimetal sends only information on the amplitude of its deformation.
  • a processing of this information for example a processing by a type of "Fast Fourier Transform (FFT)" known per se, makes it possible to know the frequencies of the deformations, and therefore to provoke an action as a function of the amplitude and / or the frequency of deformations.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the bimetallic strip is then subjected to a signal that has the effect of modifying its stiffening as a function of a maximum amplitude threshold that must not be exceeded.
  • the piezoelectric bimetallic mechanism provides an actuator function
  • the bimetallic strip is then subjected to a signal that has the effect of modifying its stiffening as a function of a wheel deflection frequency, which makes it possible to detect, in advance, a resonance input to mitigate the effect.
  • the piezoelectric bimetallic mechanism is mounted in external support on a seat secured to the piston in translation, said mechanism being able to move apart or be brought closer by deformation of the seat under the effect of a pressure of hydraulic fluid or under the effect of a signal addressed to said mechanism.
  • the bimetallic mechanism is centered and recessed, directly or indirectly, on the piston rod.
  • the signal may be an electrical signal.
  • two piezo bimetallic mechanisms can be provided, a first mechanism used on the piston in compression and a second mechanism used on the piston in expansion.
  • the piezoelectric bimetallic mechanism can be used as an additional mechanism of a standard type diaphragm mechanism known per se. Similarly, in the case of a plurality of piezoelectric bimetallic mechanisms, said mechanisms can be used as an additional mechanism of a standard type diaphragm mechanism known per se.
  • each piezoelectric layer is connected to a positive pole and a negative pole, and the connection means are isolated from each other.
  • connection can advantageously be achieved by means of two metal washers, one above and one below the bimetal, the bimetal being designed to have a pole on the upper face and a different pole on the underside.
  • connection can be made by a single washer having different poles on different annular sectors, isolated between them.
  • this connection can be made on angular sectors of the same face of the bimetallic, but it is necessary, in this case, to orient the washer with respect to the bimetallic strip to put the poles in coincidence.
  • the controlled damping device comprises at least one piezoelectric bimetallic mechanism comprising at least one piezoelectric layer used as a sensor and at least one piezoelectric layer used as an actuator.
  • the energy resulting from the deformation of the bimetal or bimetallic strip is recovered, in order to feed the bimetallic strip or bimetals, and in such a way as to limit or eliminate the use of an external power supply.
  • the device can use information taken from another vehicle damper, or use information from other sensors of the vehicle.
  • the present invention also relates to a vehicle suspension, in particular a motor vehicle suspension, which comprises an improved controlled damping device in accordance with that described above in outline.
  • This suspension can be of two-tube damper type or monotube damper.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a two-tube type damper for a motor vehicle suspension
  • FIG. 2 very schematically represents the structure of a piezoelectric bimetallic strip
  • FIG. 3 very schematically shows the location of piezoelectric bimetals at the piston of a damper
  • FIG. 4 shows the connection of a piezoelectric bimetallic strip to an electric control or information circuit
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the connection of FIG. 4,
  • FIG. 6 schematically represents a piezoelectric bimetallic strip under the effect of a pressure or a control signal
  • FIG. 7 is a graph showing the comparative evolution of the pressure as a function of the flow rate on a piezoelectric bimetallic controlled and an unmanned piezoelectric bimetallic device.
  • the damper of generally cylindrical general shape with a longitudinal axis XX ', is composed of a working cylinder 2, in which a piston 1 slides, and an outer body 4 which delimits with the cylinder 2 an additional annular chamber 5.
  • the piston 1, linked to its rod 3, defines two chambers, namely a decompression chamber 8, which is located between the piston 1 and an upper bearing 6 of the rod 3 and is compressed in the expansion phase, and a compression chamber 9, which is located between the piston 1 and the compensation chamber 5 and which is compressed in the compression phase.
  • the compression chamber 9 In the compression phase, the compression chamber 9 is compressed, and the fluid is forced through the piston 1 on the one hand, and the compensation 7, on the other hand. It is considered that the annular section between the rod 3 and the working cylinder 2 pushes the fluid through the piston 1, and that the rod section 3 pushes the fluid through the compensation 7.
  • the volume of gas in the chamber compensation 5 accommodates the volume of fluid associated with the displacement of the rod 3.
  • the chamber of détente 8 is then in depression, and it must be guaranteed that its pressure level will not drop too low (risk of cavitation).
