Brevet FR2548352A1 — publié le 19850104

La présente invention concerne un dispositif de détermination de la course d'un piston de groupe hydraulique, pneumatique ou hydropneumatique, tel qu'amortisseur, ressort pneumatique ou suspension hydropneumatique, le piston coulissant axialement, par l'intermé5 diaire d'une tige, dans un cylindre rempli par un fluide d'amortissement au moins. On connaît par exemple des suspensions (demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n 32 12 433), dont chaque élément de suspension d'un véhicule comporte, pour le réglage 10 de la hauteur de la caisse, un capteur qui délivre une grandeur de sortie variant progressivement avec la hauteur de la caisse Cette solution présente l'inconvénient de comporter pour le réglage de la hauteur de la caisse, c'est-à-dire de la distance entre les parties suspendues et les parties non suspendues du véhicule, un capteur de 15 hauteur de caisse par élément de suspension Un tel dispositif est particulièrement coûteux, car les valeurs mesurées correspondantes doivent être saisies entre la suspension du véhicule et les ressorts proprement dits Cette saisie des valeurs mesurées est coûteuse, car des capteurs appropriés doivent être prévus sur les pièces les plus 20 différentes du véhicule. L'invention a pour objet un procédé de mesure de la course du piston, fonctionnant sans contact mécanique et avec une fiabilité élevée, d'encombrement réduit et permettant une intégration dans la suspension d'un véhicule sans modifications-importantes. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un condensateur est réalisé dans l'enceinte du cylindre, une première armature mobile axialement étant formée directement ou indirectement par le piston et/ou la tige de piston, une seconde armature isolée étant fixée dans le cylindre, et la première et la seconde armature étant 30 séparées par un diélectrique. Cette solution présente l'avantage de permettre la réalisation d'un système de mesure compact grâce au procédé de mesure physique sans contact mécanique, de sorte que le système de mesure est intégrable sans modification importante, par exemple dans un amortisseur, 35 un ressort pneumatique ou une suspension hydropneumatique D'autres avantages résident dans la fabrication économique et dans la réalisation possible d'une suspension de véhicule, formant avec le dispositif de détermination de la course un système homogène fermé. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la tige de piston formant la première armature est creuse; un tube disposé dans la cavité et à distance de la tige est fixé sur le fond du cylindre avec isolation et constitue la seconde armature; et la première armature est télescopique par rapport à la seconde. La constitution d'un amortisseur hydropneumatique est particu10 lièrement favorable, de sorte qu'une légère modification permet de réaliser un condensateur cylindrique en affectant au cylindre rempli d'huile et à la tige de piston creuse un cylindre creux supplémentaire, logé dans une masse isolante sur le fond du cylindre On obtient ainsi un condensateur cylindrique, qui produit une variation de capacité par la variation de surface, de sorte que la valeur mesurée est obtenue sous forme d'une grandeur physique, à savoir une variation de capacité. La mesure capacitive de la course du piston s'effectue par le condensateur cylindrique car: 2 _ x Eo x Er x L cylindre r 2 r 2 ln r 1 avec E = permittivité du vide o Er = permittivité relative L = course du piston r 2 = rayon de l'alésage de la tige du piston r 1 = rayon du cylindre creux fixé sur la tête de cylindre X = 3,14159 La fonction résulte de ce que la tige de piston mobile est déplacée par l'intermédiaire du cylindre creux fixé avec isolation sur le fond du cylindre Il en résulte une variation des surfaces cylindriques 30 et par suite de la capacité en fonction de la course du piston La tige de piston creuse d'une part et le tube fixé sur le fond du cylindre d'autre part sont réalisés en armatures. Dans une autre forme de réalisation, la seconde armature est constituée par le fond isolé du cylindre et la première armature par la face du piston en regard du fond du cylindre. Dans cette forme de réalisation aussi, un condensateur est formé par les pièces du groupe prévues pour la