Brevet FR2371689A1 — publié le 19780616

L'invention a pour objet un appareil de contrôle et de mesure de l'état dtune suspension d'un objet dynamiquement suspendu, notamment d'une suspension d'un véhicule automobile. Considérons par exemple les deux cas suivants: a) Un objet dynamiquement suspendu, par exemple un véhicule avec roues solidaires de la carosserie (pas de ressort, pas de suspension). On s'image ce qu'il se passe quand on roule sur une route accidentée ... fortes variations de vitesses verti cales assimilables à des chocs. b) Un même véhicule avec des ressorts de suspension appropriés à la masse du véhicule mais sans amortisseur. On roule sur la même route que sous a). Toute l'énergie accumulée dans les ressorts lors de mouvements de suspension est intégralement restituée à la carrosserie. Cela signifie à nouveau de fortes variations d'accélérations verticales où on se tappe la tête au plafond à chaque rebond De a) et de b) il résulte qu'une suspension défectueuse ou mal conçue se traduit par des variations d'accélérations verticales inadmissibles. La mesure de la première accélération verticale sans tenir compte des oscillations suivantes correspond donc à la mesure de l'état d'une suspension (amortisseurs + ressorts + attaches). C'est la mesure du confort avec tout ce que cela suppose (tenue de route, etc.). La mesure des oscillations suivant la première oscillation d'une carrosserie après avoir provoqué une compression des ressorts est également une mesure de l'état d'une suspension, mais c'est une mesure secondaire qui découle directement de la mesure de la première accélération verticale. Considérons comme exemple extrême le cas du véhicule sous b), sans amortisseur qui théoriquement n'arrête pas d'osciller. Exemple intermédiaire, un véhicule avec amortisseur ayant perdu de leur efficacité (usure). I1 y a donc des accélérations verticales trop élevées lorsque: - les attaches de suspension sont grippées - les attaches de suspension ont du jeu (choc) - le ressort est trop dur ou trop mou - l'amortisseur a du jeu dans ses attaches - l'amortisseur est trop libre (usure ou mauvais type) ou trop dur (grippage ou mauvais type) - l'amortisseur ne fonctionne que sur une partie de sa course (fuite d'huile) - etc. I1 existe donc un seuil d'accélération verticale acceptable commun à toutes les classes de véhicules. C'est-à-dire que si l'on essaie systématiquement tous les types et marques de véhicules d'une même classe sur une même piste accidentée (véhicules avec suspension en ordre), les passagers ne subiront pas d'accélération verticale dépassant un certain seuil à considérer comme limite entre ce qui est bon ou mauvais. I1 est donc clair que l'on pourra fixer pour des véhicules de transport de personnes un seuil d'accélération verticale répondant à certains critères de confort bien définis. D'autre part, ce seuil pourra être plus élevé pour des véhicules de transport de marchandises, par exemple des camons, que pour des voitures automobiles utilisées pour le transport de personnes. Pour chaque classe de véhicules, il suffit donc de déterminer un seuil d'accélération adéquat. Si désiré, il est possible de déterminer un tel seuil pour chaque véhicule de chaque classe. Le constructeur pourra donner ce seuil pour chacun de ses véhicules. Une mesure d'accélération verticale permettra donc de déterminer de combien on est éloigné de la donnée du constructeur et par conséquent de déterminer l'état de la suspension du véhicule au moment où la mesure est effectuée. On connaît des accéléromètres susceptibles de mesurer des accélérations. Ces appareils sont en général de construction assez simple et comprennent une masse retenue par un ressort et entraînant lors de son déplacement un doigt coulissant permettant de lire sur une échelle la valeur de l'accélération. Ces appareils ne sont pas très précis et par conséquent ils ne sont utilisés que pour indiquer si une valeur est dépassée. De tels appareils ne conviennent évidemment pas si l'on veut contrôler des vehicules de classes différentes ne devant pas dépasser des valeurs de seuil différentes. Le but de l'invention est donc de proposer un appareil permettant de