Vérin dissymétrique
On a vu précédemment qu'un vérin symétrique possédait deux tiges. L'inconvénient de ce type de vérin est son encombrement, car si une fois rétracté la tige dépasse légèrement, en pleine extension, celle-ci sort de deux fois la course. Il faudrait donc réserver l'espace nécessaire au passage de la tige au niveau de la caisse, ce qui est impossible - on en revient à la problématique du débattement abordée précédemment.
En conséquence, les vérins amortisseurs de véhicule sont tous munis d'une simple tige, située d'un seul côté du piston, et sont donc dissymétriques.
La dissymétrie est donc une dissymétrie de section. Lorsque le vérin est pressurisé, la pression s'applique sur une différentielle de section. Il en résulte un effort interne important lié à la pressurisation et à la dissymétrie de section. Pour réduire cet effort résiduel de poussée, la pressurisation doit diminuer ; il est en effet très difficile de réaliser un vérin quasi symétrique à partir d'un vérin dissymétrique.
La technologie adoptée pour les amortisseurs est de deux types : soit l'amortisseur est dit monotube et inclut un accumulateur à piston ; soit l'amortisseur est dit bitube et inclut sur les parois un accumulateur à membrane de séparation ou à frontière libre. Ce type d'amortisseur est dit bitube car il possède deux tubes comme le montre la figure ci-dessous.
Dans la suite de l'étude, on représentera un amortisseur bitube à membrane.
Modèle AMESim et fonctionnement
Le modèle AMESim de l'amortisseur bitube est représenté ci-après :
En général et pour des raisons économiques, ce type d'amortisseur possède une seule restriction qui voit le même débit en compression et en détente. Pour ce faire, la section de compression et la section de détente sont dans un rapport 1/2. Dans le modèle présenté, la section de compression est deux fois plus importante que la section de détente.
Un jeu de clapets permet d'une part la réalimentation de la chambre de compression lorsqu'il y a détente (évitant ainsi tout phénomène de cavitation) et d'autre part la réalimentation de la chambre de détente en compression.
En compression, une partie du débit lié au déplacement du piston est consommé par le piston coté détente, en fait la moitié (le rapport des sections), le reste étant laminé dans la restriction. Ceci permet à la restriction de voir le même débit en compression et en détente. On obtient ainsi une certaine symétrie, mais surtout une réduction des coûts dans le cas des amortisseurs pilotés, car piloter deux valves au lieu d'une est souvent difficile et coûteux.
Il est à noter que l'accumulateur sert à emmagasiner le trop plein de liquide et à restituer celui-ci lors des mouvements de détente.
Dimensionnement d'un amortisseur bitube
On reprend les données numériques du modèle d'amortisseur à vérin symétrique : un amortissement de 1000 N/(m/s) obtenu pour avec un débit de 60 L/min et une différence de pression de 10 bar. La restriction possède ainsi les mêmes dimensions que pour le vérin symétrique.
L'accumulateur ne doit pas être trop préchargé ; le cas échéant, l'amortisseur aurait une poussée initiale non négligeable. De plus, il doit être capable de fournir le volume correspondant à la course totale de l'amortisseur en détente (il faut remplir la chambre de compression qui théoriquement passe en dépression). Par ailleurs, l'accumulateur possède une certaine raideur hydraulique parasite, qui se doit d'être négligeable devant la raideur du ressort métallique.
Il est possible de dimensionner l'accumulateur à l'aide d'une méthode itérative. La configuration finalement retenue est la suivante : volume total de 2 L ; précharge initiale constructeur de 0,5 bar ; prétare de l'amortisseur de 0,75 bar. Cette configuration permet d'empêcher l'apparition du phénomène de cavitation et de ne pas avoir une raideur hydraulique trop importante.
La caractéristique effort/vitesse de l'amortisseur est représentée ci-après. Elle a été obtenue pour une sinus de fréquence 0,1 Hz de force sur la tige du vérin, le bâti étant fixé.
Il apparaît ici que la raideur statique de l'amortisseur est négligeable devant celle du ressort de suspension : le déplacement observé est de 0,2 m pour une force appliquée de 30 N, soit une raideur globale de 150 N/m - à comparer aux 15000 N/m du ressort métallique. On peut également noter qu'un effort de 75 N est appliqué au vérin pour un déplacement nul : cet offset est dû à la précharge de 0,75 bar sur une section de 10 cm2.
Le graphique ci-dessous compare les réponses des suspensions mécanique, hydraulique symétrique et hydraulique bitube au passage d'un trottoir (sollicitation verticale d'amplitude 0,05 m) avec une vitesse verticale maximale de 1 m/s.
Du fait de l'offset d'effort, on observe la caisse s'est légèrement déplacée vers le haut. En revanche, les oscillations sont tout à fait similaires entre l'amortisseur hydraulique de base et l'amortisseur bitube.
Le modèle d'amortisseur bitube pourrait être amélioré par l'ajout de la dynamique des clapets de réalimentation, mais également en ne considérant pas qu'une simple restriction est chargée de produire l'amortissement. En réalité, la section de passage n'est pas fixe mais mais fait souvent intervenir des lamelles qui se décollent de leur siège pour créer une section de passage variable. On peut ainsi obtenir une caractéristique effort/vitesse quasi linéaire, proche de celle de la suspension mécanique (contrairement à ce qui avait été observé pour une suspension hydraulique basique).
