Dispositif à piston pour la conversion d'un débit de fluide en un déplacement et réciproquement

La présente invention se rapporte à un dispositif à piston pour la conversion d'une pression de fluide en une force et/ou d'un écoulement de fluide en un déplacement et réciproquement, du type comportant un corps creux rigide comprenant des parois qui délimitent un logement intérieur et au moins un piston rigide engagé dans ledit logement intérieur de manière à délimiter une chambre de fluide dans ledit logement intérieur, ledit corps creux comprenant une paroi périphérique qui entoure au moins partiellement ledit logement intérieur et ledit au moins un piston, ledit au moins un piston présentant une surface périphérique tournée vers ladite paroi périphérique du logement intérieur à distance de ladite paroi périphérique, ledit au moins un piston étant apte à se déplacer par rapport audit corps creux au moins selon un degré de liberté correspondant à un déplacement de fluide dans ladite chambre de fluide, le dispositif comportant des moyens d'étanchéité disposés entre ledit au moins un piston et les parois dudit logement intérieur pour fermer ladite chambre de fluide de manière étanche audit fluide, lesdits moyens d'étanchéité incluant des moyens d'étanchéité périphériques disposés entre la surface périphérique dudit au moins un piston et la paroi périphérique du logement intérieur.

Un tel dispositif peut être employé comme actionneur à commande hydraulique ou pneumatique, pour créer une force ou un déplacement à partir d'une pression ou d'un écoulement de liquide ou de gaz. Un tel dispositif peut aussi être employé comme source de pression commandée, pour créer un écoulement ou une pression de liquide ou de gaz à partir d'un déplacement ou d'une force. Dans certains cas, un tel dispositif peut aussi être employé comme amortisseur pour amortir un mouvement ou comme dispositif de transmission hydraulique, notamment pour amplifier ou réduire une force ou un déplacement.

Dans les applications d' actionneur, on connaît de nombreux dispositifs de ce type sous l'appellation de vérin hydraulique ou vérin pneumatique, notamment avec une géométrie cylindrique dont l'axe définit la direction de translation du piston. En introduisant ou en retirant du fluide dans la chambre de fluide à travers des moyens de passage pour fluide, on sait provoquer des déplacements contrôlés du piston. Couramment, les moyens d'étanchéité périphériques sont réalisés sous la forme de joints d'étanchéité ou de coupelles d'étanchéité fixés sur la jupe périphérique du piston et glissant de manière étanche contre la surface intérieure du corps creux. Il en est de même pour l'étanchéité du passage de la tige

de piston à travers la paroi d'extrémité du corps creux, le cas échéant. Un tel joint est soumis à une fatigue et une usure au cours du temps, de manière aggravée si le fluide comporte des impuretés susceptibles de provoquer une abrasion du joint. Cette usure peut être à l'origine de fuites de fluide. De plus, les déplacements du piston ne répondent pas toujours de manière linéaire aux variations de l'effort extérieur reçu par le piston, en raison de la friction et des forces d'adhésion entre le joint et la surface intérieure du logement. Cela limite la précision avec laquelle le déplacement du piston peut être commandé.

US 4687223 décrit une articulation hydroélastique pour la liaison au sol d'un véhicule automobile, comportant un tube interne, un corps élastique monté autour du tube interne et un tube externe monté autour du corps élastique coaxialement au tube interne.

Deux chambres annulaires d'huile sont formées dans le corps élastique et sont reliées par une rainure formée dans la surface extérieure du tube externe munie d'une vanne à solénoïde.

Etant donné la faible différence de diamètre entre le tube externe et le tube interne qui sont sollicités essentiellement dans la direction axiale, les chambres d'huile creusées dans le corps élastique autour du tube interne ne voient pas leur volume varier substantiellement du fait des déplacements du tube interne. Le fonctionnement hydraulique de cette articulation est donc peu efficace De plus, la raideur de gonflement de l'articulation est relativement faible en raison de la grande surface mouillée d'élastomère. Il n'est donc pas possible d'obtenir une grande différence de comportement entre l'état ouvert et l'état fermé de la vanne.

US 6007072 décrit une articulation hydraulique de suspension comportant deux armatures cylindriques coaxiales, une chambre haute et une chambre basse disposées entre les armatures et des vannes de contrôle permettant de contrôler la pression hydraulique dans les chambres pour provoquer des déplacements relatifs des armatures. Les chambres sont fermées au niveau des extrémités axiales des armatures par des parois en caoutchouc qui sont sollicitées par une contrainte de compression ou de traction lors desdits déplacements. Pour supporter cette sollicitation dans le temps, les parois doivent être assez épaisses. Il en résulte une assez forte raideur des parois ainsi qu'un comportement non linéaire de la force de rappel élastique générée par lesdites parois en fonction des déplacements des armatures. Enfin, les différentes zones des parois en caoutchouc sont sollicitées très différemment selon leur position, la zone située dans l'axe de la sollicitation recevant la plus forte contrainte de compression, tandis que les zones situées de chaque côté reçoivent une contrainte de compression de plus en plus réduite et une contrainte de cisaillement de plus en plus élevée à mesure qu'on s'éloigne de l'axe de la sollicitation. Cette dissymétrie des contraintes accélère la fatigue de la matière.

Un but de l'invention est de fournir un dispositif à piston pour la conversion d'une pression de fluide en une force et/ou d'un écoulement de fluide en un déplacement et réciproquement, qui présente une bonne linéarité entre l'effort de pression du fluide et le déplacement du piston ou entre la pression du fluide et un effort extérieur reçu par le piston ou encore entre un effort extérieur reçu par le piston et un déplacement dudit piston.

Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif à piston pour la conversion d'une pression de fluide en une force et/ou d'un écoulement de fluide en un déplacement et réciproquement, qui présente une bonne longévité, notamment dans un environnement chargé en impuretés.

Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif à piston pour la conversion d'une pression de fluide en une force et/ou d'un écoulement de fluide en un déplacement et réciproquement, qui présente une raideur contrôlable dans une large mesure.

Pour cela, l'invention fournit un dispositif à piston pour la conversion d'une pression de fluide en une force et/ou d'un écoulement de fluide en un déplacement et réciproquement, du type mentionné en premier lieu, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'étanchéité sont essentiellement constitués d'au moins un corps élastiquement déformable lié sans glissement audit au moins un piston et au corps creux et disposé de manière à être sollicité essentiellement par une contrainte de cisaillement lors du déplacement dudit au moins un piston selon ledit degré de liberté.

Grâce à ces caractéristiques, les moyens d'étanchéité ne sont soumis à aucun glissement, et donc à aucun frottement, contre le corps creux, ce qui assure une bonne étanchéité et une bonne longévité desdits moyens d'étanchéité. De plus, les matières élastiques telles que les élastomères présentent une très bonne linéarité dans le sens du cisaillement, ce qui permet d'obtenir une relation très linéaire entre les déplacements du piston et la pression du fluide dans la chambre. Un tel dispositif se prête donc particulièrement à des applications où un positionnement précis du piston est recherché. La raideur de cisaillement peut être modulée dans une très large mesure en adaptant le dimensionnement du ou des corps élastiques, En outre, la déformation admissible en cisaillement est globalement supérieure à la déformation admissible en compression/traction.

Enfin, la disposition particulière du ou des corps élastiques, par exemple des éléments en élastomères, assure une répartition relativement uniforme des contraintes dans les corps élastiques.

Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif comporte des moyens de passage pour fluide pour permettre le passage d'un fluide entrant dans ou sortant de ladite chambre de fluide. Ces moyens de passages peuvent notamment s'étendre à travers le corps creux et/ou le piston.

De préférence, lesdits moyens de passage pour fluide comprennent au moins un canal de communication reliant une deuxième chambre de fluide à la première chambre de fluide du dispositif. Un tel canal de communication permet de créer un dispositif de type ressort hydroélastique destiné à réaliser un couplage ayant des caractéristiques particulières entre une pièce liée au piston et une pièce liée au corps creux. La circulation de fluide entre les deux chambres permet d'obtenir différents effets, tels que amortissement, résonance, et contrôle de la raideur.

Avantageusement, le dispositif comporte des moyens de contrôle d'écoulement commutables dans plusieurs états pour modifier une résistance à l'écoulement de fluide dans ledit canal de communication entre les première et deuxième chambres de fluide, notamment sous la forme d'une ou plusieurs électro vannes. Ainsi, il est possible de modifier des caractéristiques de la réponse du dispositif aux sollicitations, telles que raideur, fréquence de résonance, anisotropie, coefficient d'amortissement, etc.

La deuxième chambre de fluide peut être formée de différentes manières.

Selon un mode de réalisation du dispositif, il comporte une enceinte solidaire dudit corps creux délimitant la deuxième chambre de fluide, ladite enceinte comportant des moyens d'expansion pour maintenir une pression sensiblement constante dans ladite deuxième chambre de fluide.

Avantageusement, ladite enceinte comporte une membrane souple présentant une bordure périphérique liée de manière étanche audit corps creux de manière à délimiter la deuxième chambre de fluide du côté d'une surface intérieure de ladite membrane souple. Une surface extérieure de ladite membrane souple peut être en communication avec une atmosphère ambiante ou une cavité pressurisée.

De préférence, ledit corps creux comprend une paroi d'extrémité du logement intérieur qui s'étend globalement transversalement à la paroi périphérique, ledit piston présentant une surface frontale tournée vers ladite paroi d'extrémité à distance de ladite paroi d'extrémité de manière à délimiter ladite chambre de fluide dans ledit logement

intérieur entre ladite paroi d'extrémité du logement intérieur et la surface frontale du piston. Une telle structure peut être utile pour limiter la surface mouillée d'élastomère, et donc accroître la raideur de gonflement lorsque la chambre est fermée. Il est notamment possible, dans le même but, de faire une chambre de fluide entièrement délimitée par des parois rigides, sauf au niveau des moyens d'étanchéité périphériques.

La membrane souple peut être disposée de l'autre côté de la paroi d'extrémité du logement par rapport à la première chambre de fluide, ledit canal de communication s 'étendant par exemple au moins partiellement à travers ladite paroi d'extrémité. Dans ce cas, les moyens de contrôle d'écoulement peuvent par exemple être agencés dans la paroi d'extrémité. La membrane souple peut aussi être disposée de l'autre côté du piston par rapport à la première chambre de fluide. Dans ce cas, les moyens de contrôle d'écoulement peuvent par exemple être agencés dans le piston.

Selon un mode de réalisation particulier du dispositif, il comporte une tige d'actionnement couplée audit piston par un organe de liaison de l'autre côté du piston par rapport à la première chambre de fluide, ladite tige d'actionnement étant engagée à travers ladite membrane et ledit organe de liaison étant en communication avec ladite deuxième chambre de fluide. Cet agencement permet d'utiliser le fluide de la deuxième chambre pour lubrifier l'organe de liaison, par exemple un pivot ou une rotule.

Avantageusement, le corps creux présente une paroi de protection faisant saillie autour de la bordure périphérique de la membrane souple. Par exemple, cette paroi de protection peut être fournie par une partie arrière de la paroi périphérique du corps creux s'étendant de l'autre côté du piston par rapport à la première chambre de fluide. Ainsi, les risques d'un percement ou déchirement accidentel de la membrane sont réduits.

Selon un autre mode de réalisation du dispositif avec deux chambres de fluide, il comporte un deuxième corps creux rigide lié rigidement au premier corps creux rigide du dispositif et présentant un deuxième logement intérieur dans lequel un deuxième piston rigide est engagé de manière à délimiter une deuxième chambre de fluide dans ledit deuxième logement intérieur, ledit deuxième corps creux et ledit deuxième piston formant un deuxième dispositif à piston, lesdits premier et deuxième corps creux formant un boîtier commun, lesdits premier et deuxième logements intérieurs étant agencés dans ledit boîtier commun de manière que le degré de liberté du premier piston et le degré de liberté du deuxième piston aient des axes parallèles et que le sens de déplacement du premier piston

vers la paroi d'extrémité du premier logement soit opposé au sens de déplacement du deuxième piston vers la paroi d'extrémité du deuxième logement, une pièce de couplage couplant lesdits premier et deuxième pistons l'un à l'autre. Un tel agencement permet d'obtenir un dispositif à double effet, pouvant être utilisé comme actionneur ou comme ressort hydroélastique, dans lequel il y a toujours l'une des deux chambres de liquide dans laquelle la pression est en augmentation, quel que soit le sens de sollicitation transmis à la pièce de couplage. Ainsi, des phénomènes de cavitation sont évités et la plage de fonctionnement du dispositif est accrue. Les deux corps creux formant le boîtier commun peuvent être réalisés d'une seule pièce ou en plusieurs pièces assemblées. Les degrés de liberté du premier et du deuxième piston peuvent être des translations axiales ou des rotations axiales.