mesurer une accélération avec précision, aui puisse etre fixé rapidement sur un véhicule et qui puisse retenir la grandeur mesurée assez longtemps pour permettre à un opérateur d'effectuer plusieurs mesures à la fois avant de passer au dFpouillage des mesures effectuees. L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une sonde de mesure mobile présentant des moyens de fixation permettant de fixer la sonde à un emplacement déterminé de l'objet et agencée pour mesurer une accélération selon une direction d'une masse mobile qu'elle contient par l'intermédiaire d'une grandeur électrique produite par la déformation d'une lamelle piézo-électrique en contact avec la masse mobile et stockée dans un condensateur, et un dispositif de lecture présentant des moyens pour être relié électriquement à la sonde et afficher la grandeur électrique stockée dans le condensateur. L'invention a également pour objet une utilisation particulière de l'appareil pour détecter la présence de jeu dans des systèmes mécaniques, par exemple dans le système de direction d'un véhicule. Dans cette utilisation particulière, il suffira de mettre en vibration une roue avant d'un véhicule et de placer des sondes soit sur la roue ou sur une partie du système de-direction ou du châssis du véhicule. On sait que deux pièces mécaniques présentant un jeu subiront lorsqu'elles sont mises en vibration des chocs importants et par conséquent des accélérations importantes. Ces accélérations pourront etre enregistrées par les sondes et les mesures pourront renseigner l'utilisateur de la présence et de l'importance des jeux. Le dessin représente, à titre exemple, un mode d'exécution d'un appareil de contrôle et de mesure de l'état d'une suspension. Dans le dessin: La fig. 1 est une vue de côté d'une sonde de mesure fixée sur un objet dynamiquement suspendu, dont on veut contrôler l'état de suspension, la fig. 2 est une vue-de dessus de la sonde de la fig. 1, la fig. 3 est une coupe longitudinale à travers la sonde de la fig. 1, la fig. 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la fig. 3, la fig. 5 est un schéma du circuit électronique de la sonde des fig. 1 4, la fig. 6 est une vue de dessus d'un dispositif de lec ture agencé pour lire les valeurs d'accélérations emmagasinées par des sondes semblables à celle décrite dans les fig. 1 à 4, la fig. 7 est un schéma du circuit électronique du dispositif de la fig. 6, la fig. 8 est une vue de l'avant d'un véhicule automobile montrant comment les sondes sont placées pour effectuer les mesures, et la fig. 9 est une vue schématique montrant une utilisation particulière des sondes pour détecter la présence de jeux dans un système de direction d'un véhicule automobile, La sonde de mesure 1 représentée dans les fig. 1 et 2 se présente sous forme d'un cylindre d'environ 8 cm de longueur surmontée à sa partie supérieure d'un commutateur 2 à quatre positions R, M, T et L qui sont respectivement une position de mise à zéro de la sonde (R), une position de mesure (M), une position de transport (T) dans laquelle la mesure reste stockée pour plusieurs heures dans la sonde et une position de lecture (L). A sa partie inférieure, la sonde présente un organe de fixation 3 comprenant un support 4 dans lequel l'axe 5 de la sonde 1 peut tourner, afin d'armer une ventouse 6 qui est reliée à l'axe de rotation 5 de la sonde par l'intermédiaire d'un excentrique 7 et d'une pièce de connexion 8. I1 est visible dans la fig. 1 que la sonde est appliquée sur une surface 9 dans la position représentée en pointillé, la sonde 1 étant ensuite amenée par rotation selon le chemin montré par la flèche 10 dans la position vertica le representée en trait plein, Lors de cette rotation, ltexcen- trique 7 amène la pièce de connexion 8 vers la gauche et arme la ventouse 6 qui est retenue dans une pièce li en forme de tronc de cône fixé au support 8.La sonde 1 peut être séparée de la sur face 9 en ramenant le corps cylindrique vers le bas dans le sens contraire à celui indiqué par la flèche 10. Il est clair pour l'homme du métier que la liaison entre la surface 9 et l'organe de fixation 3 doit être ferme et non élastique pour ne pas absorber partiellement