suspension La variation de capacité est produite dans ce cas par la distance variable entre les deux armatures, selon la formule de calcul: E x Er x A L avec: E = permittivité du vide o Er Er = permittivité relative de l'huile A = surface C = capacité L = longueur Ce calcul montre que la variation de longueur, c'est-à-dire de distance entre le piston et le fond du cylindre produit une variation de capacité qui fournit la valeur mesurée correspondante. Afin de produire une valeur mesurée électrique appropriée, utilisable par exemple pour commander l'assiette d'un véhicule, et selon 20 une autre caractéristique de l'invention, les armatures du condensateur sont reliées à un pont de mesure capacitif et délivrent unie grandeur électrique équivalente par l'intermédiaire d'un amplificateur. L'invention vise également à réaliser un tel dispositif de façon à permettre non seulement l'interprétation de la capacité variable, 25 mais aussi une compensation simultanée de pression et de tempérautre. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enceinte cylindrique du tube fixé sur le fond du cylindre contient avec écartement un second tube fixe qui, sous forme d'armature supplémentaire, constitue avec le tube un condensateur de capacité fixe. Cette réalisation présente l'avantage suivant: le montage isolé d'un cylindre métallique supplémentaire, sous forme d'armature supplémentaire, dans l'électrode déjà fixée sur le fond du cylindre crée un condensateur de capacité fixe Il en résulte l'avantage d'un demi-pont capacitif, constitué par la capacité variable (par translation de la tige de piston) et la capacité fixe, ancrée dans le fond du cylindre. Cette disposition permet, outre une meilleure interprétation de la capacité variable, une compensation simultanée de pression et de température, une électronique appropriée tenant compte du rapport des deux capacités. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tube et le tube supplémentaire sont isolés l'un par rapport à l'autre le tube supplémentaire peut également être fixé sur le fond du cylindre. Dans une autre forme de réalisation, l'enveloppe extérieure du 10 cylindre comporte sur la plage de course du piston au mains un enroulement produisant un champ magnétique. L'avantage de cette solution réside dans la production d'un champ magnétique inductif Le piston de l'amortisseur pénétrant dans ce champ magnétique accroît l'inductance, de sorte que la détermina15 tion de la course du piston peut également s'effectuer aprèes prélèvement et transformation de l'inductance en une grandeur électrique. Cette méthode permet aussi d'utiliser la grandeur de sortie pour une régulation d'assiette du véhicule par exemple. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, deux euroule20 ments, séparés perpendiculairement à l'axe de rotation du cylindre, couvrent chacun une moitié de la course du piston Ces réalisations présentent l'avantage d'une tige de piston massive, qui ne doit pas nécessairement être creuse. Une telle réalisation des enroulements produits deux inductances, 25 pouvant faire directement partie d'un pont de mesure inductif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'exenr ples de réalisation préférentiels et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est la coupe d'un amortisseur, dans lequel la tige de 30 piston creuse et une cavité forment un condensateur; la figure 2 est la coupe schématique d'un condensateur cylindrique; la figure 3 représente un diagramme course du piston-capacité d'un condensateur cylindrique; la figure 4 est la coupe d'une autre forme de réalisation d'un amor35 tisseur, dont le piston et le fond du cylindre sont réalisés en con- densateur; la figure 5 est la coupe d'un amortisseur, dont l'enveloppe du cylindre est réalisée sous forme d'une bobine inductive; la figure 6 représente un amortisseur portant une bobine; et la figure 7 est la coupe d'un amortisseur, dont le tube et un tube cylindrique supplémentaire forment un second condensateur fixe. L'amortisseur représenté à la figure 1 est essentiellement constitué par le cylindre 1, le piston 2 et la tige 3 de piston La cavité 4 du cylindre 1 contient le fluide d'amortissement des vibrations Des 10 dispositifs 5 et 6 sont prévus pour la fixation de l'amortisseur dans le véhicule