De préférence, ledit boîtier commun comporte une paroi de séparation agencée entre lesdits premier et deuxième logements intérieurs, ladite paroi de séparation constituant la paroi d'extrémité commune du premier et du deuxième logements intérieurs, les faces frontales desdits premier et deuxième pistons étant tournées vers deux faces opposées de ladite paroi de séparation.

Selon un mode de réalisation particulier, ladite pièce de couplage relie les premier et deuxième pistons en s 'étendant à travers lesdites première et deuxième chambres de fluide et un percement de ladite paroi de séparation, un joint d'étanchéité étant agencé dans ledit percement autour de ladite pièce de couplage pour étanchéifier les deux chambres de fluide.

Selon des réalisations particulières, ladite pièce de couplage est apte à coulisser dans ledit joint d'étanchéité ou bien ledit joint d'étanchéité comporte un corps élastiquement déformable lié sans glissement à ladite paroi de séparation et à ladite pièce de couplage et disposé de manière à être sollicité essentiellement par une contrainte de cisaillement lors du déplacement desdits premier et deuxième pistons selon leur degré de liberté respectif.

Selon un autre mode de réalisation particulier, les premier et deuxième pistons sont agencés entre les première et deuxième chambres de fluide, les faces frontales desdits premier et deuxième pistons étant tournées à l'opposé l'une de l'autre. Dans ce cas, la pièce de couplage peut lier les pistons par leurs faces arrière. Les deux pistons peuvent aussi être liés sans pièce de couplage intermédiaire, en étant formés d'une seule pièce.

Selon encore un autre mode de réalisation du dispositif avec deux chambres de fluide, la paroi périphérique du logement intérieur du corps creux se prolonge de l'autre côté du piston par rapport à ladite première chambre de fluide, ledit corps creux comportant une deuxième paroi d'extrémité tournée vers une surface arrière du piston opposée à ladite surface frontale et située à distance de ladite surface arrière de manière à délimiter une deuxième chambre de fluide dans ledit logement intérieur entre ladite deuxième paroi d'extrémité du logement intérieur et la surface arrière du piston.

Selon une réalisation particulière de ce dispositif, il comporte un actionneur couplé au piston pour déplacer ledit piston dans le logement intérieur par rapport audit corps creux, ledit actionneur étant apte à déplacer le piston selon ledit degré de liberté dans au moins un sens. Un tel agencement permet de créer une source de pression commandée par l' actionneur. Pour commander les déplacements du piston, on peut utiliser un actionneur réversible pouvant agir dans les deux sens ou un actionneur ayant un effet moteur dans un seul sens. Avantageusement, un ressort de rappel logé dans ledit logement intérieur de manière à solliciter ledit piston dans un sens opposé à un sens moteur de l' actionneur.

Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte au moins une tige d'actionnement couplée à l'une parmi la surface frontale et la surface arrière du piston et s' étendant à travers ladite première ou deuxième chambre de fluide et un alésage de ladite première ou deuxième paroi d'extrémité, ledit alésage étant fermé de manière étanche au fluide par au moins un corps élastiquement déformable lié sans glissement à la paroi d'extrémité et à ladite tige d'actionnement et agencé de manière à être sollicité essentiellement par une contrainte de cisaillement lors du déplacement du piston selon ledit degré de liberté.

De préférence dans ce cas, le dispositif comporte une enceinte de compensation solidaire dudit corps creux et présentant une paroi expansible pour contenir un volume de fluide variable, un premier canal de communication reliant ladite première chambre de fluide à ladite enceinte de compensation, un deuxième canal de communication reliant ladite deuxième chambre de fluide à ladite enceinte de compensation et des première et deuxième vannes commandées pour modifier une résistance à l'écoulement de fluide dans lesdits premier et deuxième canaux de communication respectivement.

Selon un mode de réalisation des moyens de contrôle d'écoulement, lesdits moyens de contrôle d'écoulement comportent au moins une vanne commandée commutable

dans un état passant bidirectionnel autorisant un écoulement de fluide dans ledit canal de communication dans les deux sens entre les première et deuxième chambres de fluide et dans un état non passant interdisant un écoulement de fluide dans ledit canal de communication entre les première et deuxième chambres de fluide dans un sens ou dans les deux sens. L'état de la vanne permet ainsi de faire varier la raideur et/ou d'autres caractéristiques dynamiques du dispositif. Par exemple, lorsque l'état de la vanne empêche le fluide de sortir de la chambre dont la sollicitation tend à réduire le volume, le dispositif prend une raideur plus élevée du fait de la raideur de gonflement du corps élastique.

Selon un autre mode de réalisation des moyens de contrôle d'écoulement, lesdits moyens de contrôle d'écoulement comportent deux vannes commandées agencées en série entre la première chambre et la seconde chambre, chacune desdites vannes présentant un état passant bidirectionnel et un état non passant unidirectionnel, une première desdites vannes présentant un état non passant unidirectionnel interdisant un écoulement de fluide dans ledit canal de communication entre les première et deuxième chambres de fluide dans un premier sens et une seconde desdites vannes présentant un état passant unidirectionnel interdisant un écoulement de fluide dans ledit canal de communication entre les première et deuxième chambres de fluide dans un second sens opposé au premier sens. Ainsi, les moyens de contrôle d'écoulement peuvent offrir plus de deux états de fonctionnement de l'articulation, par exemple quatre états de fonctionnement en commutant indépendamment les deux vannes. De plus, ce type de vanne peut être réalisé avec des composants de faible encombrement, permettant ainsi par exemple de loger le canal de communication et les moyens de contrôle d'écoulement à l'intérieur d'une articulation de taille ordinaire. Selon l'état de chacune des deux vannes, on obtient un circuit qui peut être commuté dans jusqu'à quatre états distincts : un état passant bidirectionnel (les deux vannes étant dans l'état passant bidirectionnel), un état passant unidirectionnel dans chaque sens (une des deux vannes étant dans l'état passant unidirectionnel et l'autre dans l'état passant bidirectionnel) et un état bloqué (les deux vannes étant dans l'état passant unidirectionnel). Un tel mode de réalisation présente l'avantage de répartir la fonction d'obturation du circuit entre les deux vannes commandées. Chaque vanne dans l'état passant unidirectionnel présente un sens bloqué, c'est-à-dire le sens opposé au sens passant. Ainsi, la première vanne dans l'état passant unidirectionnel assure l'obturation du circuit vis à vis des courants de liquide et des ondes de pression allant dans le premier sens, tandis que la seconde vanne dans l'état passant unidirectionnel assure l'obturation du circuit vis à vis des courants de liquide et des ondes de pression allant dans le second sens.

Selon un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de passage pour fluide comprennent au moins un deuxième canal de communication reliant ladite deuxième chambre de fluide à la première chambre de fluide en contournant lesdits moyens de contrôle d'écoulement. Cet agencement permet de générer des effets de manière permanente, du type amortissement ou résonance inertielle, en plus des effets contrôles par la ou les vannes.

Selon des modes de réalisation particuliers du dispositif, il comporte un organe dissipatif apte à produire une perte de charge dans un dit canal de communication et/ou un dit canal de communication est réalisé sous la forme d'un canal inertiel apte à produire une résonance d'une masse de fluide en circulation dans ledit canal inertiel à une fréquence prédéterminée.

Le dispositif à piston peut aussi être réalisé sous la forme d'un actionneur. Par exemple, pour cela, un circuit d'alimentation de première chambre relie ladite première chambre à une source de pression haute et une source de pression basse respectivement et un circuit d'alimentation de deuxième chambre relie ladite deuxième chambre à ladite source de pression haute et ladite source de pression basse respectivement, et le dispositif comporte des premières vannes de contrôle de pression aptes à contrôler la pression de fluide communiquée depuis lesdites sources de pressions à ladite première chambre et des deuxièmes vannes de contrôle de pression aptes à contrôler la pression de fluide communiquée depuis lesdites sources de pressions à ladite deuxième chambre.

Avantageusement, le corps creux présente une ouverture d'entrée faisant communiquer une extrémité du logement intérieur opposée à ladite paroi d'extrémité avec l'extérieur du corps creux.

Selon des modes de réalisation avantageux, une tige d' actionnement est couplée à un côté arrière du piston opposé à ladite chambre de fluide par une liaison rigide ou un pivot ou une rotule ou un tampon de matière déformable interposé entre ladite tige d' actionnement et ledit piston. Cet agencement permet de transmettre des déplacements et/ou efforts entre le piston et une pièce liée à la tige d' actionnement afin d'être entraînée ou amortie par le dispositif à piston. La cinématique de la liaison entre la tige d' actionnement et le piston peut être adaptée aux contraintes imposées par l'application visée.

Selon une première géométrie préférée, la paroi périphérique du logement intérieur du corps creux et la surface périphérique du piston sont sensiblement cylindriques

avec une direction axiale commune, lesdits moyens d'étanchéité périphériques incluant au moins un corps élastiquement déformable disposé sous la forme d'une couche sensiblement cylindrique autour dudit piston, le degré de liberté du piston étant une translation sensiblement parallèle à ladite direction axiale.

De préférence, la surface frontale du piston et la paroi d'extrémité du logement sont sensiblement perpendiculaires à ladite direction axiale. Ceci permet d'optimiser le compromis entre le volume efficace de la chambre de liquide et l'encombrement global du dispositif.

Selon un mode de réalisation particulier du dispositif à piston, il comporte un autre piston rigide engagée dans le corps creux de manière à être en contact fluide avec la chambre de fluide délimitée par le premier piston, ledit autre piston présentant une surface périphérique tournée vers une paroi du logement intérieur à distance de ladite paroi, ladite chambre de fluide étant fermée de manière étanche au fluide autour dudit autre piston par un autre corps élastiquement déformable lié sans glissement à la paroi périphérique dudit autre piston et à la paroi du corps creux, de manière à permettre un déplacement dudit autre piston par déformation de cisaillement dudit autre corps élastiquement déformable. Cet agencement permet de transmettre un effort ou un déplacement de manière hydraulique entre les deux pistons, en particulier si la chambre de fluide est fermée.

Avantageusement, la section transversale dudit autre piston soumise à la pression du fluide présent dans ladite chambre de fluide est différente de la section transversale du premier piston. Ainsi on peut créer un effet d'amplification ou de réduction du déplacement ou de l'effort.

Alternativement, les sections transversales peuvent être égales. Cet agencement permet aussi de créer un dispositif antivibratoire à course relativement longue.

L'invention propose aussi un ensemble comportant deux dispositifs à piston linéaires, chacun des dispositifs à piston comportant ledit piston et ledit autre piston agencés coaxialement de manière à délimiter la chambre de fluide entre ledit piston et ledit autre piston, caractérisé par le fait que les corps creux des deux dispositifs sont agencés de manière à présenter lesdits logements intérieurs de manière coaxiale, ledit ensemble comportant un organe de couplage reliant deux pistons appartenant respectivement aux deux dispositifs, ledit organe de couplage comportant un canal de communication établissant une

communication entre les chambres de fluide des deux dispositifs. Un tel assemblage en série permet notamment d'augmenter la course admissible de l'ensemble et permet de créer un ensemble à raideur réglable dans les mêmes conditions qu' avec un seul dispositif à piston.

Selon une deuxième géométrie préférée, ledit piston comporte un corps pivotant présentant ladite surface frontale disposée sensiblement parallèlement à la paroi d'extrémité du logement intérieur et présentant ladite surface périphérique au niveau d'un bord de faible épaisseur, ledit dispositif comportant un axe de pivotement s 'étendant parallèlement à ladite paroi d'extrémité du logement intérieur pour guider ledit corps pivotant selon un degré de liberté de pivotement correspondant à une sollicitation essentiellement par cisaillement des moyens d'étanchéité périphériques. On peut ainsi réaliser un actionneur pivotant ou un dispositif d'amortissement pivotant.

