Brevet FR2004400A1 — publié le 19691121

,08035 -1- La présente invention se rapporte à un système de pesée indiquant la position du centre de gravité d'un véhicule, plus particulièrement un avion, mais elle est également applicable à un hydroglisseur et à d'autres formes de véhicules de trans-5 port sur route et sur rail. Lorsque par exemple des avions sont utilisés dans des appli-• cations diverses qui font intervenir des chargements fréquents d'une grande diversité de marchandises mélangées, il est extrêmement difficile de déterminer avec précision le rapport maximal 10 volume/poids de charge. Dans le cas d'un hélicoptère, le rapport puissance/poids est très important et une surcharge se traduit évidemment par une diminution de performances et par le risque d'application ultérieure d'un couple élevé à la transmission, ce qui produit 15 finalement une fatigue. L'invention a pour objet un système permettant de résoudre ce problème en fournissant au pilote du véhicule une indication directe du poids et du centre de gravité au cours du chargement des marchandises. 20 Suivant l'invention, il est prévu un système de détermination de poids et/ou de centre de gravité de véhicules, ledit système comprenant plusieurs éléments de détection de contraintes agencé» pour transmettre des signaux représentant des variations de la charge structurale à un dispositif de calcul qui détermine $5 à partir desdits signaux le changement de poids et/ou de centre de gravité du véhicule. Le principe de fonctionnement du système de charge est le suivant î dans un avion, il existe au moins trois points de fixation entre le fuselage et le train d'atterrissage qui peu-30 vent être utilisés pour contenir des détecteurs ou des cellules de charge. Sans un mode de réalisation préféré, on utilise trois détecteurs de charge pour calculer, à partir de leurs signaux électriques de sortie, le poids total et la position du centre de gravité. On choisit une valeur fixe pour tenir compte du 35 poids du train d'atterrissage qui est situé en dessous des détecteurs de charge. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent à titre d'exemples non limitatifs plusieurs modes 40 de réalisation de l'invention^ 69 08035 "2" 200440Ô Sur ces dessins, la fig. 1 est une vue en plan montrant la disposition de trois détecteurs de charge dans un avion théorique; la fig. 2 est un schémà synoptique représentant un exemple 5 de réalisation du système théorique de la fig. 1, avec un circuit additionnel représenté en tirets; la fig. 3 est une vue schématique d'une variante du système représenté sur les fig. 1 et 2. Sur la fig. 1, le signal de sortie de chacun des trois dé.tec 10 teurs de charge, constitué par une tension, est étalonné en fonction de la charge appliquée. Pour calculer le poids global, on additionne arithmétique-ment les signaux de sortie des trois détecteurs de chargé. On désigne par W, le poids de l'avion s'exerçant au point F. 15 w/| = poids s*exerçant sur le détecteur de charge JU Wg « poids s'exerçant sur le détecteur de charge B. = poids s'exerçant sur le détecteur de charge C. v^ = tension de sortie du détecteur-d* charge A. vg - tension de sortie du détecteur de charge B. 20 v^ = tension de sortie du détecteur de charge C. W » *■ w2 + Wj On a alors : T1 « f1 (W/j) v,, = k^ v2 = f2 (*g) v£ » kgWg 25 V3 f3 (w3) v3 - *3.3 où Xj, kg e"k désignent les constantes d'étalonnage des trois détecteurs de charge. Le poids global s'écrit alors : W - f (v^ + v2 + Vj) (1) 30 Sur la fig. 1, la position optimale du centre de gravité est représëntée en 0, qui est le point-origine d'un système de coor données à deux axes rectangulaires OX et OT dans le plan horizontal. On suppose que la position réelle du centre de gravité se trouve au point F, qui a pour coordonnées (x, y). 35 Le poids de l'avion W est supposé agir verticalement en F. On suppose que les coordonnées de la bobine de détecteur en sont (-Xxj, y^ ), que les coordonnées de la bobine de détecteur en B sont (xg, yg) et que les coordonnées de la bobine de détec teur en 0 sont (x^, -y^). 