  • the compensation 7 imposes a sufficient pressure drop at the rod flow rate to ensure that the pressure in the expansion chamber 8 does not fall below the mean pressure in the compensation chamber 5.
  • the expansion chamber 8 is pressurized, and the fluid is forced through the piston 1 to the compression chamber 9.
  • the volume of oil sucked by the displacement of the rod 3 is taken from the chamber 5, and feeds the compression chamber 9 through the compensation 7.
  • the latter must then impose the least possible pressure drop to the fluid so as not to depressurize the compression chamber 9.
  • a damping device for automotive suspension must make a compromise between comfort and behavior.
  • we use a controlled damper technology which is based on the principle of adjusting the damping law according to a command, this command being determined from different sensors on the vehicle and treated by a "law of order".
  • a controlled damper technology which is based on the principle of adjusting the damping law according to a command, this command being determined from different sensors on the vehicle and treated by a "law of order".
  • At least one diaphragm constituted by a piezoelectric bimetallic strip capable of generating an electrical signal as a function of its deformation or of being deformed if a signal is applied to it, is used to achieve this control.
  • an electrical signal for example an electrical signal.
  • a piezoelectric bimetallic strip of generally annular shape is composed of a stack of at least one piezoelectric layer (12). adhered to a metal substrate (13) and arranged to be stressed during bending of the bimetal.
  • Said at least one piezoelectric layer (12) is not necessarily annular; it is, in all cases, arranged in such a way that it is put under stress during the bending of the bimetallic strip.
  • piezoelectric layer can operate as a sensor and another as an actuator, or, for example, also two piezoelectric layers can operate as an actuator to raise or lower the bimetallic strip as a function of the piezoelectric layer supplied.
  • the bimetal is connected to a circuit, preferably electrical, so that one can retrieve the information on its state (sensor operation) and / or impose a state (actuator operation).
  • a "+" pole and a "-" pole must be connected per independent piezoelectric layer. These connection means are isolated from each other.
  • the embedding pieces of the bimetallic strip 10, referenced 16 and 17, which are, by way of example, integral metal washers in translation of the rod 3 of the piston 1, are advantageously used. for connecting the two poles 12, 13 of the bimetallic strip to the electric circuit.
  • the positive pole is connected to the upper face 12 and the negative pole to the lower face 13 of the bimetallic strip 10.
  • connection of the piezoelectric bimetallic strip 10 can be made on the same face but using, as shown in the drawing of FIG. 5, a ring 18 for the positive pole and a ring 19 for the negative pole.
  • diaphragms comprising several layers of piezoelectric material or equivalent, for example a piezoelectric layer used as a sensor and a piezoelectric layer used as an actuator.
  • the bimetallic strip 10 deforms and passes a flow rate (illustrated by the arrow "Q") between itself and the seat 31.
  • the material of the piezoelectric layer 12 generates an electric voltage, which can be used, as explained in the rest of the text, as a signal of a state of damping and / or stored to actuate the bimetallic strip 10 or another bimetal strip. damping according to a given control law.
  • the bimetallic strip 10 stiffens by placing the piezoelectric layer 12 under stress. This increase in stiffness reduces the bimetallic lift at imposed pressure and / or or increase the loss charging rate imposed, and this proportionally to the imposed voltage.
  • FIG. 7 shows the comparative evolution of the increase in pressure (" ⁇ ") as a function of the flow rate "Q" on an electrically powered piezoelectric bimetallar (curve C1) and a piezoelectric bimetallic non-energized ( curve C2). Feeding the bimetal, as shown in the curve Cl, increases its stiffness. This results in an increase of its opening point A.
  • the information from the bimetallic strip is preferentially proportional to its bending (at least in the linear range of the least important deformations). Therefore, this information is indirectly proportional to the rate of travel of the rod relative to the cylindrical body.
  • This information from the bimetal can advantageously and very simply be processed to extract different parameters of the damping state, for example:
  • the damper can be actuated to "stiffen" it according to a maximum amplitude threshold.
  • the damper can be actuated according to the frequency of flexion of one or more bimetallic strips.
  • a given travel frequency for example a wheel beat around 14 Hz or a cash mode around 1 to 2 Hz, it is then possible to detect in advance a resonance input and to attenuate the effect immediately by stiffening the bimetallic concerned, or other bimetallic damper.