Selon un mode de réalisation préféré, un deuxième corps creux et un deuxième piston forment un deuxième dispositif à piston similaire, les corps pivotants respectifs du premier et du deuxième piston étant liés à un axe de pivotement commun formant ladite pièce de couplage des pistons, ledit axe de pivotement commun étant monté de manière pivotante par rapport audit boîtier commun.

Avantageusement, les corps pivotants du premier et du deuxième piston sont disposés de chaque côté de l'axe de pivotement commun de manière que leurs surfaces frontales respectives s'étendent dans l'alignement l'une de l'autre, ledit boîtier commun comportant une paroi commune rigide s 'étendant sensiblement parallèlement aux dites surfaces frontales, ladite paroi commune comportant une première portion disposée en face de la surface frontale du premier piston et formant la paroi d'extrémité du premier logement intérieur et une deuxième portion disposée en face de la surface frontale du deuxième piston et formant la paroi d'extrémité du deuxième logement intérieur, ladite paroi commune comportant des moyens d'étanchéité coopérant avec lesdits corps pivotants au droit dudit axe de pivotement commun pour former une séparation étanche au fluide entre les deux chambres de fluide.

Selon un mode de réalisation particulier, ledit axe de pivotement est formé par un corps d'axe cylindrique à section arrondie s 'étendant parallèlement audit corps pivotant et solidaire dudit corps pivotant, ledit corps d'axe étant logé de manière pivotante dans un logement d'axe cylindrique arrondi disposé sur la surface intérieure d'une paroi du logement intérieur, lesdits moyens d'étanchéité comprenant des moyens d'étanchéité d'axe

incluant au moins un corps élastiquement déformable disposé sous la forme d'une couche sensiblement cylindrique disposée entre le corps d'axe et ledit logement d'axe.

Avantageusement, ledit corps d'axe présente une partie frontale formée en saillie sur la surface frontale du corps pivotant, la paroi d'extrémité du logement intérieur comportant ledit logement d'axe apte à recevoir ladite partie frontale de corps d'axe.

Selon un mode de réalisation particulier, ledit corps d'axe présente une partie arrière formée en saillie sur la surface arrière du corps pivotant, la deuxième paroi d'extrémité du logement intérieur comportant ledit logement d'axe apte à recevoir ladite partie arrière de corps d' axe.

Avantageusement, ladite partie frontale de corps d'axe et lesdits moyens d'étanchéité d'axe forment la séparation étanche entre les deux chambres de fluide. Cet agencement permet notamment de réaliser un dispositif à deux chambres de fluide dans un volume très compact.

Le corps creux peut être conçu avec une grande variété de formes, selon les besoins et contraintes nés de l'application industrielle correspondante. Selon un mode de réalisation particulier, le corps creux présente une faible épaisseur dans une direction perpendiculaire à ladite paroi d'extrémité, le corps creux et le corps pivotant présentant une section globalement rectangulaire dans un plan parallèle à ladite paroi d'extrémité. Des corps creux en forme de trèfle, de nœud papillon ou de double pagaie sont d'autres exemples réalisables.

Avantageusement, le corps d'axe présente au moins une portion d'extrémité se prolongeant jusqu'au dehors du logement intérieur du corps creux à travers un passage ménagé dans la paroi périphérique du logement intérieur, lesdits moyens d'étanchéité d'axe se prolongeant dans au moins une partie dudit passage pour rendre ledit passage étanche au fluide. Un tel agencement permet de coupler au niveau de la portion d'extrémité une pièce devant être entraînée ou amortie par le piston pivotant.

De préférence, on prévoit un capteur de position apte à mesurer une position dudit piston dans ledit logement intérieur. Un tel capteur peut servir à contrôler ou piloter précisément le positionnement du piston.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un vérin élastique linéaire selon un mode de réalisation de l'invention ; les figures 2 et 3 sont des vues en coupe axiale d'un vérin élastique linéaire passif selon un premier mode de réalisation, avec une vanne en position ouverte et fermée respectivement ; - la figure 4 est un diagramme illustrant la réponse effort/déplacement du vérin des figures 2 et 3 ; la figure 5 est un schéma fonctionnel équivalent du vérin des figures 2 et 3 ; la figure 6 est une vue analogue à la figure 2 montrant un deuxième mode de réalisation du vérin élastique linéaire passif ; - les figures 7 à 10 montrent deux autres modes de réalisation du vérin élastique linéaire passif et leur schéma fonctionnel équivalent ; les figures 11 et 12 montrent deux exemples d'application du vérin des figures 2 et 3 ; la figure 13 est une vue en coupe axiale d'un vérin élastique linéaire passif selon un autre mode de réalisation ; la figure 14 est une vue en coupe axiale d'un vérin élastique linéaire passif selon un autre mode de réalisation appliqué au contrôle de palonnier ; la figure 15 est une vue en coupe axiale d'un vérin élastique linéaire actif selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 16 est une vue en coupe axiale d'un vérin élastique linéaire utilisable comme source de pression hydraulique ; la figure 17 est une vue en coupe axiale d'un actionneur hydraulique selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 18 est une vue en coupe axiale d'un vérin élastique linéaire utilisé comme source de pression hydraulique ; les figures 19 à 24 représentent d'autres modes de réalisation de vérins linéaires passifs à double effet ; la figure 25 représente un autre mode de réalisation d'un vérin linéaire actif : la figure 26 représente un vérin élastique linéaire à deux pistons ; - la figure 27 est une vue en coupe axiale d'un vérin élastique linéaire à amplification de mouvement ;

la figure 28 est une vue en coupe d'un vérin élastique rotatif selon un premier mode de réalisation ; la figure 29 est une vue arrière du vérin de la figure 28 ; la figure 30 est une vue en coupe d'un vérin élastique rotatif selon un deuxième mode de réalisation ; la figure 31 est une vue en coupe du vérin de la figure 30 ; la figure 32 est une vue en coupe d'un vérin élastique rotatif selon un troisième mode de réalisation ; les figures 33 et 34 représentent deux exemples d'application du vérin élastique rotatif de la figure 28.

Les figures 35 et 36 sont des vues analogues à la figure 30 représentant deux variantes de réalisation du vérin élastique rotatif ;

La figure 37 est une vue partielle en coupe transversale d'un autre mode de réalisation du vérin élastique rotatif de la figure 28. - Les figure 38 et 39 sont deux vues en coupe transversale d'une autre application du vérin élastique de la figure 1 à un dispositif rotatif.

La figure 1 représente un vérin élastique linéaire, c'est-à-dire un dispositif permettant de convertir les déplacements linéaires du piston 1 en un débit entrant ou sortant de liquide dans la chambre de liquide 2, et réciproquement, tout en exerçant un rappel élastique sur le piston 1 au moyen du corps élastique 3, réalisé par exemple en élastomère.

Le vérin comporte un corps de cylindre rigide 4, présentant une forme extérieure par exemple cylindrique, de section par exemple circulaire ou autre, délimitée par une paroi périphérique 5, une paroi de fond fermée 6 et une paroi d'extrémité opposée 7 percée d'une ouverture d'entrée 8. Un alésage cylindrique 9 débouche à l'extérieur du corps de cylindre à travers l'ouverture 8.

Le piston 1 présente une forme cylindrique de plus petit diamètre que l'alésage 9 et est disposé coaxialement dans celui-ci au moyen du corps élastique 3 qui présente la forme d'une couche cylindrique sensiblement de même longueur que le piston 1, dont la surface extérieure est adhérisée à la surface intérieure d'un tube métallique ou plastique 28 et dont la surface intérieure est adhérisée à la surface périphérique du piston 1. Cette adhérisation peut être obtenue directement lors de l'étape de moulage. Le tube 28 est ensuite solidement fixé dans l'alésage 9 par tout moyen, de préférence par emmanchement à

force avec éventuellement un bridage, serrage par vis ou sertissage supplémentaire. Pour cela, le corps de cylindre 4 peut bien sûr être réalisé en plusieurs parties séparables (non représentées). Une étanchéité doit être réalisée entre le tube 28 et le corps de cylindre 4, par exemple au moyen d'un bourrelet annulaire 29 à section semi-circulaire qui est moulée d'un seul tenant avec le corps élastique 3 au niveau de la tranche du tube 28 et qui est écrasée dans la position assemblée entre l'extrémité axiale du tube 28 et un épaulement correspondant 59 formé à l'intérieur de l'alésage 9, comme visible sur le détail de la figure 1. Alternativement, le corps élastique 3 peut être adhérisé directement, par moulage, dans l'alésage 9.

La chambre de liquide 2 est formée entre la paroi frontale 10 du piston 1 et la paroi de fond 6 du corps de cylindre 4. A la surface arrière 11 du piston 1 est attachée une tige de piston 12 permettant de coupler le piston à une autre pièce. L'ouverture 8 est plus large que la tige de piston 12 pour autoriser des légers débattements angulaires ou radiaux de la tige de piston, selon les sollicitations qu'elle reçoit. On notera que l'élasticité du corps 3 autorise de tels débattements dans une certaine mesure, bien que le vérin soit destiné à travailler essentiellement dans la direction axiale du corps de cylindre 4.

La transformation du déplacement axial du piston 1 dans l'alésage 9 en une variation de volume de la chambre de liquide 2, et donc en un débit entrant ou sortant de liquide à travers le canal 13, est obtenue par la déformation en cisaillement du corps élastique 3. La direction axiale représente la direction de plus faible raideur du corps élastique 3, et donc le degré de liberté principal du piston. Cette transformation entre déplacement et volume est analogue au fonctionnement d'un vérin hydraulique classique. Toutes les applications d'un vérin hydraulique classique sont donc envisageables avec le vérin élastique de la figure 1. Les très grandes courses de piston ne sont cependant pas facilement réalisables. Bien plus avantageuses sont les applications à grand nombre de cycles rapides et de faible excursion.

La déformation du corps élastique 3 est uniforme et principalement de type cisaillement lors du déplacement axial du piston, ce qui permet d'obtenir une raideur sensiblement constante dès les très faibles valeurs d'effort (comportement linéaire sans effet de seuil), une bonne endurance et un débattement admissible relativement élevé, par exemple de l'ordre de ± 10 mm. L'absence de glissement du corps élastique 3 garantit une bonne étanchéité et une bonne longévité, notamment dans des environnements abrasifs ou corrosifs

(poussières, copeaux, sable). Le niveau de pression peut atteindre des valeurs élevées, par exemple 10 à 50 bar et même plus.

La figure 2 représente un vérin élastique linéaire à raideur commandée. Un tel vérin est utilisable dans toute application antivibratoire et permet d'adapter la raideur au mieux en fonction des sollicitations. Les mêmes chiffres de référence que sur la figure 1 désignent des éléments identiques ou analogues.

Sur la figure 2, le corps de cylindre 4 porte à l'extérieur de la paroi de fond 6 une membrane souple 16 dont le bord est relié de manière étanche contre le corps de cylindre

4 à l'aide d'une bague 17 de manière à former une chambre de liquide 18 entre la membrane

16 et la paroi 6. La surface extérieure de la membrane 16 est au contact de l'atmosphère. La souplesse de la membrane 16 assure que la pression dans la chambre 18 reste voisine de la pression atmosphérique. Une pièce de support 15 est logée dans le fond de l'alésage 9 contre la paroi 6 et présente un canal de communication 19 reliant les chambres 2 et 18 ainsi qu'une électrovanne 20 permettant d'ouvrir ou de fermer le canal 19.

Par exemple, l' électrovanne 20 présente un solénoïde 21 (voir Figure 3) disposé transversalement à l'alésage 9, une tige 22 portant un clapet 23 mobile axialement par rapport au solénoïde 21 entre une position ouverte représentée sur la figure 2, correspondant au cas où le solénoïde 21 est alimenté en courant, et une position fermée représentée sur la figure 3, correspondant au cas non alimenté. Un ressort de rappel 24 rappelle la tige 22 en position fermée, dans laquelle le clapet 23 s'appuie hermétiquement contre la paroi intermédiaire 26 de manière à obturer le perçage 27 reliant une portion de canal creusée dans la pièce 15 du côté tourné vers la chambre 2 à une portion de canal tournée vers la chambre 18. Dans la position ouverte, la force magnétique du solénoïde maintient le clapet 23 à distance de la paroi 26. Dans la position fermée, si la dépression du côté de la chambre 2 est capable de dépasser la force de rappel du ressort 24, on voit que le clapet 23 peut s'ouvrir pour laisser passer un débit entrant dans la chambre 2. Dans ce cas, la position fermée de l' électrovanne 20 est un état non passant unidirectionnel, capable de laisser passer le liquide depuis la chambre 18 vers la chambre 2 sous l'effet par exemple d'une force de traction exercée sur la tige 12 vers l'extérieur. Inversement, on peut choisir le ressort 24 suffisamment raide pour résister à la dépression et obtenir un état non passant bidirectionnel dans la position fermée.