69 08035 -3- 2004400 En calculant les moments autour des axes OY et Oï, on obtient: x = -^2 et y = 21w Par conséquent : x -X^W^ + XgWg + Wy| + Wp + Puisque les positions A et B sont symétriques par rapport à l'axe de l'avion et puisque la position C est située sur cet 10 axe, on a s x^ >= Xg et Xj = 0 En posant x^ » Xg = a , on obtient : a (au - w.) 2 1 (2) + w2 * w3^ w1y1+ w2y2 - w3y, y = ^ (w,, + Wg + w5) A nouveau, du fait de la symétrie du train d'atterrissage, 20 - 72* Si on pose y^ = yg » (j - h) et y^ = li , on obtient : y 25 En conséquence : (j - h) (w^j + Wg) - w^h "(Wyj + Wg + W J (W/l + Wp) - h (3) (w1 + Wg + Wj. ) Un appareil électronique est nécessaire pour recevoir des si-30 gnaux d'entrée en provenance des détecteurs de charge sous la forme des tensions v^, Vg et v^ et pour produire une tension de sortie proportionnelle à x en vue d'obtenir la position latérale du centre de gravité sur un indicateur, et pour produire une tension proportionnelle à y en vue d'obtenir une position longi-35 tudinale du centre de gravité sur un indicateur. Les deux indicateurs comportent une aiguille se déplaçant à partir d'un zéro central et.ils utilisent une convention de signe +ve et -ve. En conséquence : 69 08035 5004400 K4 (y2 - Y1) X = (v1 + v2 + v5) où représente une constante proportionnelle à la distance a séparant les deux détecteurs avant; Kr (V/t + Vp) y - -5_1 2 ^ (v^ + v2 + v3) où représente une constante proportionnelle à la distance j sur la fig. 1 et Kg une constante proportionnelle à la dis-10 tance h. Sur la fig. 2, eôt représenté un circuit additionnel comprenant tin quatrième détecteur de charge D pour mesurer la charge portée par un crochet de levage ou de chargement, le signal obtenu à la sortie de ce détecteur est transmis par l'intermé-15 diaire d'un amplificateur 20 à un indicateur 21 mesurant la charge séparée portée par le crochet de levage ou bien à un indicateur de poids total (A.U.W.) 22* Une seconde variante comprend tin circuit de surcharge 23 et son indicateur 24, qui pourraient être réglés de manière à entrer en service lorsqu'un ni-20 veau prédéterminé de charge est dépassé. Ce circuit de surcharge ou de déclenchement peut être réglé de manière à entrer en service lorsque le poids total maximal de l'avion est dépassé, ou bien lorsqu'un atterrissage difficile est effectué, en transmettant au train d'atterrissage des charges qui dépassent ce ni-25 veau prédéterminé. Il est prévu en outre dans ce circuit un commutateur d'"emmagasinage" A.U.W. 25 qui permet au pilote d'avoir en cours de vol une indication permanente du poids au décollage. Le reste du schéma synoptique représente les trois détecteurs de charge A, B et G, différents amplificateurs de sommation avec 30 entrées différentielles pour effectuer une addition et une soustraction de termes, des diviseurs actifs et un indicateur de déplacement de centre de gravité 26. Un système particulièrement avantageux, selon l'invention, représenté sur la Fig. 3> comprend trois ou quatre cellules de 35 charge 2 à jauges de mesure de contraintes, ces cellules étant incorporées au train d'atterrissage de l'avion ou aux supports du train d'atterrissage. Ces cellules sont seulement démontées pour un ré-étalonnage et un entretien et ne nécessitent autrement aucune attention particulière. Les cellules de charge sont 40 excitées à partir du circuit principal d*alimentation 1 de l'a 08035 '5~ 2004400 vion ou, dans le cas d'un appareil statique, par un générateur séparé. Lorsque l'avion est en train d'être chargé, l'augmentation de poids exerce une certaine contrainte dans le train d5atterris-5 sage de l'avion et cette contrainte est détectée par les eellules de charge qui transmettent à leur tour un signal électrique représentant cette augmentation de contrainte, par l'intermédiaire d5-=> amplificateurs 3, à un amplificateur de sommation 4 qui a;]ouve les signaux de sortie de toutes les cellules de charge 2 utili-0 sées dans l'installation et qui affiche le poids to&al star m indicateur 5» L'indication d'un déplacement de la position du centre âe gravité est obtenue en utilisant le poids précédemment mesuré par les cellules de charge 2 et en eonvertisssnt ee signal.