  • control can also be done both in amplitude and frequency, or by any other information that could be extracted from the bimetallic signal.
  • the comparison of the signals of the right and left dampers of a vehicle makes it possible to know whether the axle of the vehicle is pumping (signals in phase) or in rolls (signals in opposition of phase).
  • the damper equipped with such an internal energy means does not require any connection to the vehicle.
  • the controlled damping device described above has many advantages, among which the following advantages:

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)

Abstract

Le dispositif d'amortissement piloté, utilisé notamment dans une suspension de véhicule automobile, du type comprenant un cylindre de travail dans lequel coulisse un piston, le piston délimitant dans ledit cylindre une chambre de détente et une chambre de compression. Dans ce nouveau dispositif, il est prévu au moins un mécanisme à bilame piézoélectrique (10), de forme globalement annulaire, composé d'un empilage d'au moins une couche piézoélectrique (12) adhérisée à un substrat métallique (13) et disposée de manière à être mise en contrainte lors de la flexion du bilame, un tel bilame permettant d'assurer l'une et/ou l'autre des deux fonctions suivantes : d'une part, une fonction de capteur d'un état d'amortissement selon laquelle, lors de la déformation du bilame (10) sous l'effet d'une action extérieure, le matériau piézoélectrique est mis en contrainte et envoie un signal proportionnel à l'amplitude de cette déformation, et, d'autre part, une fonction d'actionneur selon laquelle, lors de l'alimentation du bilame (10) par un signal électrique, notamment, le matériau piézoélectrique est mis en contrainte et tend à déformer le bilame d'une amplitude sensiblement proportionnelle au niveau du signal envoyé. Véhicules automobiles. Amortisseurs pilotés pour suspensions de véhicules automobiles.

Description

DISPOSITIF D'AMORTISSEMENT PILOTE, EN PARTICULIER POUR SUSPENSION DE VEHICULE AUTOMOBILE.
La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'amortissement pilotés, du type de ceux qui sont utilisés en particulier dans les suspensions de véhicules automobiles.
Un amortisseur de suspension automobile doit assurer un compromis entre le confort et le comportement. Pour une vitesse donnée de la tige du piston de l'amortisseur, en particulier si cette vitesse est relativement basse, la prestation de confort, pour être ressentie, nécessite de réduire les efforts d'amortissement, tandis que pour la prestation de comportement les efforts d'amortissement doivent plutôt être augmentés. Ce compromis est réalisé, de manière connue en soi, dans les amortisseurs actuels, de type standard.
On a déjà cherché à sortir de ce compromis en recourant à une technique selon laquelle la loi d'amortissement de l'amortisseur est modifiée en fonction d'une commande déterminée à partir de différents capteurs présents sur le véhicule automobile.
A titre d'exemple, le document EP 1 030 982 Bl décrit un amortisseur pour un dispositif d'amortissement des chocs, qui comporte un moyen piézoélectrique permettant de modifier les lois d'amortissement. Cet amortisseur comprend une chambre de fluide, et un piston qui se déplace dans la chambre de fluide sous la force d'un choc sur le dispositif d'amortissement. Il est prévu un ensemble de dérivation couplé à ladite chambre de fluide, qui présente un canal de dérivation avec une portion de sortie, un premier orifice et un second orifice en communication avec la chambre de fluide. Le canal de dérivation permet au fluide de s'écouler à travers la portion de sortie et de contourner fonctionnellement le piston. Une soupape, qui est positionnée dans le canal de dérivation, est en communication avec le second orifice et peut être amenée à une position fermée pour bloquer l'écoulement de fluide à travers le canal de dérivation. L'écoulement du fluide à travers le canal de dérivation est commandé en amenant la soupape d'une position ouverte à la position fermée en réponse à l'une de deux variables, à savoir l'étendue du déplacement du piston et la vitesse de déplacement de ce dernier .
Le but de la présente invention est de fournir un nouveau dispositif d'amortissement piloté entièrement intégré.
Un autre but de la présente invention est de fournir un tel dispositif, qui soit d'implantation facile sur un véhicule automobile et qui puisse, au moins dans certains de ses modes de réalisation, être autoalimenté, c'est-à-dire fonctionné sans apport d'une énergie externe.