On peut inversement choisir un montage incluant une électrovanne ouverte par défaut, en particulier pour garantir un état souple en l'absence de signal électrique. D'autres conceptions sont encore possibles pour l'électro vanne, par exemple en prévoyant un clapet se déplaçant transversalement au canal de communication, comme dans US 4 687 223.

En référence à la figure 4, on décrit le fonctionnement du vérin élastique de la figure 2. La position ouverte de l'électrovanne 20, visible sur la figure 2, correspond à un état souple du vérin. Le liquide peut circuler librement entre la chambre 2 et la chambre 18 sous l'effet des déplacements axiaux du piston 1. La pression dans la chambre 2 reste voisine de la pression dans la chambre 18 et n'oppose pas de résistance au déplacement. En réponse à un déplacement d du piston 1 vers l'intérieur du corps de cylindre 4, représenté par la flèche 30, le vérin oppose une force de rappel F, représentée par la flèche 31 et par la courbe 32 de la figure 4, qui correspond essentiellement à la raideur de cisaillement du corps élastique 3, désignée par K _S0U pi _e .

La position fermée de l'électrovanne 20, visible sur la figure 3, correspond à un état raide du vérin. Dans cet état, le volume de la chambre 2 est bloqué et la pression dans la chambre 2 varie donc proportionnellement à l'effort axial appliqué sur le piston 1, ou plus exactement à la variation de cet effort à partir de l'instant où la circulation du liquide a été interrompue. Sur la figure 4, on prend l'exemple d'une fermeture de l'électrovanne survenant au point 33 correspondant à un déplacement d ₀ et à un effort de rappel F ₀ . A partir de ce point, le déplacement supplémentaire du piston 1, représenté par la flèche 34, se voit opposer une force de rappel 36 qui est la somme de deux composantes : - la composante élastique du corps 3 ayant la raideur K _soup i _e , une composante mise en œuvre par la pression du liquide dans la chambre 2, appelée raideur de gonflement K _gonf , qui correspond à la relation entre variation de pression interne et variation de volume, appliquée à la surface sur laquelle s'exerce la pression interne. Comme cette surface est ici relativement petite, une raideur de gonflement très élevée peut être obtenue.

La courbe 35 de la figure 4 représente la réponse du vérin dans l'état raide.

La pente de la courbe 35 est K _raide = K _soup i _e + K _gonf . La rupture de pente entre la courbe 32 et la courbe 35 représente la raideur de gonflement K _gonf . Les valeurs relatives des raideurs K _soup ie et K _gonf peuvent être très différentes. Le rapport r = K _gonf /K _soup ie est dépendant des diamètres du corps élastique 3. De préférence, on choisit r supérieur à 6, par exemple r = 40,

voire plus encore selon les applications. On peut favoriser le comportement axial du vérin en accroissant le diamètre et/ou la longueur du corps élastique 3.

Comme visible sur la figure 5, il est donc possible de modéliser l'effet de l' électrovanne 20 par un embrayage linéaire 39 capable d'accoupler (état fermé de l' électrovanne) ou de découpler (état ouvert de l' électrovanne) un ressort de raideur K _gonf disposé entre le piston 1 et le corps de cylindre 4, parallèlement à un ressort permanent de raideur K _soup i _e .

Les valeurs des raideurs sont sensiblement proportionnelles à la longueur du corps élastique 3 et au module élastique de l'élastomère. Le tableau 1 donne des exemples illustratifs de dimensionnement convenant par exemple pour des applications antivibratoires dans la liaison au sol d'un véhicule.

Tableau 1 : Exemples de dimensionnement du corps élastique 3. Diamètre intérieur : 35 mm. Diamètre extérieur : 52 mm. r = 21,25.

Le vérin élastique à raideur contrôlée des figures 2 et 3 peut être utilisé dans des applications antivibratoires diverses, c'est-à-dire pour assembler deux pièces d'une structure en amortissant des vibrations transmises entre l'une et l'autre.

Les figures 11 et 12 illustrent de telles applications, dans la liaison au sol d'un véhicule automobile, dans lesquelles le vérin élastique sert à permettre un déplacement 45 d'une roue dans une direction longitudinale (recul de roue sur un obstacle) ou transversale (micro braquage) du véhicule. Le contrôle de raideur permet par exemple de privilégier le confort ou la stabilité du véhicule, selon les objectifs poursuivis et les conditions de fonctionnement du véhicule. Sur la figure 11, le corps de cylindre 4 est lié rigidement au châssis ou à la caisse 40 du véhicule tandis que la tige de piston 12 est liée à un bras métallique 41 par l'intermédiaire d'un palier élastique cylindrique ordinaire 42. Un autre palier élastique cylindrique 43 est lié à l'autre extrémité du bras 41 pour attacher à celui-ci

un support de roue. Par exemple, le palier 43 est un palier à grande raideur radiale se comportant essentiellement comme un pivot ou une rotule.

Sur la figure 12, le vérin élastique est intégré dans un bras de suspension 46, qui comporte successivement, un palier élastique cylindrique 43, un bras métallique 41, le vérin élastique dont le corps de cylindre 4 est agencé dans le prolongement du bras 41 par l'intermédiaire d'une douille de fixation 47, et un palier élastique cylindrique 42 lié à la tige de piston 12. La distance entre le piston 1 et le palier 42 est de préférence la plus courte possible afin que le piston 1 soit sollicité le plus possible axialement.

La figure 6 illustre une variante de réalisation du vérin élastique à raideur contrôlée. Les éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 2 portent le même chiffre de référence. Ici, quatre modifications ont été introduites. Une première modification consiste à placer la membrane souple 16 de l'autre côté du piston 1 par rapport à la chambre de liquide 2. De plus, le bord de la membrane 16 est lié de manière étanche à l'intérieur de l'alésage 9, dans un prolongement 50 du corps de cylindre 4 qui s'étend derrière le piston 1 du côté de la tige 12. Ainsi, la membrane 16 peut être protégée des objets saillants pouvant se trouver au voisinage du vérin élastique. Ici, la membrane 16 forme un soufflet à plis par exemple concentriques agencé autour de la tige de piston 12 et lié de manière étanche à celle-ci, par exemple en moulant un bord intérieur de la membrane 16 dans une rainure prévue dans la tige 12.

Une deuxième modification consiste à prévoir une pièce d'articulation 51, par exemple du type rotule ou pivot, entre la tige 12 et le piston 1. Par exemple, la pièce 51 est une rotule à portée frottante, comportant une sphère fixée à l'extrémité de la tige 12 et logée par sertissage dans un logement sphérique dans le piston 1.

Par la combinaison des deux modifications ci-dessus, on peut obtenir une lubrification de la pièce d'articulation 51 à l'aide du liquide contenu dans la membrane 16, par exemple une huile. Ceci est obtenu ici par un chanfrein tronconique 52 ménagé dans la surface arrière du piston 1 de manière à faire communiquer la rotule avec la chambre 18.

Ces modifications permettent aussi de réduire l'encombrement du vérin élastique. L'alésage du corps de cylindre 4, de la gauche vers la droite de la figure 4, comporte au minimum, une portion de longueur pour autoriser une course de compression du piston 1, une portion de longueur pour loger le piston 1, une portion de longueur pour

autoriser une course de détente du piston 1 et une portion de longueur pour autoriser un mouvement du soufflet. Le volume du piston peut encore être réduit en plaçant le canal de communication 19 dans la paroi du corps de cylindre 4 et en logeant l'électro vanne 20 dans un bossage sur l'extérieur du corps de cylindre 4.

Une troisième modification consiste à prévoir le canal de communication 19 et l'électro vanne 20 dans le piston 1 au lieu du corps de cylindre 4.

Une quatrième modification consiste à munir le corps de cylindre 4 d'un capteur de position 53, par exemple un capteur à effet Hall ou autre (symbolisé par une double flèche) apte à produire un signal de mesure représentant la position axiale du piston 1 dans le corps de cylindre 4.

Ces quatre modifications sont indépendantes les unes des autres et peuvent toutes être mises en œuvre séparément l'une de l'autre. Le fonctionnement du vérin de la figure 6 est le même que décrit plus haut.

En référence aux figures 7 à 10, on décrit deux autres variantes de réalisation du vérin élastique. Les éléments analogues ou identiques à ceux des figures 2 et 3 portent le même chiffre de référence.

Sur la figure 7, le canal de communication 19 est doublé d'un conduit de perte de charge 55 muni d'un orifice de dissipation 56 pour produire un amortissement des déplacements du piston 1 par dissipation visqueuse. Le conduit 55 relie les chambres de liquide 2 et 18 en contournant l'électrovanne 20, de manière à être en permanence passant. Cependant, si la perte de charge du canal de communication 19 est très inférieure à celle du conduit 55 (i.e. grande section), il n'y aura quasiment aucune circulation de liquide dans le conduit 55 lorsque l'électrovanne 20 est ouverte. Dans ces conditions, le vérin élastique de la figure 7 est modélisable par le schéma de la figure 8, dans lequel l'électrovanne 20 agit comme un embrayage mécanique 39 permettant, dans un état fermé, d'accoupler un amortisseur A en série avec un ressort représentant la raideur de gonflement K _gonf entre le piston 1 et le corps de cylindre 4 et, dans un état ouvert, de libérer l'amortisseur A et la raideur de gonflement K _gonf .

Sur la figure 9, le canal de communication 19 est doublé d'un canal inertiel

58 qui relie les chambres de liquide 2 et 18 en contournant l'électrovanne 20. L'effet inertiel

de la masse de liquide en circulation dans le canal 58 peut être utilisé pour obtenir une résonance à une fréquence de résonance privilégiée. Autour de cette fréquence, l'effet utile peut être le déphasage pour réaliser une fonction d'amortissement ou une réduction de la raideur pour réaliser une fonction d'isolation renforcée.

Le vérin élastique de la figure 9 est modélisable par le schéma de la figure

10. L' électrovanne 20 agit comme un embrayage 39 qui, à l'état fermé, accouple une masse d'inertie M au ressort représentant la raideur de gonflement K _gonf et, à l'état ouvert tel que représenté sur la figure 10, libère au moins partiellement cette masse M par rapport au piston 1.

De nombreuses variantes sont possibles sur la base des figures 7 à 10. Par exemple, le canal de communication 19 peut être muni d'une caractéristique inertielle et/ou d'un orifice de dissipation, pour obtenir un état souple (vanne ouverte) qui soit amorti ou résonnant et un état raide (vanne fermée) qui ne le soit pas. Ces différentes caractéristiques peuvent être combinées. Le nombre de canaux parallèles peut être supérieur à deux. Plusieurs canaux peuvent être munis d'électro vannes contrôlables indépendamment l'une de l'autre pour accroître le nombre d'états de fonctionnement du vérin élastique. Par exemple, si le canal 19 est rendu résonnant sur la figure 9, le vérin aura un état résonnant à une première fréquence en position ouverte de l'électrovanne 20 et un état résonnant à une deuxième fréquence supérieure à la première fréquence en position fermée. Si le canal 19 est muni d'un orifice de dissipation sur la figure 7, le vérin aura un état à faible amortissement à l'état ouvert de l'électrovanne (par mise en série des viscances) et un amortissement plus fort à l'état fermé.