l'accélération qui doit être mesurée. L'organe 3 représenté dans les fig. 1, 2 et 3, dont la ventouse 6 est épousée et maintenue par la pièce en tronc de cône 11 répond parfaitement à cette condition. Dans les fig. 3 et 4 sont représentées les parties contenues dans la sonde 1 qui comprend un boîtier cylindrique extérieur 12 fermé à sa partie supérieure par un couvercle 13 et à sa partie inférieure par un couvercle 14 auquel est fixé l'organe de fixation 3. A l'intérieur du boîtier 12 se trouve un deuxième boîtier cylindrique 15 d'un diamètre égal à environ la moitié du diamètre du boîtier extérieur 12 contenant dans sa partie supérieure une pile 16 et dans sa partie inférieure une masse 17, les deux parties étant séparées par une paroi 18 (voir également fig. 4).La masse 17 est maintenue entre la paroi supérieure 18 et une paroi inférieure 19 par l'intermédiaire de deux ressorts 20 et 21 (Fig. 4) qui n'ont pour fonction que d'éviter dans la sonde 1 des chocs dus au déplacement de la masse. I1 est donc clair que les ressorts 20 et 21 presentent des constantes négligeables par rapport à la masse 17. La masse 17 est en contact avec une lamelle en céramique piézo-électrique 22 par l'intermédiaire d'une bille 23 placée dans un alésage 24 de la paroi inférieure 19. La lamelle 22 est fixée contre la paroi 19 par une pièce de -fond 25 présentant un évidement central 26 et un évidement latéral 27 d'une largeur légèrement supérieure à celle de la lamelle 22 au moyen de deux vis 28, 29. On comprend immédiatement qu'a la suite d'une accélération vers le bas, la masse 17 exerce une force sur la lamelle 22 par l'intermédiaire de la bille 23. La lamelle se plie et donne naissance à un courant électrique amené vers un circuit électronique de stockage par l'intermédiaire de deux fils non représentés.Le circuit de stockage est représenté en 32 dans la fig. 3 et est relié d'une part au commutateur de fonction 2 et d'autre part à des bornes de sortie 33, 34 placées au haut de la sonde de mesure 1 et qui viendront en contact avec un dispositif de lecture décrit plus loin. Le circuit 32 ainsi que le commutateur 2 et les bornes 33, 34 seront décrits en détail lors de l'explication du fonctionnement du circuit qui sera faite en regard de la fig. 5. On remarque finalement dans les fig. 1 à 4 que le couvercle supérieur 13 (Fig. 1) est vissé sur le cylindre 12 par l'intermédiaire d'une vis 35 et que la pile 16 est retenue par une pièce 36 et un ressort 37 que l'on-peut enlever avec le boîtier inférieur 15, le commutateur 2 et le circuit 32, après avoir dévissé le couvercle 13 soit dans le but de changer la pile 15, soit dans le but de régler ou remplacer des constituants internes de la sonde 1 ou du circuit 32. Dans le circuit de la fig. 5 est représentéeen 22 la lamelle en céramique piézo-électrique décrite en regard des fig. 1 à 4, dont un des pôles est relié à une borne C, l'autre à la grille 41 d'un transistor à effet de champ 42. En parallèle avec la lamelle 22 est branchée une résistance 43. La source et le drain du transistor 42 sont branchés à une résistance 44 placée en série avec un potentiomètre 45 et une autre résistance 46, respectivement à un potentiomètre 47 en parallèle avec un condensateur 48. Le potentiomètre 45 est relié à la grille d'un deuxième transistor à effet de champ 49 dont la source est reliée à la borne de mesure M d'un commutateur de position représenté en 2 dans les fig. 1 à 4 par l'intermédiaire d'une diode 50. Le commutateur 2 est un commutateur à deux galets 51 et 52.Le premier galet 51 permet la commutation sur les bornes R (remise à zéro), M (mesure), T (transport) et L (lecture) et le deuxième galet 52 relie au premier permet la commutation sur des bornes 53, 54, 55 et 56 dont les fonctions seront expliquées plus loin. La grille du transistor 49 est reliée au potentiomètre 47 par l'intermédiaire d'un condensateur 57 et l'entrée de la diode 50 à la sortie C par l'intermédiaire d'une résistance 58. La borne R du galet 51 du commutateur 2 permet la mise en parallèle d'un condensateur au tantale 59 et d'une résistance 60. Le condensateur au tantale 59 est destiné à stocker une grandeur électrique (tensiodproportionnelle à l'accélération mesurée. La borne M est destinée à relier le condensateur 59 au circuit lors d'une mesure. La borne T ne présente aucune liaison avec le circuit et le galet 51 est mis sur cette borne T lorsqu'une mesure effectuée doit rester stockée dans le condensateur 59. La borne L est reliée à une borne de sortie A correspondant à la fiche 33 de la fig. 3 et sert à permettre la lecture de la tension aux bornes du condensateur 59 à l'aide d'un dispositif approprié décrit plus loin-en regard des fig. 6 et 7. Les bornes 53 et 54 du second galet 52 relient une pile ou batterie d'alimentation 61 au circuit. La borne 55 ne présente aucune liaison et la borne 56 est reliée à une borne de sortie B correspondant à la fiche 34 de la fig. 3. Le circuit qui vient d'être décrit fonctionne comme suit: On remarque immédiatement que lorsque le galet 51 est sur la borne R (remise à zéro), le condensateur 59 est en parallèle avec la résistance 60. I1 est donc complètement vidé et prêt à enregistrer une mesure. On place alors le galet 51 du commutateur 2 sur la borne de mesure M et automatiquement le galet 52 est placé sur la borne 54. Le circuit est alimenté par la batterie 61 et le condensateur 59 prêt à recevoir un courant électrique. Au moment où l'accélération à mésurer se produit, une tension positive +V apparaît à la grille du transistor 42. Cette tension +V est amplifiée d'un facteur k par le transistor 42, de sorte qu'une tension +kV parvient au potentiomètre 47. Cette tension est appliquée par le transistor 49 qui est déjà polarisé à une certaine tension fixe au condensateur 59 par l'intermédiaire de la diode 50. L'homme du métier comprend immédiatement que le potentiomètre 47 permet de régler la sensibilité de la sonde et que le poten tiomètre 45 permet de fixer le seuil, c'est-à-dire le zéro du cir- cuit. Dès que le condensateur est chargé, on place le galet 51 sur la borne T (transport), le galet 52 étant automatiquement placé sur la borne 55. Le circuit n'est plus alimenté par la batterie et le condensateur reste chargé. Au moment où l'on voudra effectuer la lecture à l'aide du dispositif décrit en regard des fig. 6 et 7, il suffira de brancher les bornes A, B et C (masse) au dispositif de lecture et de tourner les galets 51 et 52 sur la borne L, respectivement la borne 56. Le dispositif de lecture lira la tension aux bornes du condensateur 59 par l'intermédiaire de la borne de sortie A d'une part et d'autre part pourra recharger la batterie 61 par l'intermédiaire de la borne de sortie B. Le dispositif de lecture 70 représenté dans la fig. 6 comprend deux micro-ampèremXtres 71 et 72 et est par conséquent destiné à recevoir deux sondes 73 et 74. Sous chaque micro-ampèremètre est placée une lampe de seuil 75, 76, qui permettra d'attirer l'attention de l'opérateur lorsque la mesure dépasse une valeur de seuil prédéterminée. Le dispositif 70 comprend encore un bouton 77 permettant de contrôler la charge des batteries contenues dans les deux sondes 73 et 74 et un interrupteur 78 de mise en marche. On remarque à gauche du dispositif 70 un socle 79 destiné à recevoir la sonde 74. Le socle 79 présente deux bornes 80 et 81 qui viendront en contact avec les bornes de sortie A et B du circuit de la fig. 5.A l'autre extrémité, le socle présente deux tenons de positionnement 82 et 83 figurant la masse, c'està-dire établissant la liaison électrique avec la borne C du circuit de la fig. 5 en plus de leur fonction de positionnement. Dans la fig. 7- est représenté le circuit du dispositif de lecture comprenant deux parties, une partie d'alimentation 90 et une partie de lecture 91. La partie d'alimentation 90 est branchée au réseau et comprend une lampe témoin 92, un transformateur 93, un redresseur stabilisateur 94 et livre une tension stabilisée Vcc de 12 volts et une tension stabilisée de 7,5 volts avec un courant limite à 6 mA aux bornes F1, F2 et B. La tension Vcc sera utilisée pour alimenter le circuit de lecture 91 et la tension de 7,5 V pour effectuer le contrôle de l'état de charge des batteries des sondes et la recharge de ces batteries. Dans le circuit de la fig. 7, on retrouve les bornes A (borne de