Brevet FR2569268A1 — publié le 19860221

l'invention concerne un dispositif pour déterminer le déplacement d'un piston dans un cylindre, destiné en particulier à des appareils hydrauliques, pneumatiques ou hydropneumatiques tels que des amortisseurs, ressorts à gaz et suspensions hydro- pneumatiques, le piston étant relié à une tige de piston et étant disposé axialement coulissant dans un cylindre rempli d'au moins un fluide d'amortissement. On connait des dispositifs de mesure de type général constitués de condensateurs et de moyens électroniques (voir par exemple le brevet DD 136 069). Ces dispositifs servent de manière générale à la mesure de longueurs et la construction décrite dans ce document allie les avantages d'un système capacitif simple aux avantages quant à la technique de mesure du système capacitif différentiel. A cet effet, d'une part, un condensateur de mesure, dont la capacité est variée linéairement par le déplacement à mesurer, est connecté à une tension alternative de référence et, d'autre part, un condensateur de référence ayant le même diélectrique est connecté à une tension alternative de même fréquence et de phase opposée. Les amplitudes de la tension alternative de mesure peuvent être variées, par des moyens électroniques, pour que la tension alternative induite sur une électrode commune aux deux condensateurs devienne nulle. Un tel dispositif de mesure est complexe et son utilisation dans un appareil hydraulique, pneumatique ou hydrau- pneumatique par exemple n'est pratiquement pas possible. On connaît en outre des dispositifs pour mesurer une épaisseur de couche (voir par exemple le brevet GB-2 106 651), avec lesquels on mesure à l'aide d'une sonde l'apaisseur variable d'une couche appliquée sur le piston, ce qui permet de déterminer la position du piston. Des dispositifs de ce type ne peuvent pas être montés sans complications dans des appareils hydrauliques, pneumatiques ou hydropneumatiques tels que des suspensions de véhicules. On connaît aussi des dispositifs de mesure à base d'ultrasons qui déterminent un déplacement par la propagation du son et au moyen d'une unité d'exploitation adéquate. Ces systèmes ne peuvent pas être miniaturisés à volonté et ils sont sensibles aux variations de température et aux influences perturbatrices mécaniques. Ils sont en outre très compliqués techniquement et par suite très onéreux. Les dispositifs de mesure connus du type à induction possèdent à peu près les mêmes inconvénients que les sondes à ultrasons précitées. Les dispositifs de mesure du type capacitif sont mécaniquement robustes et peuvent également être fabriqués économiquement, mais ils sont sensibles aux influences perturbatrices extérieures et aux variations de température. Des dispositifs de mesure de déplacements utilisant l'effet Hall ne peuvent convenir que s'ils sont de type numérique (une détermination de déplacement linéaire pour des parcours relativement importants est exclu en raison de la faible sensibilité des sondes de Hall). Ce principe de mesure a l'inconvénient de la résolution limitée du déplacement et de l'impossibilité de détection du sens du déplacement si l'on ne prévoit pas des moyens électroniques supplémentaires. l'invention vise par conséquent à créer un système de mesure qui puisse être intégré sans problèmes dans un ensemble cylindre-piston, qui soit très peu sensible aux influences pertur- batrices (de nature électromagnétique par exemple, par la tempé- rature et ainsi de suite) et qui convienne de ce fait particulière- ment pour un fonctionnement sous des conditions environnantes défavorables. De plus, le système de mesure doit pouvoir être fabriqué très économiquement. A cet effet, selon l'invention, un dispositif comme défini au début est caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre d'éléments à semiconducteurs qui sont disposés dans un support fixé à l'intérieur du cylindre ou dans la tige de piston creuse, de manière que la distance dans le sens de l'axe du piston entre deux éléments à semi-conducteurs voisins sur la course du piston corresponde à la résolution requise de la mesure du déplace- ment, les éléments à semi-conducteurs étant reliés à une électronique d'exploitation et la pièce située en regard des éléments à semi- conducteurs formant une