Dans les modes de réalisation qui précèdent, l'effet de la pression du liquide dans l'état fermé de la vanne 20 est limité, dans le sens tendant à faire diminuer cette pression, par la tension de vapeur saturante du liquide, qui est toujours inférieure à 1 bar de dépression. Cette limitation apparaît également lorsqu'on utilise le vérin élastique de la figure 1 en tant qu'actionneur, en injectant du liquide à travers le canal 13 pour créer un déplacement du piston 1 vers l'extérieur et en relâchant la pression à travers le canal 13 pour créer un déplacement opposé. En d'autres termes, il n'est pas possible de faire rentrer significativement le piston 1 vers l'intérieur du corps de cylindre 4 en générant une dépression dans la chambre 2, car la cavitation apparaît entre 10 et 30 kPa de pression absolue, ce qui correspond à une dépression relative à l'atmosphère d'environ 70 à 90 kPa.

La figure 13 illustre un mode de réalisation de vérin élastique à raideur contrôlée qui pallie cette limitation. Dans ce vérin à double effet, les éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 2 ou 3 portent le même chiffre de référence augmenté de 100.

Ici, le corps de cylindre 104 est commun à deux pistons 101. L'alésage 109 traverse le corps de cylindre 104 d'une extrémité à l'autre et reçoit les deux pistons 101 disposés symétriquement à ses deux extrémités. L'espace situé entre les deux pistons 101 est séparé par une paroi étanche 106 liée au corps de cylindre 104 en deux chambres de liquide 102. Une pièce de liaison rigide 60 accouple les deux tiges de piston 112 de manière que les variations de volume des deux chambres 102 soient toujours opposées l'une de l'autre. Les pistons 101 sont guidés élastiquement dans l'alésage 109 par des corps élastiques 103 comme dans les modes de réalisation précédents. Chaque chambre 102 est reliée par un canal 113 traversant la paroi périphérique du corps de cylindre 104 à un circuit de liaison 119 permettant de contrôler la communication entre les deux chambres.

Le circuit de liaison 119 qui relie les deux chambres 102 est muni de deux électrovannes 120 pour contrôler l'écoulement de liquide entre les deux chambres. Le circuit de liaison est essentiellement agencé dans un boîtier extérieur 63 qui est fixé à l'extérieur du corps de cylindre 104. Le circuit de liaison comporte une cavité 64 associée à une électrovanne 120 dans laquelle débouche le canal 113 d'une chambre 102. La cavité 64 est reliée à une cavité 65 associée à l'autre électrovanne 120 et l'autre canal 113 relie la cavité 65 à l'autre chambre 102. Dans le boîtier 63, les cavités 64 et 65 sont séparées seulement par une paroi 66 dans laquelle est pratiquée une ouverture 67. Le circuit de liaison 119 étant entièrement symétrique, il suffit d'en décrire une moitié.

L'électrovanne 120 comporte un actionneur électrique 121, par exemple du type à électroaimant ou à réluctance variable, qui agit sur une tige d'actionneur 122 à l'extrémité libre de laquelle est fixé un clapet 123. Un ressort 124 est agencé autour de la tige 122 en appui entre une face arrière du clapet 123 et une face opposée de la cavité 64. Sur la figure 13, une électrovanne 120 est représentée dans l'état fermé qui correspond au cas où l'actionneur électrique n'est pas alimenté et l'autre électrovanne 120 est représentée dans l'état ouvert qui correspond au cas où l'actionneur électrique est alimenté en électricité. La face de la paroi 66 qui reçoit le clapet 123 de l'électrovanne 120 porte autour de l'ouverture 67 une nervure annulaire qui fait saillie vers l'intérieur de la cavité 64. La nervure constitue un siège de clapet contre lequel le clapet 123 peut s'appliquer de manière hermétique. La tige d'actionneur 122 s'étend longitudinalement perpendiculairement à la paroi 66 au droit

de l'ouverture 67. Le canal 113 débouche dans la cavité 64 perpendiculairement à la tige 122.

Lorsque l'actionneur électrique 121 est alimenté, l'électro vanne 120 se trouve dans l'état ouvert correspondant à un état passant bidirectionnel représenté sur la figure 2, dans lequel elle laisse passer les courants de liquide dans les deux sens entre l'ouverture 67 et la chambre de liquide 102.

Lorsque l'actionneur électrique 121 n'est pas alimenté, le ressort 124 applique le clapet 123 contre le siège de clapet. Cet état correspond à un état non passant unidirectionnel de l' électrovanne. Dans cet état, un courant de liquide ou une onde de pression venant d'une chambre 102 à travers le canal 113 ne peut pas atteindre l'ouverture

67 car le clapet 123 en obture l'accès. Au contraire, un tel courant exerce sur le clapet 123 une force dans la même direction que la force du ressort 124 qui contribue à presser le clapet 123 contre le siège de clapet. Inversement, toujours, un courant de liquide ou une onde de pression venant de l'autre chambre 102 à travers l'ouverture 67 exerce sur le clapet 123 une force à l'encontre de la force du ressort 124 et peut donc déplacer le clapet 123 de manière à l'écarter du siège de clapet dès lors que la pression dans l'ouverture 67 atteint un niveau suffisant. L'électro vanne 120 dans l'état fermé est donc dans un état non passant unidirectionnel dans lequel elle interdit toute circulation de liquide depuis une chambre 102 vers l'ouverture 67 et dans lequel elle autorise un écoulement de liquide en sens inverse depuis l'ouverture 67 vers la chambre 102, moyennant la perte de charge exercée par le clapet 123 et le ressort 124.

II est inutile de décrire le fonctionnement de l'autre électrovanne 120 qui est strictement identique. Toutefois, il est important de noter que les électrovannes 120 ont des sens non passants unidirectionnels respectifs qui sont opposés.

Sur la figure 13, on a omis de représenter le dispositif de commande des électrovannes 120 qui permet, en contrôlant indépendamment les deux électro vannes, de placer le circuit de liaison reliant les deux chambres dans quatre états distincts, à savoir un état passant (les deux vannes ouvertes), un état non passant bidirectionnel (les deux vannes fermées) et un état non passant unidirectionnel dans chaque sens (à chaque fois une vanne ouverte et l'autre fermée).

Dans l'état passant, le vérin élastique est dans un état souple. Les pistons sont chacun soumis à la force de rappel élastique du corps élastique 103 qui est sollicité en cisaillement. Dans l'état non passant bidirectionnel, le vérin élastique est dans un état raide.

Les pistons sont chacun soumis à la somme de la force de rappel élastique du corps élastique 103 et de la force de pression dans la chambre 102. Comme il y a toujours une pression positive dans l'une des deux chambres, les limitations dues à la cavitation ne se produisent plus. Par conséquent, pour le vérin élastique à double effet de la figure 13, la réponse représentée par la courbe 35 de la figure 4 doit être considérée entièrement symétrique par rapport au point 33. En d'autres termes, la variation d'effort peut être positive ou négative par rapport à la position où se trouve le vérin lorsqu'on bloque le fluide

Chacun des états unidirectionnels permet d'obtenir un comportement du vérin élastique semblable à un cliquet unidirectionnel qui retient de manière stable les décalages dans un sens qui ont été produits naturellement en réponse à un effort subi par le vérin. En d'autres termes, les deux états asymétriques des électrovannes peuvent être employés pour obtenir et conserver un décalage (offset) des pistons 101 (et donc de la pièce 60) dans un sens souhaité par rapport au corps de cylindre 104. Il suffit pour cela de fermer l' électrovanne dont le sens non passant unidirectionnel correspond au sens de décalage souhaité et d'ouvrir l'autre électrovanne. Lorsque la sollicitation sur le vérin ira dans le sens souhaité, le décalage et un transfert de liquide correspondant seront produits naturellement par cette sollicitation. Le décalage sera ensuite conservé en piégeant le liquide transféré tant que cela est souhaité. Ce comportement et d'autres caractéristiques de l'état asymétrique des électrovannes 120 sont décrits dans la demande déposée le 14 juin 2005 sous le numéro FR0551611.

La figure 14 représente un autre mode de réalisation du vérin élastique à double effet. Les éléments identiques ou similaires à ceux de la figure 13 portent le même chiffre de référence. Ici, le canal de communication 119 est percé à travers la paroi de séparation 106. L'électrovanne 120 est logée dans la paroi 106 et présente deux états : un état passant bidirectionnel et un état non passant bidirectionnel, de manière à obtenir un comportement souple ou un comportement raide, comme précédemment.

Sur la figure 14, le vérin à double effet est représenté dans une application particulière pour le positionnement de braquage d'une roue de véhicule automobile. A cet effet, un basculeur 70 est monté à pivotement autour d'un axe vertical 77 porté par un bras

72 du bâti 71, qui est solidaire de la caisse du véhicule. Le corps de cylindre 104 est encastré

dans un côté du basculeur 70, à distance de l'axe 77 dans la direction transversale du véhicule, du côté tourné vers l'intérieur du véhicule, à l'opposé de la roue, de manière à pivoter avec celui-ci. Du côté tourné transversalement vers l'extérieur du véhicule, le basculeur 70 porte deux bras transverses de suspension 78 reliés au basculeur par des paliers cylindriques classiques 79 et s' étendant jusqu'au porte moyeu. Les faces arrière des pistons 101 sont chacune couplées à une tige respective 73 et 74 s'étendant dans la direction longitudinale du véhicule, dans l'axe des pistons 101, au moyen d'un tampon d'élastomère interposé entre tige et piston. Les tiges 73 et 74 sont reliés rigidement au bâti 71. Les tampons 76 se déforment par cisaillement et compression pour autoriser un léger pivotement du corps de cylindre 104, et donc des pistons 101, par rapport au bâti 71, sous l'effet du basculeur 70. L'électrovanne 120 permet de sélectionner la raideur opposée aux mouvements de pivotement du basculeur 70 entre une valeur souple (vanne ouverte) et une valeur raide (vanne fermée). Ces mouvements restent dans un plage étroite, par exemple de +/-5°.

En référence à la figure 15, on décrit maintenant un vérin élastique à double effet utilisé comme actionneur linéaire. Les éléments identiques ou similaires à ceux de la figure 13 portent le même chiffre de référence. Ici, les deux chambres de liquides 102 ne sont pas reliées entre elles mais à un circuit de commande hydraulique 80 permettant de contrôler la pression dans les chambres 102 pour engendrer des déplacements linéaires relatifs entre la pièce 60 et le corps de cylindre 104, dans la direction de la double flèche 88.

Par exemple, le circuit de commande hydraulique 80 comporte un réservoir de liquide à pression sensiblement atmosphérique (bâche) 81, une ligne basse pression 82 contenant du liquide à la même pression en communication avec le réservoir 81, une pompe 83 dont l'entrée est reliée au réservoir 81 et dont la sortie est reliée à une ligne haute pression 84. Chacune des deux chambres comporte un conduit d'alimentation hydraulique 113 passant à travers la paroi du corps de cylindre 104 et relié respectivement à la ligne haute pression 84 par une électrovanne 85 et à la ligne basse pression par une électrovanne 86. Les électrovannes 85 et 86 peuvent être commandées par paire de manière asymétrique, de manière qu'une électrovanne 85 et une électrovanne 86 associées à deux chambres différentes soient toujours ouvertes conjointement. Les électrovannes peuvent être du type tout ou rien ou, de préférence, du type à ouverture proportionnelle.

En référence à la figure 16, on décrit maintenant un vérin élastique à double effet utilisé comme source de pression hydraulique. Les éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 1 portent le même chiffre de référence augmenté de 200. L'alésage 209 du

corps de cylindre 204 est ici fermé aux deux extrémités axiales par deux parois 206. Le piston 201 est logé au milieu de l'alésage 209 par l'intermédiaire du corps élastique 203. Une chambre de liquide 202 est définie entre une surface axiale 210 du piston et une paroi 206. Une autre chambre de liquide 218 est définie symétriquement entre une surface axiale 211 du piston et l'autre paroi 206. Chaque chambre est munie d'un canal de liaison 213 ménagé à travers la paroi du corps de cylindre 204. Un actionneur 90 est fixé au corps de cylindre 204 pour commander des déplacements du piston 201 de manière à créer des pressions contrôlées dans les chambres 202 ou 218. Dans l'exemple représenté, l'actionneur 90 présente un corps cylindrique 93 engagé de manière étanche à travers une paroi 206 et portant à son extrémité intérieure une came pivotante 91. La came 91 est en appui sur le fond d'un trou borgne 94 creusé dans la surface 211 du piston 201. Cet appui est maintenu effectif par un ressort de rappel 92 comprimé entre l'autre paroi 206 et le fond d'un trou borgne 95 creusé dans la surface 210 du piston 201. Le corps 93 comprend un moteur, électrique ou autre, apte à faire pivoter la came 91 dans la direction indiquée par la flèche 96 pour provoquer un déplacement du piston 201 dans la direction indiquée par la flèche 97. Cette source de pression peut être utilisée pour commander un dispositif hydraulique. La grande linéarité de la réponse élastique du corps élastique 203 permet un contrôle précis de la position du piston 201 et donc de la pression générée. Un capteur de position peut être intégré pour améliorer ce contrôle.