La tige 3 de piston creuse est téléscopique par l'intermédiaire d'un tube 7, qui est fixé dans une masse isolante à l'intérieur du cylindre et isolé par rapport aux autres pièces de l'amortisseur La tige 3 de piston creuse et le tube 7 forment le condensateur 15 cylindrique, le fluide d'amortissement situé dans la cavité 4 constituant un diélectrique pour le condensateur La tige 3 de piston creuse constitue la première armature et comporte une connexion 9 pour le raccordement d'un capteur approprié. La pente de la variation de capacité dépend de la distance de la 20 surface extérieure du tube 7 à la surface intérieure de la tige 3 de piston creuse et au fluide qu'elle contient La tige de piston creuse est disposée coaxialement au tube 7, avec écartement, et l'espace intermédiaire ainsi formé contient le diélectrique. La figure 2 représente schématiquement un condensateur cylindrique, 25 dont la première armature est constituée par la tige de piston creuse et la seconde par le tube 7 La distance 11 représente le recouvrement minimal et la distance 12 le recouvrement maximal des deux surfaces, qui produisent ainsi une capacité minimale ou maximale qui, judicieusement convertie, représente la course instantanée du piston, 30 c'est-à-dire la position du piston dans le cylindre Les connexions 9 et 10 servent par exemple au raccordement d'un pont de mesure capacitif. La figure 3 est un diagramme représentant la capacité d'un tel condensateur cylindrique en fonction de la course du piston La variation de capacité est proportionnelle à la course du piston et 35 la pente de la courbe mesurée dépend du rapport du rayon intérieur de l'alésage de la tige de piston au rayon extérieur du tube 7 y pénétrant et de la permittivité relative E Cette dernière est fixée r par le fluide d'amortissement utilisé. La figure 4 représente schématiquement un amortisseur comportant de nouveau un cylindre 1, un piston 2 et une tige 3 de piston Le piston 2 et le fond 13 du cylindre constituent la première et la seconde armature Le fond 13 est monté avec isolation dans le cylindre 1, de sorte que la distance variable du piston 2 au fond 13 permet de prélever la variation de capacité souhaitée Une conversion judicieuse t O de la valeur mesurée permet dans ce cas aussi de déterminer la position du piston. La figure 5 est la coupe d'une autre forme de réalisation d'un amortisseur, essentiellement constitué par le cylindre 1, le piston 2 et la tige 3 de piston. L'enveloppe extérieure 14 du cylindre 1 porte des enroulements 15, une première bobine 16 et une seconde bobine 17 étant réalisées pour produire chacune un champ magnétique. La pénétration du piston 2 dans le cylindre fait varier la tension de la diagonale du demi-pont inductif ainsi réalisé, de sorte qu'une 20 grandeur appropriée, correspondant à la course du piston, est disponible. La figure 6 représente une autre forme de réalisation Les principales pièces d'un amortisseur sont de nouveau le cylindre 1, le piston 2 et la tige 3 de piston qui, dans les réalisations avec induc25 tances, ne doit pas nécessairement être creuse L'enveloppe extérieure du cylindre 1 porte un enroulement sur toute la course du piston La pénétration du piston dans cette zone produit une variation d'inductance, qui peut être interprétée en conséquence. L'amortisseur représenté à la figure 7 est essentiellement cons30 titué par le cylindre 1, le piston 2 et la tige 3 de piston La cavité 4 du cylindre 1 contient le fluide d'amortissement Des dispositifs 5 et 6 sont prévus pour la fixation de l'amortisseur dans le véhicule. La tige 3 de piston creuse est télescopique par l'intermédiaire d'un tube 7, qui est fixé dans une masse isolante 8 à l'intérieur du cylindre 35 et isolé par rapport aux autres pièces de l'amortisseur La tige 3 de piston creuse et le tube 7 forment le condensateur cylindrique, le fluide d'amortissement situé dans la cavité 4 constituant le diélectrique du condensateur La tige 3 de piston creuse constitue la première armature et le tube 7 constitue la seconde armature fixe et comporte une connexion 10 pour le raccordement à un capteur approprié. La pente de la variation de capacité dépend de la distance de la surface extérieure du tube 7 à la surface intérieure de la tige 3 de piston creuse et du fluide contenu