Enfin, c'est également un but de la présente invention de fournir un tel dispositif, qui soit de conception et de réalisation simple, qui présente une bonne tenue en fatigue, qui soit précis, fiable et économique.
Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un dispositif d'amortissement piloté, utilisé notamment dans une suspension de véhicule automobile, du type comprenant un cylindre de travail dans lequel coulisse un piston, le piston délimitant dans ledit cylindre une chambre de détente et une chambre de compression. Dans ce nouveau dispositif, il est prévu au moins un mécanisme à bilame piézoélectrique, de forme globalement annulaire, composé d'un empilage d'au moins une couche piézoélectrique adhérisée à un substrat métallique et disposée de manière à être mise en contrainte lors de la flexion du bilame, un tel bilame permettant d'assurer l'une et/ou l'autre des deux fonctions suivantes : d'une part, une fonction de capteur d'un état d'amortissement selon laquelle, lors de la déformation du bilame sous l'effet d'une action extérieure, le matériau piézoélectrique est mis en contrainte et envoie un signal proportionnel à l'amplitude de cette déformation, et, d'autre part, une fonction d'actionneur selon laquelle, lors de l'alimentation du bilame par un signal électrique, notamment, le matériau piézoélectrique est mis en contrainte et tend à déformer le bilame d'une amplitude sensiblement proportionnelle au niveau du signal envoyé.
Le sens de la déformation du bilame sous l'effet d'un signal dépend, d'une part, du signe du signal, lequel peut provoquer, selon ce signe, la dilatation ou la contraction du matériau piézoélectrique, et, d'autre part, de la disposition du matériau piézoélectrique dans le bilame.
Lorsque le mécanisme de bilame piézoélectrique assure une fonction de capteur, il envoie un signal donnant des informations sur la vitesse de débattement de la roue du véhicule et, après traitement dudit signal, des informations telles que la fréquence de débattement de ladite roue.
En fonctionnement en capteur, le bilame n'envoie des informations que sur l'amplitude de sa déformation. Un traitement de ces informations, par exemple un traitement par un algorithme de type « Transformée de Fourier Rapide (FFT) » connu en soi, permet de connaître les fréquences des déformations, et donc de provoquer une action en fonction de l'amplitude et/ou de la fréquence des déformations .
Lorsque le mécanisme de bilame piézoélectrique assure une fonction d ' actionneur , le bilame est alors soumis à un signal qui a pour effet de modifier son raidissement en fonction d'un seuil d'amplitude maximal à ne pas dépasser.
De façon analogue, lorsque le mécanisme de bilame piézoélectrique assure une fonction d ' actionneur , le bilame est alors soumis à un signal qui a pour effet de modifier son raidissement en fonction d'une fréquence de débattement de roue, ce qui permet de détecter, de manière anticipée, une entrée en résonance afin d'en atténuer l'effet.
Le mécanisme à bilame piézoélectrique est monté en appui externe sur un siège solidaire en translation du piston, ledit mécanisme pouvant s'écarter ou se rapprocher par déformation du siège sous l'effet d'une pression du fluide hydraulique ou sous l'effet d'un signal adressé audit mécanisme .
De plus, le mécanisme à bilame est centré et encastré, directement ou indirectement, sur la tige du piston.
De manière préférentielle, le signal peut être un signal électrique.
Selon la présente invention, il peut être prévu deux mécanismes à bilame piézoélectrique, un premier mécanisme utilisé sur le piston en compression et un second mécanisme utilisé sur le piston en détente.
Il peut également être prévu un mécanisme à bilame piézoélectrique utilisé sur la compensation de 1 ' amortisseur .
Le mécanisme à bilame piézoélectrique peut être utilisé en mécanisme additionnel d'un mécanisme à diaphragmes de type standard connu en soi. De la même façon, en cas de pluralité de mécanismes à bilame piézoélectrique, lesdits mécanismes peuvent être utilisés en mécanisme additionnel d'un mécanisme à diaphragmes de type standard connu en soi.
Le mécanisme à bilame piézoélectrique est raccordé à un circuit électrique, qui permet de récupérer l'information sur son état ou, inversement, lui imposer un état. Pour cela, chaque couche piézoélectrique est raccordée à un pôle positif et à un pôle négatif, et les moyens de raccordement sont isolés entre eux.
Ce raccordement peut avantageusement être réalisé par le moyen de deux rondelles métalliques, une en dessus et une en dessous du bilame, le bilame étant conçu pour avoir un pôle sur la face supérieure et un pôle différent sur la face inférieure .