La figure 17 illustre un autre mode de réalisation d'un vérin élastique à double effet utilisé comme source de pression, dans une application de positionnement. Les éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 16 portent le même chiffre de référence. Ici, l'actionneur 90 comporte un moteur rotatif et un réducteur permettant d'entraîner en rotation une vis 91 dont l'extrémité intérieure engrène avec un filetage correspondant du piston 201, de manière à faire translater le piston 201 à la manière d'un écrou. La source de pression formée par le vérin à double effet est ici utilisée pour commander deux vérins élastiques 100 du type décrit à la figure 1, sur lesquels on utilise les mêmes chiffres de référence que dans la figure 1. Le canal d'alimentation 13 de chacun des vérins 100 est relié à l'une respective de deux chambres 202 et 218. Comme la pression dans ces deux chambres est modifiée de manière opposée par chaque déplacement du piston 201, on voit que les déplacements linéaires de deux pistons 1 sont toujours opposés l'un de l'autre. Ce dispositif peut être par exemple utilisé pour provoquer le pivotement d'un support de roue attaché à l'extrémité non représentée des tiges 12 de manière similaire à la figure 14. Chaque tige 12 est ici liée au piston 1 par une rotule 99.

La source de pression représentée sur les figures 16 et 17 est une sorte de seringue à double effet qui peut être entraînée par encore d'autres moyens moteurs, par exemple un moteur linéaire, un actionneur piézoélectrique, des élastomères électroactifs, des matériaux magnétorestrictifs, un organe manuel, etc.

Par rapport au mode de réalisation de la figure 17, de nombreuses modifications et variantes sont possibles.

La section du piston 201 agissant comme source de pression peut être différente de la section des pistons 1 des vérins élastiques 100, agissant comme récepteurs. Ceci permet de créer une amplification ou une réduction d'amplitude du déplacement ou de l'effort transmis entre la source et le récepteur.

Les chambres de liquide de la source 202 et 218 peuvent être fusionnées avec les chambres de liquide 2 du récepteur, en réalisant les corps de cylindre 4 et 204 sous la forme d'un unique boîtier rigide. La figure 27 illustre un mode de réalisation de ce type.

La figure 27 illustre un mode de réalisation d'un vérin linéaire élastique, comportant une chambre de liquide 502 fermée par deux pistons indépendants 501 et 506. Les éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 1 portent le même chiffre de référence augmenté de 500. Dans le corps de cylindre 504, un piston rigide 501 est monté de manière à délimiter une chambre de liquide 502 entre sa face frontale 510 et la paroi transversale d'extrémité 506. Un anneau de matière élastique 503 déformable en cisaillement est adhérisé autour du piston 501 et dans un tube 528 qui est fixé dans l'alésage 509. L'extrémité de l'alésage 509 opposée à la paroi 506 est fermée par une paroi rigide 508. Un actionneur linéaire 590 est agencé entre la face arrière du piston 501 et la paroi 508 pour déplacer axialement le piston 501, comme indiqué par la flèche 531. Ici, les déplacements du piston 501 ne servent pas à créer un flux entrant ou sortant de liquide dans la chambre 502, mais à créer un déplacement amplifié au niveau d'un piston de plus petite section 522. La chambre 502 peut donc être entièrement fermée sans passage d'entrée/sortie. Dans l'exemple représenté, le piston 522 est monté similairement au piston 501 dans un corps élastique annulaire 523 travaillant en cisaillement. Les pistons 501 et 522 sont représentés ici coaxiaux mais peuvent être disposés différemment sans que cela influe sur le fonctionnement. Le déplacement du piston 522, indiqué par la flèche 530 est amplifié par rapport à celui de l' actionneur 590 suivant le rapport des sections. Les efforts sont amplifiés d'un rapport inverse à celui des déplacements. Les rapports susmentionnés peuvent être supérieurs à 1 ou

inférieur à 1, selon l'application visée. L'absence de friction rend ce levier efficace dans une application de positionnement précis. L'actionneur 590 peut être unidirectionnel ou bidirectionnel.

Dans cette application, on utilise la transformation de mouvement en variation de volume pour réaliser un levier hydraulique. En utilisant des joints glissants, les frictions internes et les fuites limiteraient l'utilisation de ce principe à systèmes de relativement grande dimension. La miniaturisation poserait un problème de rendement car les frictions parasites figent le système.

L'usage envisagé d'une amplification de mouvement concerne principalement les actionneurs à faible course (actionneur piézo-électrique par exemple). La raideur de gonflement doit être grande et la raideur statique faible, ce qui peut être obtenu particulièrement facilement dans le cas de faibles courses. Les pistons 501 et 522 peuvent être non alignés et/ou non parallèles, car seule compte la valeur de la surface (section). L'orientation de la normale à la surface définit la direction du mouvement induit par la variation de volume de fluide.

En variante, les récepteurs peuvent être placés à distance de la source de pression, en assurant la liaison hydraulique entre source et récepteur par des tubes rigides, par exemple métalliques. D'autres applications que celle représentée sont donc possibles, par exemple un système de commande d'embrayage hydraulique dans lequel la pédale est couplée au piston 1 pour l'entraîner en translation, comme représenté sur la figure 18.

Sur la figure 18, les éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 1 portent le même chiffre de référence. Ici, le corps de cylindre 4 est fixé à un support fixe 49 tandis que l'extrémité libre de la tige de piston 12 est liée par un pivot 48 à une pédale d'actionnement 37, monté à pivotement autour d'une axe 38. En réponse à une force F exercée sur la pédale 37, un déplacement d du piston 1 est généré, qui présente une relation linéaire proportionnelle avec la force F du fait de l'absence de friction du corps élastique 3 sur le corps de cylindre 4. Des phénomènes propres aux joints glissants tels que le seuil de décollement du joint et le bruyance de glissement du joint sont évités. Le corps élastique 3 n'est pas soumis à une usure lors des petits mouvements et il présente une excellente résistance aux agressions mécaniques (sable, poussières, copeaux).

Les figures 19 à 21 sont des coupes axiales d'autres vérins élastiques linéaires à double effet. Les éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 13 portent le même chiffre de référence.

Sur la figure 19, le boîtier rigide 104 comporte un corps creux cylindrique formé à ses deux extrémités opposées par des parois d'extrémité 106 et présentant une ouverture 108 au niveau de sa partie centrale. Deux pistons 101 cylindriques sont guidés élastiquement dans le boîtier 104 de part et d'autre de l'ouverture 108, par des corps élastiques 103. Les pistons 101 sont orientés de manière opposée au mode de réalisation de la figure 13 : les chambres de liquide 102 sont aux extrémités du boîtier 104 et les faces arrière des pistons 101 se font face dans la partie centrale du boîtier 104. La pièce de couplage comprend ici une tige creuse 60 coaxiale aux pistons qui relie les faces arrière des deux pistons et une pièce 61 en forme de T. Un circuit de liaison 119 dont le fonctionnement est identique à celui de la figure 13 est agencé par exemple dans les pistons 101 et la tige creuse 60 et permet de faire passer du liquide entre les deux chambres 102. La pièce 61 est rigidement liée à la tige 60 et s'étend latéralement à l'extérieur du boîtier 104 à travers l'ouverture 108. On obtient un vérin adaptatif à fonctionnement double effet, symétrique, qui n'utilise que deux parties en élastomère 103. Le circuit de liaison 119 peut aussi être placé à l'extérieur du corps 104, à l'instar de la figure 13. Le corps 104 peut être fait en plusieurs parties pour simplifier l'assemblage. Dans une application anti vibratoire, la pièce 61 et le boîtier 104 sont fixés respectivement aux deux parties dont les vibrations doivent être amorties, par exemple la caisse et un bras de suspension d'un véhicule.

Sur la figure 20, la géométrie est quasiment identique à la figure 13. Le corps de cylindre 104 comporte deux demi-alésages 109 s'étendant d'une extrémité axiale respective du corps 104 à la paroi de séparation rigide 106. Ici, les deux pistons 101 sont couplés à travers l'intérieur du corps 104 par une tige rigide 60 qui s'étend entre les faces frontales 110 des deux pistons à travers les deux chambres de liquide 102 et à travers un alésage central de la paroi 106, dans lequel un joint d'étanchéité coulissant 62 est fixé pour assurer une isolation étanche entre les deux chambres 102. Le circuit de liaison 119 présente un fonctionnement identique à celui de la figure 13. L'effet de friction du joint 62 peut être minimisé en réduisant le diamètre de la tige 60, de manière que la linéarité effort/déplacement ne soit pas sensiblement affectée.

On obtient donc un dispositif à deux chambres de fluide à fonctionnement double effet qui n'utilise que deux parties en élastomère 103, d'où un avantage en coût,

simplicité d'assemblage, et forte raideur de gonflement. Les sections des deux pistons 101 étant identiques, le volume total de fluide dans les deux chambres est constants.

Sur la figure 21, la seule différence avec le mode de réalisation de la figure 20 réside dans la structure du joint d'étanchéité 62, qui est une couche cylindrique d'élastomère similaire aux corps élastiques 103, à savoir adhérisée intérieurement autour de la tige 60 et adhérisée extérieurement à la paroi 106, pouvant se déformer en cisaillement en fonction des déplacements axiaux des pistons 101. La raideur de gonflement du dispositif est réduite par la présence du joint 62 qui présente une surface exposée à la pression du liquide. Les avantages de ce mode de réalisation sont la linéarité et la possibilité de dimensionner la tige 60 librement en fonction des efforts à transmettre.

La figure 22 est une coupe axiale d'un vérin linéaire à double effet présentant une structure inversée et un fonctionnement similaire à celui de la figure 21. Les éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 1 portent le même chiffre de référence augmenté de 200. L'alésage 209 du corps de cylindre 204 est ici fermé aux deux extrémités axiales par deux parois 206. Le piston 201 est logé au milieu de l'alésage 209 par l'intermédiaire du corps élastique 203. Une chambre de liquide 202 est définie entre une surface axiale 210 du piston et une paroi 206. Une autre chambre de liquide 218 est définie symétriquement entre une surface axiale 211 du piston et l'autre paroi 206. Chaque chambre est munie d'un canal de liaison 213 ménagé à travers la paroi du corps de cylindre 204 qui communique avec un circuit de liaison 219 pouvant être identique à celui de la figure 13.

Un axe rigide 212 est lié au piston 201 et traverse le corps de cylindre 204 d'une extrémité à l'autre pour permettre d'actionner le piston 201 depuis l'extérieur. Au niveau de chaque paroi d'extrémité 206, un alésage 232 est ménagé pour laisser passer l'axe 212. La fermeture étanche des chambres de liquide est réalisée, comme autour du piston 201, par un corps élastique 231 adhérisé autour de l'axe 212 et dans une bague rigide 230 qui est emmanchée fixement dans l'alésage 232.

La figure 23 est une coupe axiale d'un vérin élastique à double effet qui diffère du précédent essentiellement par le fait que l'axe 212 ne s'étend que d'un seul côté du piston 201. Les chiffres de référence identiques à ceux de la figure 22 identifient des éléments identiques ou analogues. Du fait que l'axe 212 traverse la chambre 202 mais non la chambre 218, la section efficace du piston est asymétrique et le volume total des deux chambres présente donc des variations en fonction des mouvements du piston 201. Une

chambre intermédiaire de compensation 240 est prévue pour absorber ces variations. La chambre 240 est formée par exemple de manière identique à la chambre 18 de la figure 2, avec une membrane 216 et une bague 217. Un canal de liaison 213 creusé par la paroi périphérique du corps 204 et dans une pièce de support 215 relie la chambre 202 à la chambre 240. Un autre canal 214 creusé par la pièce 215 relie la chambre 240 à la chambre 218. Pour contrôler la raideur du vérin élastique, deux électrovannes 220 sont logées dans la pièce 215 pour obturer respectivement les canaux 213 et 214. Les électrovannes peuvent être conçues comme dans la figure 13. La pièce 215 forme une paroi de séparation rigide entre les chambres 218 et 240. Elle est fixée dans l'alésage 209. La bague 228 du corps élastique 203 est calée axialement contre un épaulement de l'alésage 209.