âe poids 5 en trn moment par rapport à un axe fonction de la (listasse œii-taire entre les cellules de charge et le point de référence du système de pesée. Cette opération est exécutée par des amltipli-cateurs 6 auxquels sont appliqués les sigmaus à© psiâs en provenance des amplificateurs 3 ainsi que les signaœc de âistaaee 0 en provenance des dispositifs 7. les signaux de moments en provenance des multiplicateurs 6 sont additionnés dans 18amplificateur de sommation 8 dont le signal de sortie est appliqué à un diviseur électronique 9 qui divise ce signal par lo signal représentant le poids total qui sort de l'amplifieateur âe sommation 4. 5 La détermination des moments est effectuée dans le sens longitudinal de l'avion et également dans le sens transversal. Ceci est mis en évidence par le circuit représenté en double sur le schéma; les signaux de sortie des deux circuits peuvent être présentés, comme le montrent les deux indicateurs 10 et 10Â» sous fora© 0 d'un décalage par rapport à la position nominale ou idéale dans le sens transversal, et également dans le sens longitudinal, ou bien les signaux de sortie des deux oircuits peuvent itra intégrés de manière à indiquer le changement de position du centre de gravité sur un instrument à deux axes, le cadran de l'instruis ment fournissant tua plan de la région admissible de variations. D'autres modifications peuvent être apportées au système sans altérer le principe fondamental de l'invention; par exemple, après que ies signaux initiaux de sortie des cellules de charge ont été amplifiés et additionnés, un transducteur à pendule ou 0 plate-forme stable peut être introduit pour permettre une adap- 69 08035 -6- 200440Ô tation d'attitude de l'avion ou du véhicule de façon que la position vrais d** centre de gravité dans le plan horizontal puisse 5tre indiç;aé@ au pilote en plus du poids. Pour augmenter 13 précision du ?r;3tèî5es il peut être nécessaire de prévoir un . 5 circuit d® mise a» séro8 auquel cas l'opérateur ou- pilote, qui -?xt poids de base5 peut nettre au zéro 11 instrument f: r> 0211? cL@ 1 * H" rien en marchandisesOn peut égale- ^7?éV**i.V IV1 CirGtli'fe 2M jriliaire gui permet su pilote un letib 1(5 contrôle3 ©n ce gui concerne le poids, de la contenance à© G&v'kizs&'B: t ~..v. cours du ravitaillement. T- es éléments psnsilîlfB aur contraintes peuvent- être■consti- ç* n%-> p -7r^.nrmr1 fie-- jri^g' wre de contraintes à feuilles collées, des à fils résistantss des cellules de charge, des trans- *t»etonrs piéz-o-éleetriques et d'autres formes de transducteurs 1^' à ia'a'r??? de no star© de contraintes.- Ils peuvent être fixés sur le véhicule ou brl@n $tr@ intégralement incorporés à la structure du véhiculer, d?»ns le ose d'tm système statique, on peut utiliser des cellules de chsrg© porr porter une plate-forme sur laquelle un véhicule peut s'appuyer. La cellule de charge peut Stre consi-20 dérée comme un élément capable de supporter une charge et pouvant produire, lorsqu'elle est soumise à des forces de compression* de tension» de flexion, de cisaillement et de torsion, dans enroue mode, des signaux de sortie qui sont proportionnels à la charge supportée. Il est important que les éléments soient pla-2? oés de aanîère qu'il soit impossible d'omettre une partie du poids du véhicule» Goaise indiqué précédemment, le crochet de chargement d'un hélicoptère peut être pourvu d'une ^auge de mesure de contrainte» qui est. branchée dans 1g circuit d© manière à fournir au pilote 30 uns indication lorsque la charge aasimals de sécurité de son élinguc ds ©hargoiaent est atteinteo UïX X5id3,0steur d'c'fîtCX" risrscge diff/LOS-lâ £>oçr avions 3 ots^ lemcnt envisagé lorsoae la alinrge tss&rinala d'ixapaet osorcéo s^r • uas csllulo do charge est anrQgistsé© sur l'ias&eaBGsrô, ou ear®-ifistrée d'un® manière appropriée à l'intérieur d© l'unité 6I00-troniqiio qui comporte ose lampe do signalisation a&jaee&t© au panneau de 1 ' instrument0 B'avaa'S&ga âo o® sjstèao eoasicS® ose, ee qu'il est possible de résoudre lés problèmes de fatigue dm train d'atterrissage. 