lecture), B (borne de recharge des batteries des sondes) et C (masse) correspondant aux mêmes bornes de sortie A, B et C du circuit de la fig. 5. Le circuit de lecture 91 comprend deux amplificateurs différentiels 95 et 96, l'amplificateur 95 étant un amplificateur à gain 1 destiné à transformer la mesure appliquée à la borne A pour la lire avec une impédance élevée, l'amplificateur 96 ayant une fonction de comparaison. L'entrée positive de l'amplificateur 96 est reliée à la sortie de l'amplificateur 95 et l'entrée ndga- tive à un potentiomètre 97 en série avec deux résistances 98 et 99. En parallèle avec le potentiomètre 97 -et les résistances 98 et 99 est monté un potentiomètre 100 et deux résistances 101 et 102, le potentiomètre 100 étant relié à l'entrée positive de l'amplificateur différentiel 95 par l'intermédiaire d'une diode 103. La sortie de l'amplificateur 95 est reliée à un poten tiomètre 104 branché pour effectuer un réglage de maximum et à un micro-ampèremetre 105, le micro-ampèremètre 105 étant luimême relié à un potentiomètre 106 branché en série avec deux résistances 107 et 108, le montage en série 106, 107, 108 étant alimenté avec la tension Vcc de 12 volts. On voit immédiatement que le potentiomètre 106 sert au réglage du zéro du micro-ampère- mètre 105. La sortie de l'amplificateur différentiel 96 commande un transistor 109 par l'intermédiaire d'une résistance 110. Dans le circuit du transistor 109 est placée une lampe 110 qui s'allumera lorsqu'une valeur de seuil de la tension appliquée à la borne A sera atteinte. On voit que cette valeur de seuil peut être réglée à une valeur prédéterminée à l'aide du potentiomètre 97. Le circuit de lecture fonctionne de manière à ce que la tension appliquée en A soit lue par le micro-ampèremètre 105 sans que celui-ci soit traversé par un courant, le micro-ampèremètre livrant par conséquent une mesure de la tension à la borne A, c'est-à-dire aux bornes du condensateur 59 de la sonde dont le circuit est représenté en détail dans la fig. 5. On remarque dans la fig. 7 que lorsque le commutateur 77 (voir également fig. 6) est dans la position représentée dans le circuit de la fig. 7, le circuit remplit sa fonction de lecture et affiche sur le micro-ampèremètre 105 la valeur de tension contenue dans la -sonde. Lorsqu'on presse le commutateur 77, le circuit de la fig. 7 effectue le contrôle de la batterie de la sonde (borne F1, F2) et la recharge de la batterie (borne B) par l'intermédiaire de la résistance 111 et du potentiomètre 112. I1 est évident que si l'on se reporte à la fig. 6, que le dispositif de lecture comprend deux circuits de lecture semblables à celui représenté dans la fig. 7, un circuit étant prévu pour chacune des sondes. L'appareil qui vient d'être décrit en regard des fig. 1 à 7 comprend deux sondes avec dispositif de fixation à ventouse et un instrument de lecture à double circuit. Comme représenté dans la fig. 8, les deux sondes 1 sont placées à l'aide de ventouses sur les deux ailes avant d'un véhicule 12 représenté en pointillé et le véhicule est amené devant une rampe de chute prévue dans un sol 122. La rampe de chute présente 121 une profondeur de 10 cm environ. Les commutateurs des sondes 1 sont d'abord placés sur la position R (mise à zéro) pour décharger les condensateurs, puis sur la position M (mesure).Le véhicule 120 est alors poussé vers lovant, afin qu'il tombe dans la rampe 121 comme représenté en trait plein dans la fig. 8, les commutateurs des sondes sont placés sur la position T (transport) et les sondes sont enlevées pour être amenées sur le dispositif de lecture 70 des fig. 6 et 7. Après que les sondes aient été placées sur les supports 79 (Fig. 6), le dispositif 70 est enclenché et les commutateurs des sondes placés sur la position lecture (L). La lecture est effectuée sur les micro-ampèremètres 71 et 72, qui ont été préalablement étalonnés. L'opération peut être répétée pour les ailes arrières des véhicules. I1 est évident qu'il est possible de relier directement les sondes au dispositif de lecture au moyen de cables électriques non représentés. Le dispositif de lecture sera alors placé à proximité de la rampe de chute. La fig. 9 