Le mode de réalisation de la figure 24 est décrit en utilisant les mêmes chiffres de référence pour les éléments identiques ou analogues à ceux de la figure 23. Ici, l'encombrement axial du vérin élastique à double effet peut être réduit en logeant les électrovannes 220 à l'extérieur du corps de cylindre 204 et en agençant la chambre de compensation 240 d'une douille 219, qui entoure l'alésage de la paroi d'extrémité 206 de la chambre 202 dans lequel le corps élastique 231 est reçu.

Les vérins à double effet des figures 19 à 24 ont été représentés avec un circuit de liaison correspondant à un fonctionnement passif à raideur réglable. Ces vérins peuvent être aussi utilisés en tant qu'actionneurs hydrauliques à l'aide d'un circuit d'alimentation similaire au circuit 80 de la figure 15. Cette possibilité est illustrée sur la figure 25.

Sur la figure 25, la structure du vérin élastique linéaire est similaire à celle de la figure 24, hormis le circuit hydraulique. Ici, les canaux de liaison 213 et 214 relient les chambres de liquide 202 et 218 à un circuit de commande 80 déjà décrit. La dissymétrie des sections du piston 201 dans les deux chambres est compensée directement par le circuit de commande 80 en contrôlant les pressions. On note que la raideur de gonflement est asymétrique dans ce mode de réalisation. Le rendement de l'actionneur est donc plus élevé dans le sens faisant sortir l'axe 212 que dans l'autre sens.

Le vérin élastique linéaire représenté sur la figure 26 est adapté à des applications d'amortissement antivibratoire dans lesquelles une course importante est requise. Les éléments identiques ou analogues à ceux de la figure 6 portent le même chiffre de référence augmenté de 400. Ici, la caractéristique principale est de fermer les deux

extrémités de la chambre de liquide 402 par deux pistons 401 et 406 mobiles élastiquement par rapport au corps de cylindre 404. Le deuxième piston 406 est positionné coaxialement au premier piston 401 et est lié au corps de cylindre 404 par un corps élastique travaillant en cisaillement. Par exemple, le piston 406 peut être réalisé comme le piston de la figure 1. Une tige d'actionnement 414 est liée au piston 406 et s'étend à l'extérieur du corps de cylindre 404, à l'opposé de la tige d'actionnement 412. En fonctionnement, les deux pièces à assembler de manière antivibratoire sont liées respectivement aux deux tiges d'actionnement 412 et 414. Le corps 404 est alors à une position flottante, entre les deux tiges. Ce montage permet de mettre en série les déformations élastiques des deux corps élastiques entourant les pistons, et donc de doubler la course admissible par le vérin élastique. La raideur de gonflement est en revanche divisée par deux, ou en tous cas diminuée, en raison de l'augmentation de la surface d'élastomère soumise à la pression du liquide. La raideur de gonflement peut être accrue en allongeant axialement les corps élastiques. Ce mode de réalisation convient en particulier pour des liaisons allongées de type biellette. Si l'on veut encore accroître la course admissible, il est possible de mettre en série deux vérins du type représenté sur la figure 26, et donc quatre pistons avec leur corps élastique respectif. Pour cela, un deuxième vérin symétrique de celui qui est représenté doit être ajouté à l'extrémité gauche de la figure 26. Les deux pistons centraux 406 sont alors couplés par la tige d'actionnement 414.

Avantageusement, la tige 414 prend ici la forme d'une tige creuse dont l'alésage 413 fait communiquer les chambres de liquide 402 des deux corps de cylindre. Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir un volume d'expansion 418 et une électrovanne 420 sur le deuxième corps de cylindre.

En référence aux figures 28 à 37, on va maintenant décrire plusieurs exemples de réalisations de vérins élastiques rotatifs. Dans une large mesure, ces vérins sont utilisables dans des applications analogues aux modes de réalisations linéaires décrits ci- dessus, par exemple comme liaison mécanique filtrante, actionneur hydraulique ou source de pression.

Un premier mode de réalisation est représenté sur les figures 28 et 29. Les éléments analogues à ceux de la figure 1 portent le même chiffre de référence augmenté de

300. Le vérin élastique rotatif comporte un boîtier creux 304 avec un alésage cylindrique 309 de section rectangulaire arrondie débouchant à travers un grand côté 307 du boîtier et fermé par une paroi de fond 306 au niveau du grand côté opposé du boîtier. L'alésage 309 est

entièrement entouré d'une paroi périphérique 305. Une rainure cylindrique 340 à section en arc de cercle est creusée dans toute la largeur du boîtier 304, au milieu de sa surface intérieure, pour former un logement d'axe pour le piston basculant.

Le piston basculant 301 comporte une plaque 328 de forme correspondante à la section de l'alésage 309, ayant des dimensions plus petites pour ménager un espace périphérique entre les bords de la plaque 328 et la paroi 305, dans lequel est coulé un corps élastique annulaire 303 en élastomères de même épaisseur que la plaque 328. Le corps élastique 303 est adhérisé sur la surface périphérique de la plaque 328 et sur la surface intérieure de la paroi périphérique 305. Le piston 301 est guidé en pivotement par un corps d'axe hémicirculaire 359 qui est fixé à la surface intérieure de la plaque 328 en son milieu. Le corps d'axe 359 s'étend sur toute la largeur de la plaque 328 et dépasse de chaque côté de manière à être reçu dans la rainure 340 sur sensiblement toute la longueur de celle-ci. Un deuxième corps élastique 369 est coulé dans l'interstice entre le corps d'axe 359 et le fond de la rainure 340 sous la forme d'une couche cylindrique arrondie d'élastomères adhérisée à la fois sur le corps d'axe 359 et sur le fond de la rainure 340 sur toute la longueur de ceux-ci. Aux deux extrémités du corps d'axe 359, le corps élastique 369 forme une pellicule d'étanchéité insérée entre le bout d'axe et la surface intérieure de la paroi 305 et adhérisée à ceux-ci. De chaque côté du corps d'axe 359, l'espace entre la plaque 328 et la paroi 306 constitue une chambre de liquide respective 302. Les deux chambres 302 sont fermées de manière étanche par le corps élastique annulaire 303 au niveau de l'entrée de l'alésage 309 et sont séparées de manière étanche l'une de l'autre par le corps élastique 369.

La géométrie des corps élastiques 303 et 369 privilégie le degré de liberté de pivotement du piston 301 autour de l'axe 359, qui produit une déformation de cisaillement de ces corps élastiques. Comme le vérin est ici entièrement symétrique, les deux chambres 302 ont le même volume lorsque la plaque 328 est dans la position neutre parallèle à la paroi 306, qui correspond par exemple à l'état de repos des corps élastiques 303 et 369. Un basculement du piston 301 dans la position indiquée en trait interrompu produit une diminution de volume d'une des chambres 302 et une augmentation de volume de l'autre chambre 302, d'où il résulte un débit sortant de liquide à travers l'un des canaux 313 et un débit entrant de liquide à travers l'autre canal 313, qui s'étendent à travers la paroi 306. Les canaux 313 sont reliés à un circuit hydraulique 319 qui peut prendre plusieurs formes, selon les applications visées.

Par exemple, pour réaliser un actionneur basculant à double effet, le circuit 319 peut être identique au circuit de commande hydraulique 80 de la figure 15 et, pour réaliser un dispositif anti vibratoire basculant à raideur contrôlée à double effet, le circuit 319 peut être identique au circuit de liaison 119 de la figure 13. Par analogie avec les figures 13, 15, 19 ou 20, on peut considérer en effet que chaque moitié de la plaque 328 constitue un piston mobile pouvant faire varier le volume d'une chambre de liquide respective 302, et que le corps d'axe 359 commun aux deux moitiés réalise un couplage entre ces deux pistons de manière à faire varier les volumes des deux chambres 302 en sens opposés. Les pièces entre lesquelles un mouvement relatif doit être amorti ou engendré sont fixées, l'une au corps de cylindre 304 et l'autre au piston 301, par exemple au niveau de la surface arrière de la plaque 328.

Les figures 30 et 31 représentent un autre mode de réalisation d'un vérin élastique rotatif. Les éléments analogues à ceux de la figure 28 portent le même chiffre de référence. Ce mode de réalisation résulte essentiellement d'une symétrisation du vérin de la figure 28 par l'ajout d'un deuxième élément de boîtier creux 341 assemblé de manière étanche au boîtier 304 de l'autre côté de la plaque 328 par rapport au boîtier 304, de manière à former un boîtier parallélépipédique plus épais dans lequel le piston 301 occupe une position centrale. Le piston 301 comporte un deuxième corps d'axe 359 disposé symétriquement au premier corps d'axe de manière à former un axe de pivotement à section circulaire. Les deux corps d'axe 359 sont montés exactement de la même manière dans leur élément de boîtier respectif. Ainsi, deux autres chambres de liquide 318 munies chacune d'un canal d'alimentation 313 sont définies dans le deuxième élément de boîtier 341.

Comme visible sur la figure 31, l'axe de pivotement 343 formé des deux corps d'axe 359 se prolonge de chaque côté de la plaque 328 à travers un alésage de la paroi périphérique 305 du boîtier. Dans ce mode de réalisation, le corps élastique 303 se décale de chaque côté du plan de la plaque 328 au niveau de l'axe pour être raccordé de manière étanche aux deux corps élastiques 369 et former conjointement un joint d'étanchéité 342 tout autour de l'axe 343. De préférence, tous ces corps élastiques sont coulés d'une seule pièce. Des pièces de liaison 344 sont prévues aux deux extrémités de l'axe 343 pour lui coupler une pièce telle qu'un bras de suspension ou autre.

Ce mode de réalisation peut être utilisé comme le précédent, sous réserve d'adapter le circuit hydraulique. Par exemple, chaque paire formée d'une chambre 302 et d'une chambre 318 diagonalement opposée peut être reliée à une entrée respective du circuit

de commande hydraulique 80 de la figure 15 ou du circuit de liaison 119 de la figure 13. Une telle réalisation symétrisée assure une meilleure compensation des résultantes des forces de pression et diminue donc les efforts de compression/traction devant être repris par les corps élastiques ou par le palier de l'axe de rotation.

Le mode de réalisation de la figure 32 est obtenu essentiellement en supprimant une moitié de la longueur du boîtier et du piston du vérin élastique de figures 30 et 31. Les éléments analogues portent le même chiffre de référence que sur ces figures. Ici, la paroi périphérique 305 du boîtier 304/341 s'étend sur trois côtés des chambres de liquide 302 et 318. Le quatrième côté est fermé par les corps d'axe 359 du piston 301 et les corps élastiques 369. Les corps d'axe 359 sont interrompus à l'intérieur de la paroi périphérique 305 de la même manière que dans le mode de réalisation de la figure 29. Le couplage du piston 301 à une autre pièce est effectué au niveau d'une patte 344 s'étendant à l'extérieur du boîtier dans le prolongement de la plaque 328. Ce mode de réalisation plus compact peut être utilisé comme les précédents.

A partir des modes de réalisation précédents, de nombreuses variantes de vérins élastiques rotatifs peuvent être conçues car la disposition angulaire relative des pistons agissant sur chaque chambre de liquide n'a pas d'influence sur le fonctionnement du vérin et peut donc être adaptée à l'environnement. Les figures 35 et 36 illustrent de telles variantes. Les chiffres de référence identiques à ceux de la figure 30 désignent des éléments analogues ou identiques. Les corps élastiques 303 sont représentés dans une position déformée. Sur la figure 35, les deux pistons plats 301 sont reliés au niveau de leur bord interne à un corps d'axe cylindrique 359 en formant un angle entre eux. Le boîtier commun rigide 304 est formé en deux parties parallélépipédiques 336 respectivement parallèles à chacun des pistons 301 qui sont assemblées en formant un angle au niveau du corps d'axe 359. Pour le reste, le vérin à double effet fonctionne identiquement à celui de la figure 30.