En variante, le raccordement peut être réalisé par une rondelle unique présentant des pôles différents sur des secteurs annulaires différents, isolés entre eux.
En variante également, ce raccordement peut être réalisé sur des secteurs angulaires d'une même face du bilame, mais il faut, dans ce cas, orienter la rondelle par rapport au bilame pour mettre les pôles en coïncidence.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'amortissement piloté comprend au moins un mécanisme à bilame piézoélectrique comportant au moins une couche piézoélectrique utilisée en capteur et au moins une couche piézoélectrique utilisée en actionneur.
Selon une autre variante de réalisation dite « autopilotage », l'énergie issue de la déformation du ou des bilames est récupérée, afin d'alimenter le ou les bilames, et de telle sorte limiter, voir supprimer, le recours à une alimentation externe.
Enfin, le dispositif peut utiliser des informations prises sur un autre amortisseur du véhicule, ou utiliser des informations d'autres capteurs du véhicule.
La présente invention a aussi pour objet une suspension de véhicule, en particulier une suspension de véhicule automobile, qui comporte un dispositif d'amortissement piloté perfectionné conforme à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes.
Cette suspension peut être de type à amortisseur bitube ou bien à amortisseur monotube.
D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'exemples de réalisation, non limitatifs de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un amortisseur de type bitube pour une suspension de véhicule automobile,
- la figure 2 représente, de manière très schématique, la structure d'un bilame piézoélectrique,
- la figure 3 représente, de manière très schématique, l'emplacement de bilames piézoélectriques au niveau du piston d'un amortisseur, - la figure 4 représente le raccordement d'un bilame piézoélectrique à un circuit électrique de commande ou d ' information,
- la figure 5 représente une variante de réalisation du raccordement de la figure 4,
- la figure 6 représente, de manière schématique, un bilame piézoélectrique sous l'effet d'une pression ou d'un signal de commande, et
- la figure 7 est un graphe représentant l'évolution comparée de la pression en fonction du débit sur un bilame piézoélectrique piloté et un bilame piézoélectrique non piloté .
En référence au dessin de la figure 1, on a représenté, à titre d'exemple non limitatif de l'objet et de la portée de la présente invention, la structure générale d'un amortisseur bitube de suspension automobile.
L'amortisseur, de forme générale sensiblement cylindrique d'axe longitudinal XX', est composé d'un cylindre de travail 2, dans lequel coulisse un piston 1, et d'un corps extérieur 4 qui délimite avec le cylindre 2 une chambre annulaire additionnelle appelée « chambre de compensation » et référencée 5. Dans le cylindre de travail 2, le piston 1, lié à sa tige 3, délimite deux chambres, à savoir une chambre de détente 8, qui est située entre le piston 1 et un palier supérieur 6 de la tige 3 et est comprimée en phase de détente, et une chambre de compression 9, qui est située entre le piston 1 et la chambre de compensation 5 et qui est comprimée en phase de compression.
En phase de compression, la chambre de compression 9 est comprimée, et le fluide est forcé au travers du piston 1 d'une part, et de la compensation 7, d'autre part. On considère que la section annulaire entre la tige 3 et le cylindre de travail 2 pousse le fluide au travers du piston 1, et que la section de tige 3 pousse le fluide au travers de la compensation 7. Le volume de gaz ménagé dans la chambre de compensation 5 permet d'accueillir le volume de fluide lié au déplacement de la tige 3. La chambre de détente 8 se retrouve alors en dépression, et il convient de garantir que son niveau de pression ne chutera pas trop bas (risque de cavitation) . Dans ce but, la compensation 7 impose une perte de charge suffisante au débit de tige pour garantir que la pression dans la chambre de détente 8 ne chute pas au dessous de la pression moyenne dans la chambre de compensation 5.
En phase de détente, la chambre de détente 8 est mise en pression, et le fluide est forcé au travers du piston 1 vers la chambre de compression 9. Le volume d'huile aspiré par le déplacement de la tige 3 est prélevé dans la chambre de compensation 5, et alimente la chambre de compression 9 au travers de la compensation 7. Cette dernière doit alors imposer le moins de perte de charge possible au fluide de façon à ne pas mettre en dépression la chambre de compression 9.