électrode mobile télescopiquementpar rapport à la pièce portant les éléments à semi-conducteurs, l'électrode étant connectée à une source de potentiel éLectrique ou à La masse. Cette disposition a L'avantage d'être très peu sensible aux influences perturbatrices et électromagnétiques et aux condi- tions environnantes défavorables, grâce à L'utilisation de la technologie numérique avec ses avantages connus. Le dispositif selon l'invention convient ainsi particulièrement pour des applications telles que la construction de machines ou dans la construction automobile. Un autre avantage est que le grand rapport signal/bruit du signal électrique permet de réaliser un dispositif robuste et sOr pour ce domaine d'applications. De plus, les signaux de mesure peuvent sans problèmes être traités directement dans une électronique numérique, ce qui revient à dire que des convertisseurs analogiques-numériques par exemple ne sont pas à prévoir. L'exploitation ou la commande pourrait être effectuée par exemple à l'aide d'un microprocesseur. Un mode de réalisation particulièrement avantageux prévoit que les éléments à semi-conducteurs et l'électronique d'exploitation sont intégrés dans le support. Du point de vue de la technique de fabrication, il est ainsi possible de réaliser tout le dispositif sous forme d'une unité séparée qui contient tous les éléments nécessaires du dispositif de mesure et du système d'exploi- tation en cas d'utilisation dans un appareil adéquat. Selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments à semiconducteurs sont disposés dans le support et l'électronique d'exploitation est disposée dans le fond du cylindre. Un dispositif ainsi partagé peut avoir une construction modulaire convenant à différents appareils. Un mode de réalisation préféré prévoit que les éléments à semiconducteurs sont réalisés en technologie CMOSp dont on peut citer comme propriété essentielle connue la faibte consommation de puissance. Les éléments à semi-conducteurs sont cependant réalisables aussi en technologie à canal P et/ou à canal N, les éléments à semi-conducteurs pouvant être constitués notamment de paires d'éléments complémentaires à canal P et à canal N. Encore une autre caractéristique prévoit que l'électro- nique d'exploitation est disposée à l'extérieur de l'ensemble cylindrepiston. Deux exemples de réalisation préférés de l'invention seront décrits ci-après en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un ensemble cylindre- piston sous forme d'un amortisseur; - la figure 2 est une vue semblable d'un ensemble cylindre-piston comme celui représenté sur la figure 1, mais dans lequel les éléments à semi-conducteurs font partie de la tige de piston; et - la figure 3 est un schéma d'une électronique d'exploi- tation utilisable pour le dispositif selon l'invention. L'ensemble représenté sur la figure 1 se compose essentiellement d'un cylindre 1 avec un espace intérieur 2 dans lequel coulisse axialement un piston 7 solidaire d'une tige de piston 4. L'ensembte constitue un amortisseur et l'intérieur 2 est rempli d'un fluide d'amortissement. Le piston 7 est muni de soupapes 8 pour produire l'amortissement en combinaison avec le fluide. L'amortisseur est pourvu d'éléments de fixation 9 pour son montage entre une suspension de roue et une carrosserie. L'intérieur de la tige de piston creuse 4 est désignée par 10. Un- support 3 pénètre dans la tige 4 et est recouvert plus ou moins par celle- ci, suivant la position du piston. Le support 3 est pourvu d'éléments à semi-conducteurs 5 qui sont uniformément espacés sur le support 3 dans la zone correspondant à la course axiale du piston 7. L'espacement 11 des éléments à semi-conducteurs voisins est fixé par la résolution requise de la mesure du déplacement. Les éléments à semi-conducteurs 5 transmettent un signal de mesure à l'électronique d'exploitation 6 lorsqu'ils sont recouverts ou découverts par la tige de piston. Bien entendu, le nombre de signaux ainsi produits pour un déplacement donné du piston dépend de l'espacement (11) des éléments 5. Pour produire les signaux, la tige de piston 4 est réalisée dans cet exemple comme une électrode qui reçoit une tension électrique ou est reliée à la masse. Les éléments à semiconducteurs 5 possèdent un canal qui est de conduction type P ou