Sur la figure 36, le boîtier commun 304 est formé en quatre parties 336 disposées autour de l'axe commun 359 selon une symétrie d'ordre 4 et accueillant chacune un piston plat 301 lié à l'axe 359 au niveau de son bord interne. Chaque piston 301 est entouré sur ses trois autres bords d'un corps élastique 303 travaillant en cisaillement qui se raccorde, au niveau des deux extrémités de l'axe 359, à deux corps élastiques 369 s'étendant entre la surface interne du boîtier et l'axe 359. Les corps élastiques 303 et 369 séparent ainsi huit chambres de liquide dans le boîtier 304. Bien entendu, cette géométrie peut être adaptée

à un nombre quelconque de pistons couplés à un axe commun et la disposition angulaire peut être irrégulière.

La figure 37 est une vue analogue à la figure 28 représentant un mode de réalisation particulier du vérin élastique rotatif. Ces éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 28 portent le même chiffre de référence. La représentation est limitée à une moitié du vérin, lequel est symétrique. A la différence de la figure 28, l'axe de pivotement 359 du piston 301 est ici en retrait par rapport aux chambres de liquide 302. L'axe 359 est une tige cylindrique circulaire fixée au boîtier 304, au niveau de la paroi périphérique 309. Le piston 301 présente un palier 368 en saillie sur la face arrière de la plaque 328 et engagé sur l'axe 359. Deux tiges d'actionnement 312 sont liées à la face arrière de la plaque 328 de chaque côté de l'axe 359 au moyen de rotules 399. La paroi périphérique 305 et la paroi de fond 306 du boîtier sont réalisées en deux pièces assemblées par exemple par des vis. Sur sa face frontale tournée vers la paroi de fond 306, la plaque 328 présente deux butées de fin de course 398 qui sont aptes à venir en appui à plat contre la paroi 306 lorsque le piston a atteint son angle de pivotement maximal. Une pellicule d'élastomère 397 recouvre la surface frontale au niveau des butées 398, pour éviter les bruits de fonctionnement et absorber les chocs, ainsi qu'au niveau de l'axe 359, pour réaliser une séparation étanche entre les deux chambres 302 par coopération avec une nervure médiane 396 ménagée sur la paroi de fond 306 en saillie vers la plaque 328. La nervure 396 s'étend parallèlement à l'axe 359 d'un bout à l'autre de la paroi 306 et peut s'enfoncer élastiquement dans la pellicule 397 lors du pivotement. Toutefois, comme l'étanchéité est réalisée au droit de l'axe 359, l'amplitude du déplacement de la plaque 328 à cet endroit est faible. La nervure 396 est revêtue d'une pellicule d'élastomère qui peut se raccorder au corps élastique 303 aux deux extrémités de la nervure, pour réaliser l'étanchéité entre les deux chambres.

La figure 33 représente une application du vérin élastique rotatif de la figure 28 pour l' actionnement d'un basculeur entre deux bras de suspension articulés sur un palonnier de roue dans un véhicule automobile. Les éléments analogues à ceux de la figure 28 portent le même chiffre de référence. Le boîtier 304 est encastré dans un côté latéral du châssis 345 du véhicule au droit d'une roue. Deux bras de suspension 346 s'étendant dans la direction transversale du véhicule sont liés par une extrémité à la surface arrière du piston 301 et par l'autre extrémité à un porte moyeu 347, chaque liaison étant réalisée avec un palier pivotant cylindrique 348 selon la technique connue. Le circuit de commande hydraulique 319 est par exemple identique au circuit de commande hydraulique 80 de la figure 15. Il permet, en contrôlant la pression hydraulique dans les chambres 302, de faire

pivoter très précisément le piston 301 pour piloter un angle d'orientation du plan de roue, i.e. angle de pince avec deux bras espacés longitudinalement ou angle de carrossage avec deux bras espacés verticalement.

La figure 34 représente une autre application du vérin élastique rotatif de la figure 28 pour piloter un angle d'orientation du plan de roue. On considère ici un véhicule muni d'un essieu torsible dont la traverse (un profil de tôle ouvert rigide en flexion) est représentée partiellement en 351. A chaque extrémité de la traverse 351 se trouve un bras longitudinal tiré 352 dont l'extrémité porte un ensemble porte moyeu et frein 349 lié à la surface arrière du piston basculant 301. L'extrémité opposée du bras longitudinal 352 est liée au châssis par l'intermédiaire d'une articulation cylindrique élastique 354 dont la conception favorise le débattement axial et minimise la déformation radiale. Le boîtier 304 est fixé sur le côté latéral du bras 352. Le bras 352 inclut de préférence tout le circuit de commande hydraulique du vérin pivotant. Ce circuit comporte par exemple un réservoir de liquide à pression atmosphérique (bâche) 381, une ligne basse pression 382 contenant du liquide à la même pression en communication avec le réservoir 381, un groupe motopompe 383 dont l'entrée est reliée au réservoir 381 et dont la sortie est reliée à une ligne haute pression 384 par l'intermédiaire d'un accumulateur de pression 350. Chacune des deux chambres de liquide 302 comporte un conduit d'alimentation hydraulique 313 passant à travers la paroi du boîtier 304 et relié respectivement à la ligne haute pression 384 par une électrovanne 385 et à la ligne basse pression 382 par une électrovanne 386. Les électrovannes 385 et 386 peuvent être commandées par paire de manière asymétrique, de manière qu'une électrovanne 385 et une électrovanne 386 associées à deux chambres différentes soient toujours ouvertes conjointement. Les électrovannes peuvent être du type tout ou rien ou, de préférence, du type à ouverture proportionnelle. Selon l'orientation verticale ou horizontale de l'axe de basculement du piston 301, le dispositif permet de piloter l'angle de pince et/ou l'angle de carrossage de la roue.

Un capteur de position 353 logé dans le fond du boîtier 304 et/ou dans le bras 352 détecte la position du piston 301, par exemple en mesurant la distance entre la surface frontale du piston 301 et la paroi de fond du boîtier 304. Pour cela, on peut employer tout type de capteur, notamment reposant sur la mesure d'un champ électrique ou magnétique sans contact, tel qu'un capteur à effet Hall ou un capteur inductif LVDT.

Les figures 38 et 39 montrent un mode de réalisation de l'invention dans lequel un vérin élastique linéaire comparable à celui de la figure 1 agit sur un basculeur afin

d'en contrôler la rotation. Le piston 401 par exemple de section ronde est, lié au bâti 450 par l'intermédiaire du corps élastique 403. Le piston est solidaire du basculeur 470 et il est soumis à la pression du liquide contenu dans la chambre de liquide 402. La chambre est reliée à un dispositif de commande non représenté par l'intermédiaire du canal d'alimentation 413. Le basculeur 470 bascule selon un axe 460 sous l'action du piston d'un part et d'un ressort de précharge 470, par exemple un ressort métallique.

La figure 37 représente l'état libre de toute pression de commande dans lequel le basculeur est poussé par le ressort jusqu'à ce qu'une première butée 481 entre en action.

La figure 38 représente l'état du dispositif lorsque la pression du liquide est suffisante pour vaincre la précharge du ressort et faire pivoter le basculeur jusqu'à ce qu'une deuxième butée 482 entre en action.

On comprend qu'un tel dispositif peut prendre deux positions stables selon qu'il reçoit ou non une pression de liquide suffisante. De manière avantageuse, on peut prévoir que la position où la pression est nulle (ou insuffisante) soit une position par défaut et que l'autre position (figure 38) corresponde à un état que l'on désire pouvoir maintenir sur demande pour une durée plus ou moins longue. Ce dispositif peut par exemple remplacer celui des figures 37, 33 ou 14 pour la commande du braquage ou du carrossage d'une roue arrière d'un véhicule. Dans le cas du braquage, l'axe 460 du basculeur est sensiblement vertical et les tirants d'actionnement 412 représentés ici peuvent être deux bras de suspension transversaux. Le basculeur 470 agit comme un palonnier pour faire braquer la roue correspondante. De préférence, la position « active » représentée à la figure 39 correspond à un braquage nul et la position « passive » représentée à la figure 38 correspond à un braquage maximal (par exemple 1° de pince) répondant à une situation de virage ou de freinage, c'est à dire à une recherche de sécurité. Cet état légèrement pincé sera ainsi obtenu et maintenu dès que la pression du liquide sera inférieure au seuil correspondant à la précharge du ressort, y compris en cas de fuite ou de défaillance du circuit de commande. L'état de la figure 39 correspondant à une pince nulle (ou très réduite) favorise la réduction de la consommation du véhicule et de l'usure du pneumatique. Un tel dispositif constitue en réalité un vérin rotatif dont la raideur et le comportement peut aisément être choisi et modifié, en particulier par l'intermédiaire du choix des caractéristiques du ressort ou des butées (jeux, raideurs, etc...).

Les vérins élastiques rotatifs décrits ci-dessus peuvent être réalisés avec des formes assez plates et un poids relativement faible, ce qui autorise un nombre élevé d'options pour leur placement dans un véhicule, où l'espace disponible est généralement restreint. Notamment, ces vérins sont particulièrement adaptés à une intégration dans le plan d'une roue.

Les vérins élastiques rotatifs décrits ci-dessus sont, comme les vérins élastiques linéaires, dénuées de frottement au niveau des corps élastiques, ce qui évite les effets non linéaires dus au seuil de décollement d'un joint glissant. De plus, les corps élastiques sont essentiellement sollicités en cisaillement. Tous ces vérins sont donc particulièrement adaptés pour des applications où des sollicitations de faible amplitude sont exercées de manière répétée. Par exemple, il est facilement réalisable d'obtenir un débattement de +/-5° dans les modes de réalisation rotatifs et un débattement de +/-lcm dans les modes de réalisation linéaires.

II est possible d'allonger le débattement admissible du piston en accroissant la section des corps élastiques dans un plan perpendiculaire à la direction de déplacement du piston, c'est-à-dire par exemple en accroissant l'épaisseur de la couche d'élastomères qui est cisaillée par le déplacement du piston. Par exemple, un débattement de +/-15° est ainsi faisable dans les modes de réalisation rotatifs. Toutefois, l'accroissement du débattement admissible s'accompagne généralement d'une réduction de la raideur de gonflement de l'élastomère. Il peut être souhaitable de privilégier plutôt une valeur élevée de la raideur de gonflement dans certaines applications. En particulier, la raideur de gonflement doit être choisie aussi élevée que possible dans les applications où une position précise du piston doit être obtenue et maintenue dans le temps par blocage du liquide. Ceci peut être obtenu en diminuant la surface mouillée, c'est-à-dire la surface d'élastomère en contact avec la pression hydraulique, ou en accroissant la quantité d'élastomère, notamment en augmentant la dimension axiale du corps élastique.

Des applications possibles des vérins élastiques décrits sont l'amortissement et/ou le positionnement des organes de liaison au sol ou du moteur ou du tuyau d'échappement d'un véhicule automobile, ainsi que toute application de positionnement à haute précision et faible course dans tous les domaines.

A la place des électrovannes décrites ci-dessus, tout type de vanne commandée peut être utilisé, par exemple avec une commande manuelle, mécanique, hydraulique ou électrique.

Au sens de l'invention, le piston et le corps creux sont plus rigides que le corps élastiquement déformable. En pratique, le piston et le corps creux peuvent être réalisés en tout matériau approprié, par exemple métallique, composite ou plastique, selon les applications visées et le niveau de pression ou d'effort devant être supporté.

Le terme piston désigne toute pièce rigide mobile apte à faire varier le volume d'une chambre de fluide. Par conséquent, les pistons ne sont pas limités aux géométries particulières représentées sur les figures. L'invention peut être mise en œuvre avec d'autres formes de pistons qui apparaîtront à l'homme du métier en fonction des besoins propres à chaque application. Par exemple, un piston peut inclure une surface sphérique, une surface conique et/ou un angle de dépouille.

Les exemples de réalisation donnés ci-dessus font référence à un liquide, c'est à dire un fluide incompressible. Toutefois, dans certaines applications, par exemple lorsqu'on souhaite privilégier la souplesse plutôt que la précision de positionnement du piston, on peut employer un gaz, c'est à dire un fluide compressible. Par conséquent, dans la description précédente, le terme « hydraulique » doit être remplacé par « pneumatique » lorsqu'on fait référence à de tels exemples de réalisation.

Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.