représente une utilisation particulière de l'appareil décrit ci-dessus. Cette utilisation nécessite un banc d'essai constitué par une plaque 125 montée librement par l'inter médiaire d'un roulement 126 sur un axe excentrique 127 entralné par un moteur 128. La plaque 125 est au même niveau que le sol 129 qui l'entoure et est retenue par une encoche 130 engagée par un tenon 131 fixé dans les fondations du banc d'essai, de manière à ce que la plaque ne puisse pas tourner et soit mise en vibration lorsque l'excentrique est entraîné par le moteur. Supposons que l'on veuille contrôler le trainwavant d'un véhicule, c'est-à-dire que l'on veuille examiner s'il y a du jeu dans le train avant du véhicule. Comme représenté dans la fig. 9, une roue avant 132 d'un véhicule dont le châssis est représenté en 133 est amenée sur la plaque 125. Une sonde 134 est placée sur une barre de direction 135, une autre sonde étant placée perpendiculairement sur la pièce 137 reliant la roue 132 au châssis 133 du véhicule. Le moteur 128 est mis en marche et la plaque 125 sKe met en-vibration. Tout jeu existant entre les parties 133, 135 ou 137 donnera naissance à de tres fortes accélérations entre les parties, accélérations qui seront enregistrées par les sondes 134, 136. On pourra donc trouver facilement en effectuant la lecture des sondes où se trouvent les jeux. Bien que l'utilisation qui vient d'être décrite se limite à l'emploi de deux sondes, il est évident qu'un grand nombre de sondes peut être choisi pour détecter des jeux dans un ensemble contenant un grand nombre de-pieces. D'autre part, plusieurs sondes peuvent être placées selon des directions différentes sur la même pièce. REVENDICATIONS 1. Appareil de contrôle et de mesure de l'état d'une suspension d'un objet dynamiquement suspendu, notamment d'une suspension d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une sonde de mesure mobile présentant des moyens de fixation permettant de fixer la sonde à un emplacement déterminé de l'objet et agencée pour mesurer une accélération selon une direction d'une masse mobile qu'elle contient par l'intermédiaire d'une grandeur électrique produite par la déformation d'une lamelle piézo-électrique en contact avec la masse mobile et stockée dans un condensateur, et un dispositif de lecture présentant des moyens pour être relié électriquement à la sonde et afficher la grandeur électrique stockée dans le condensateur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fixation de la sonde comprennent une ventouse agencée pour établir une liaison ferme entre la sonde et la surface sur laquelle elle est appliquée. 3. Appareil selon la revendication 2,,caractérisé en ce que la partie élastique de la ventouse est épousée par une pièce rigide terminee par un support sur lequel la sonde est montée pivotante, le pivot présentant un excentrique permettant d'armer la ventouse lorsque la sonde est déplacée vers le haut. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condensateur de la sonde est relié à la lamelle piézoélectrique par l'intermédiaire d'un circuit d'amplification alimenté par une batterie. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit d'amplification comprend au moins un transistor à effet de champ. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de lecture comprend au moins un amplificateur différentiel relié à un micro-ampèremètre. -7. Appareil selon la revendiration 6, caractérisé en ce que le dispositif de lecture comprend un deuxième amplificateur différentiel commandant un transistor dans le circuit de charge duquel se trouve une lampe d'indication d'un seuil. 8. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de lecture comprend un circuit de contrôle et de recharge de la batterie de la sonde. 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de lecture comprend au moins un support destiné à recevoir une sonde, le support présentant des bornes de connexion électrique agencées pour venir en contact avec des bornes de sortie correspondantes de la sonde lorsque celle-ciest placée sur le support. 10. Utilisation de l'appareil selon la revendication 1, pour détecter la présence de jeux dans des systèmes mécaniques.