Comme évoqué précédemment, un dispositif d'amortissement pour suspension automobile doit réaliser un compromis entre le confort et le comportement. Pour sortir de ce compromis, on recours à une technologie d'amortisseur piloté, qui repose sur le principe d'ajustement de la loi d'amortissement en fonction d'une commande, cette commande étant déterminée à partir de différents capteurs présents sur le véhicule automobile et traités par une « loi de commande ». Ainsi, en fonction de capteurs de débattement des roues, de capteurs de la pédale d'accélération, etc., on cherche à déterminer si on souhaite plutôt du confort ou du comportement, et on pilote l'amortisseur en conséquence.
Selon le principe de la présente invention, on utilise, pour réaliser ce pilotage, au moins un diaphragme constitué par un bilame piézoélectrique, susceptible de générer un signal électrique en fonction de sa déformation ou bien de se déformer si on lui applique un signal, par exemple un signal électrique.
En référence au dessin de la figure 2, un bilame piézoélectrique, de forme générale annulaire, est composé d'un empilage d'au moins une couche piézoélectrique (12) adhérisée à un substrat métallique (13) et disposée de manière à être mise en contrainte lors de la flexion du bilame .
Ladite couche piézoélectrique (12) au moins n'est pas forcément annulaire ; elle est, dans tous les cas, disposée de telle sorte qu'elle est mise en contrainte lors de la flexion du bilame.
Il peut y avoir plusieurs couches piézoélectriques, qui peuvent être pilotées de manière indépendante. A titre d'exemple, une couche piézoélectrique peut fonctionner en capteur et une autre en actionneur, ou, par exemple également, deux couches piézoélectriques peuvent fonctionner en actionneur pour lever ou baisser le bilame en fonction de la couche piézoélectrique alimentée.
Un tel bilame piézoélectrique, de référence générale
10, peut être utilisé sur le piston 1, en compression et/ou en détente (figure 3), c'est-à-dire utilisé sur l'une et/ou l'autre face du piston. Il peut être également sur la compensation 7 de l'amortisseur.
Dans tous les cas, il peut être utilisé comme élément unique d'amortissement. Il peut également être utilisé en mécanisme additionnel d'un mécanisme d'amortissement conventionnel, de type standard, par exemple un mécanisme d'amortissement à diaphragme flottant.
Enfin, il peut être utilisé, comme dans le présent exemple d'application de l'invention, sur un amortisseur de type bitube ou bien sur un amortisseur d'architecture monotube .
Le bilame est raccordé à un circuit, de préférence électrique, de telle sorte que l'on puisse récupérer l'information sur son état (fonctionnement en capteur) et/ou lui imposer un état (fonctionnement en actionneur) .
Pour raccorder le bilame, il faut se raccorder à un pôle « + » et à un pôle « - » par couche piézoélectrique indépendante. Ces moyens de raccordement sont isolés entre eux . Comme représenté sur le dessin de la figure 4, les pièces d'encastrement du bilame 10, référencées 16 et 17, qui sont, à titre d'exemple, des rondelles métalliques solidaires en translation de la tige 3 du piston 1, sont avantageusement utilisées pour le raccordement des deux pôles 12, 13 du bilame sur le circuit électrique. Ainsi, le pôle positif est raccordé sur la face supérieure 12 et le pôle négatif sur la face inférieure 13 du bilame 10.
En variante, le raccordement du bilame piézoélectrique 10 peut être réalisé sur une même face mais en utilisant, comme montré sur le dessin de la figure 5, un anneau 18 pour le pôle positif et un anneau 19 pour le pôle négatif.
En variante également (non représentée) , il est possible de réaliser le raccordement du bilame piézoélectrique 10 sur une même face mais en utilisant un ou des secteurs angulaires pour le pôle positif et un ou des secteurs angulaires différents pour le pôle négatif.
En variante encore (non représentée également), il est possible d'utiliser des diaphragmes comportant plusieurs couches de matériau piézoélectrique ou équivalent, par exemple une couche piézoélectrique utilisée en capteur et une couche piézoélectrique utilisée en actionneur.
Comme représenté sur la figure 6, sous l'effet d'une pression « P » de fluide, le bilame 10 se déforme et laisse passer un débit (illustré par la flèche « Q ») entre lui- même et le siège 31. Le matériau de la couche piézoélectrique 12 génère une tension électrique, qui peut être utilisée, comme exposé dans la suite du texte, en tant que signal d'un état d'amortissement et/ou stockée pour actionner le bilame 10 ou un autre bilame de l'amortisseur en fonction d'une loi de commande donnée.