entre elles La tige de piston 10 creuse est montée coaxialement dans le tube 7, avec écartement, et l'espace intermédiaire contient le diélectrique. La distance 11 représente le recouvrement minimal et la distance 12 le recouvrement maximal des deux surfaces, qui produisent ainsi une capacité minimale ou maximale qui, après conversion appropriée, 15 indique la course instantanée du piston, c'est-à-dire la position du piston dans le cylindre. Un tube supplémentaire 18 est fixé dans la cavité cylindrique 19 et à distance du tube 7, et le liquide d'amortissement, qui constitue dans ce cas aussi le diélectrique, se trouve entre les deux tubes. La disposition relative fixe des deux tubes ( 7, 18) produit un condensateur de capacité fixe Le tube cylindrique 18 constituant une armature supplémentaire est également isolé dans le fond 8 du cylindre et relié par la connexion 20 au capteur Le tube 7 et le tube 18 forment de nouveau un condensateur cylindrique, qui assure la compensation de 25 pression et de température du diélectrique, l'ensemble du système fonctionnant en demi-pont capacitif. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans 30 sortir du cadre de l'invention. Revendications 1 Dispositif de détermination de la course d'un piston de groupe hydraulique, pneumatique ou hydropneumatique, tel qu'amortisseur, ressort pneumatique ou suspension hydropneumatique, le piston cou5 lissant axialement, par l'intermédiaire d'une tige, dans un cylindre rempli par un fluide d'amortissement au moins, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'un condensateur est réalisé dans l'enceinte ( 4) du cylindre ( 1), une première armature mobile axialement étant formée directement ou indirectement par le piston ( 2) et/ou la 10 tige 3 de piston, une seconde armature isolée étant fixée dans le cylindre ( 1), et la première et la seconde armature étant séparées par un diélectrique. 2 Dispositif de détermination de la course d'un piston selon revendication 1, caractérisé en ce que la tige { 3) de piston formant la 15 première armature est creuse; un tube ( 7) disposé dans la cavité et à distance de la tige ( 3) de piston est fixé sur le fond du cylindre avec isolation et constitue la seconde armature; et la première armature est télescopique par rapport à la seconde. 3 Dispositif de détermination de la course d'un piston selon revendication 1, caractérisé en ce que la seconde armature est constituée par le fond isolé du cylindre ( 1) et la première armature par la face du piston ( 2) en regard du fond du cylindre. 4 Dispositif de détermination de la course d'un piston selon revendication 1, caractérisé en ce que les armatures du condensateur 25 sont reliées à un pont de mesure capacitif et délivrent une grandeur électrique équivalente par l'intermédiaire d'un amplificateur. Dispositif de détermination de la course d'un piston selon revendication 2, caractérisé en ce que la cavité cylindrique ( 19) du tube ( 7) fixé sur le fond ( 13) du cylindre contient avec écartement 30 un tube supplémentaire ( 18) fixe qui, sous forme d'armature supplémentaire, constitue avec le tube ( 7) un condensateur de capacité fixe. 6 Dispositif de détermination de la course d'un pistoh selon revendication 5, caractérisé en ce que le tube ( 7) et le tube supplémentaire ( 18) sont isolés l'un par rapport à l'autre. 7 Dispositif de détermination de la course d'un piston selon revendication 5, caractérisé en ce que le tube supplémentaire ( 18) est également fixé sur le fond ( 13) du cylindre. S Dispositif de détermination de la course d'un piston de groupe hdraulique, pneumatique ou hydropneumatique, tel qu'amortisseur, ressort pneumatique ou suspension hydropneumatique, dans lequel le piston coulisse axialement, par l'intermédiaire d'une tige de piston, dans un cylindre rempli par un fluide d'amortissement au moins, ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'enveloppe extérieure ( 14) du cylindre ( 1) comporte sur la plage de course du piston au 10 moins un enroulement ( 15) produisant un champ magnétique. 9 Dispositif de détermination de la course d'un piston selon revendication 8, caractérisé par deux enroulements ( 16, 17), séparés perpendiculairement à l'axe de rotation du cylindre ( 1) et couvrant chacun une moitié de la course du piston.