de conduction type N en fonction du potentiel appliqué à la tige de piston 4 lorsque celle-ci recouvre les éléments considérés. La tige de piston 4 de l'exemple représenté sur la figure 1 étant reliée à la masse, les éléments 5 sont à Àconduction type P, ce qui a pour effet qu'un signal de niveau haut est appliqué aux entrées des éléments numériques correspondants de l'électronique d'exploitation lorsque la tige de piston recouvre les éléments 5 considérés. Les entrées des éléments numériques d'exploitation connectés aux éléments 5 qui ne sont pas recouverts par la tige de piston creuse reçoivent un niveau bas. Par combinaison des éléments numériques d'exploitation selon un algorithme déterminé, on produit un signal de déplacement numérique à deux chiffres et les différents signaux produits représentent les quatre états indiqués dans le tableau ci-après et, par suite, les positions correspondantes du piston 7. S1 S Déplacement (mm) 0 0 0 - 40 0 1 40 - 80 1 0 80 - 120 1 1 120 - 160 Ce tableau ne constitue qu'un! exemple. La figure 2 représente également un amortisseur semblable à celui de figure 1, mais dans lequel le support 3 sert d'électrode et reçoit une tension électrique ou est relié à la masse. Les éléments à semi-conducteurs 5 sont disposés sur la surface intérieurede la tige de piston creuse 4, de sorte que le déplacement télescopique de la tige 4 par rapport au support 3 et au cylindre 1 produit de nouveau le recouvrement d'éléments 5, par le support 3 dans ce cas, avec production et application d'un signal de mesure correspondant à l'électronique d'exploitation 6, comme dans le premier exemple. Le fonctionnement de l'amortisseur de cet exemple correspond également au fonctionnement de L'amortisseur de figure 1. La figure 3 montre un schéma d'un dispositif électronique d'exploitation comme celui désigné globalement par 6 au bout de la tige de piston de figure 2. Les états que prennent les éléments à semi-conducteurs en fonction du déplacement du piston, sont transmis au dispositif d'exploitation par les lignes désignées par A à H sur la figure 3. Le mot numérique à trois chiffres S à S3 obtenu à la sortie du dispositif visible sur la figure 3 représente Le signal de déplacement numérique, Lequel peut être traité directement dans une électronique numérique d'exploitation. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour déterminer le déplacement d'un piston dans un cylindre, destiné en particulier à des appareils hydrauliques, pneumatiques ou hydropneumatiques tels que des amortisseurs, ressorts à gaz et suspensions hydropneumatiques, le piston étant relié à une tige de piston et étant disposé axialement coulissant dans un cylindre rempli d'au moins un fluide d'amortissement, caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre d'éléments à semi-conducteurs (5) qui sont disposes dans ou sur un support (3) fixé à l'intérieur (2) du cylindre (1), ou qui sont disposés dans la tige de piston creuse (4), de manière que la distance (11) dans le sens de l'axe du piston entre deux éléments à semi-conducteurs (5) voisins dans le sens de la course du piston corresponde à la résolution requise de la mesure du déplace- ment, les éléments à semi-conducteurs (5) étant reliés à une électronique d'exploitation (6) et la pièce située en regard des éléments à semiconducteurs (5) formant une électrode mobile télescopiquement par rapport à la pièce portant les éléments à semi-conducteurs, l'électrode étant connectée à une source de potentiel électrique ou à la masse. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments à semi-conducteurs (5) et l'électronique d'exploitation (6) sont intégrés dans le support (3). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments à semi-conducteurs (5) sont disposés dans le support (3) et l'électronique d'exploitation (6) est disposée dans le fond du cylindre (1). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments à semi-conducteurs (5) sont du type à canal P ou à canal N. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments à semi-conducteurs (5) sont constitués de paires d'éléments complémentaires à canal P et à canal N. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électronique d'exploitation (6) est disposée à l'extérieur de l'ensemble cylindre-piston (1, 7).