Si on impose une tension électrique, ou un courant selon le type de matériau piézoélectrique, au bilame 10, ce dernier se raidit par la mise en contrainte de la couche piézoélectrique 12. Cette augmentation de raideur diminue la levée du bilame à pression imposée et/ou augmente la perte de charge à débit imposé, et ce de manière proportionnelle à la tension imposée.
On a représenté sur le graphe de la figure 7 l'évolution comparée de l'augmentation de la pression (« ΔΡ ») en fonction du débit « Q » sur un bilame piézoélectrique alimenté électriquement (courbe Cl) et un bilame piézoélectrique non alimenté (courbe C2) . En alimentant le bilame, comme le montre la courbe Cl, on augmente sa raideur. Il en résulte une augmentation de son point d'ouverture A.
L'information provenant du bilame est préfèrentiellement proportionnelle à sa flexion (au moins dans la plage linéaire des déformations les moins importantes). Par conséquent, cette information est indirectement proportionnelle à la vitesse de débattement de la tige par rapport au corps cylindrique. Cette information en provenance du bilame peut avantageusement et très simplement être traitée pour en extraire différents paramètres de l'état d'amortissement, par exemple :
- une amplitude, c'est-à-dire une vitesse maximale de débattement,
- une fréquence de variation de la vitesse, ou de débattement de l'amortisseur,
Comme mentionné précédemment, plusieurs bilames, par conséquent plusieurs séries d'informations, peuvent être utilisés pour le pilotage.
a) Le pilotage en amplitude.
On peut actionner l'amortisseur pour le « raidir » en fonction d'un seuil d'amplitude maximal.
Si un niveau de déformation important du bilame est détecté, éventuellement pendant une certaine durée, on est en présence d'un déplacement important de la roue du véhicule. Dans cette hypothèse, deux actions sont possibles :
- on peut piloter un raidissement du bilame lui-même, de façon à limiter le mouvement de la roue, un tel pilotage pouvant être avantageusement réalisé avec un certain retard et une montée en régime adaptée qui ménagent le confort,
on peut également piloter un autre bilame piézoélectrique de l'amortisseur, de manière à freiner la détente après une compression très appuyée, un tel pilotage pouvant également avantageusement être réalisé avec un retard et une montée en puissance adaptés pour ménager le confort .
b) le pilotage en fréquence.
On peut actionner l'amortisseur en fonction de la fréquence de la flexion d'un ou plusieurs bilames.
Si on détecte une fréquence de débattement donnée, par exemple un battement de roue autour de 14 Hz ou un mode de caisse autour de 1 à 2 Hz, on peut alors détecter de manière anticipée une entrée en résonance et en atténuer l'effet immédiatement en raidissant le bilame concerné, ou d'autres bilames de l'amortisseur.
c) autres pilotages.
On notera que le pilotage peut aussi se faire à la fois en amplitude et en fréquence, ou par toute autre information que l'on pourrait extraire du signal des bilames. A titre d'exemple, la comparaison des signaux des amortisseurs droit et gauche d'un véhicule permet de savoir si l'essieu du véhicule est en pompage (signaux en phase) ou en roulis (signaux en opposition de phase) .
d) 1 ' autopilotage .
Il est possible de récupérer l'énergie issue de la déformation des bilames pour les alimenter, et limiter, voir supprimer, le recours à une alimentation externe. Dans un tel cas, l'amortisseur équipé d'un tel moyen énergétique interne ne nécessite aucun branchement au véhicule.