69 08035 -7- 200440(3 Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à un type particulier de véhicule et qu'elle englobe notamment des chariots lourds, des véhicules de transport sur route et sur voie ferrée, des avions à ailes fixes et des hydroglisseurs. 69 08035 -8- 2004400 - BETENBXCAIIOSS - 1 - Système de détermination de centre de gravité de véhicules, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs éléments sensibles aux contraintes, agencés pour transmettre des signaux re- 5 présentant des variations de la charge structurale à tin calculateur qui produit, à partir de ces signaux, un décalage du centre de gravité par rapport à sa position théorique dans le sens longitudinal et dans le sens transversal. 2 - Système conforme à la revendication 1, caractérisé en 10 ce que les éléments sensibles à des contraintes sont des cellules de charge à jauges de mesure de contraintes. 3 - Système conforme aux revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments font partie intégrante de la structure du .véhicule. 15 4 - Système conforme à la revendication J, caractérisé en ce que la structure est le train d'atterrissage d'un avion» 5 - Système conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que. le calculateur comprend des amplificateurs électroniques, des amplificateurs de sommation, des diviseurs et des multiplica-20 teurs. 6 - Système suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il utilise des circuits électriques en double, chaque circuit comprenant au moins deux éléments sensibles aux contraintes et agencés pour détecter et transmettre des signaux 25 représentant des variations de la charge appliquée à la structure du véhicule, des amplificateurs pour augmenter la puissance des signaux, un premier amplificateur de sommation fournissant une indication visuelle du poids total du véhicule, des multiplicateurs électroniques pour convertir les signaux de poids 30 en un moment par rapport à un axe, ledit moment étant fonction, de la distance entre lesdits éléments sensibles et une valeur de référence déterminée, un second amplificateur de sommation pour recevoir les signaux de moment emmagasinés et pour transmettre un autre signal à un diviseur électronique, le signal de 35 sortie desdits circuits en double étant reçu sous la forme d'un décalage de la position du centre de gravité par rapport à sa position théorique dans le sens transversal et dans le sens longitudinal. 7 - Procédé de détermination de déplacements du centre de 40 gravité de véhicules, caractérisé en ce qu'on monte plusieurs 69 08035 -9- 2004400 dispositifs de détection dans la structure du véhicule de manière qu'ils réagissent à- des variations de la charge structurale et qu'ils produisent des signaux indiquant le poids du véhicule par rapport à la position des détecteurs, on traite les si-5 gnaux de sortie desdits détecteurs par l'intermédiaire d'un calculateur de façon à déterminer un point, défini par ses deux coordonnées par rapport à des axes sécants et indiquant le centre de gravité normal, on intègre lesdits signaux de façon à obtenir finalement une indication visuelle du déplacement total du centre 10 de gravité dudit véhicule. 8 - Procédé conforme à la revendication caractérisé en ce que les dispositifs de détection sont des cellules de charge à jauges de mesure de contraintes à feuilles collées. 9 - Procédé conforme à la revendication 7» caractérisé ën ce 15 que les signaux sortant des dispositifs de détection sont amplifiés et additionnés de façon à indiquer le poids total du véhicule. 10 - Procédé conforme à la revendication 7» caractérisé en ce que le circuit est doublé de façon à fournir au moins deux indi- 20 cations séparées du déplacement dé centre de gravité. 11 - Procédé conforme à.la revendication 10, caractérisé en ce que la première indication de déplacement de centre de gravité est faite dans le sens longitudinal. 12 - Procédé conforme à la revendication 10, caractérisé en ce 25 que la seconde indication du déplacement du centre de gravité est faite dans le sens transversal.