Le dispositif d'amortissement piloté décrit ci-dessus présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants :
- il est entièrement intégré,
il est d'implantation facile sur un véhicule automobile, - il peut être autoalimenté,
- il constitue un système souple, les lois de commande des bilames étant aisément adaptables.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'amortissement piloté, utilisé notamment dans une suspension de véhicule automobile, du type comprenant un cylindre de travail (2) dans lequel coulisse un piston (1), le piston délimitant dans ledit cylindre une chambre de détente (8) et une chambre de compression (9), caractérisé en ce qu'il est prévu au moins un mécanisme à bilame piézoélectrique (10), de forme globalement annulaire, composé d'un empilage d'au moins une couche piézoélectrique (12) adhérisée à un substrat métallique (13) et disposée de manière à être mise en contrainte lors de la flexion du bilame, un tel bilame permettant d'assurer l'une et/ou l'autre des deux fonctions suivantes : d'une part, une fonction de capteur d'un état d'amortissement selon laquelle, lors de la déformation du bilame (10) sous l'effet d'une action extérieure, le matériau piézoélectrique est mis en contrainte et envoie un signal proportionnel à l'amplitude de cette déformation, et, d'autre part, une fonction d'actionneur selon laquelle, lors de l'alimentation du bilame (10) par un signal électrique, notamment, le matériau piézoélectrique est mis en contrainte et tend à déformer le bilame d'une amplitude sensiblement proportionnelle au niveau du signal envoyé.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le mécanisme de bilame piézoélectrique (10) assurant une fonction de capteur, ledit bilame envoie un signal donnant des informations sur la vitesse de débattement de la roue du véhicule et, après traitement dudit signal, des informations telles que la fréquence de débattement de ladite roue.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le mécanisme de bilame piézoélectrique (10) assurant une fonction d'actionneur, ledit bilame est alors soumis à un signal qui a pour effet de modifier son raidissement en fonction d'un seuil d'amplitude maximal à ne pas dépasser.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le mécanisme de bilame piézoélectrique (10) assurant une fonction d ' actionneur , ledit bilame est alors soumis à un signal qui a pour effet de modifier son raidissement en fonction d'une fréquence de débattement de roue, et détecter de manière anticipée une entrée en résonance afin d'en atténuer l'effet.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit mécanisme à bilame piézoélectrique (10) est monté en appui externe sur un siège (31) solidaire en translation du piston, ledit mécanisme (10) pouvant s'écarter ou se rapprocher par déformation dudit siège (31) sous l'effet d'une pression du fluide hydraulique ou sous l'effet d'un signal adressé audit mécanisme.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que ledit mécanisme à bilame (10) est centré et encastré, directement ou indirectement, sur la tige du piston (1) .
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit signal est un signal électrique.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce en ce qu'il est prévu deux mécanismes à bilame piézoélectrique, un premier mécanisme utilisé sur le piston (1) en compression et un second mécanisme utilisé sur le piston (1) en détente.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 8, caractérisé en ce qu'il est prévu un mécanisme à bilame piézoélectrique utilisé sur la compensation (7) de l'amortisseur.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le mécanisme à bilame piézoélectrique (10) au moins est utilisé en mécanisme additionnel d'un mécanisme à diaphragmes de type standard connu en soi.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le mécanisme à bilame piézoélectrique (10) est raccordé à un circuit électrique, qui permet de récupérer l'information sur son état ou, inversement, lui imposer un état, et en ce que ledit raccordement est réalisé par le moyen de deux rondelles métalliques (16, 17) qui viennent encastrer ledit mécanisme (10).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le mécanisme à bilame piézoélectrique (10) est raccordé à un circuit électrique, qui permet de récupérer l'information sur son état ou, inversement, lui imposer un état, et en ce que ledit raccordement est réalisé sur une même face du mécanisme par le moyen de deux anneaux, un premier anneau (18) pour le pôle positif et un second anneau (19) pour le pôle négatif.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le mécanisme à bilame piézoélectrique (10) est raccordé à un circuit électrique, qui permet de récupérer l'information sur son état ou, inversement, lui imposer un état, et en ce que ledit raccordement est réalisé sur une même face du bilame (10) mais en utilisant un ou des secteurs angulaires de la dite face pour le pôle positif et un ou des secteurs angulaires différents pour le pôle négatif.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un mécanisme à bilame piézoélectrique comportant au moins une couche piézoélectrique utilisée en capteur et au moins une couche piézoélectrique utilisée en actionneur.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'énergie issue de la déformation du ou des bilames est récupérée, afin d'alimenter le ou les bilames, et de telle sorte limiter, voir supprimer, le recours à une alimentation externe.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il utilise des informations prises sur un autre amortisseur du véhicule.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il utilise des informations d'autres capteurs du véhicule.
18. Suspension de véhicule, en particulier de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'elle comporte un dispositif d'amortissement perfectionné conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
19. Suspension de véhicule selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'elle est de type à amortisseur bitube.
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