Brevet FR2566076A1 — publié le 19851220

PROJET DE DEMANDE DE BREVET DISPOSITIF DE DETECTION DE POSITION OU D'USURE D'ORGANES La présente invention a pour objet un dispositif de détection de la position d'une pince mécanique par rap- port à une autre. Elle s'applique plus particulièrement au cas o les mouvements sont relativement lents et les prix à atteindre très bas dans un environnement électro- magnétique perturbateur. C'est le cas sur véhicule automobile ou engin pour la détection de l'usure d'organes et notamment des garni- tures de frein. La solution usuellement adoptée est un plot métallique témoin noyé dans la garniture. Lorsque celle-ci est usée, un contact Électrique s'établit entre le plot et la surface métallique de frottement du disque ou du tambour ce qui permet l'allumage d'une lampe témoin au tableau de bord. Cette solution est très Économique mais ne prévient pas de l'approche de l'usure. D'autre part, le contact qui passe en général par des roulements sur l'axe de roue s'établit mal et le fil d'amenée étant libre à son extrémité se comporte comme un véritable antenne vis-à-vis des décharges électrostatiques engendrées par le frottement de la garniture lorsque celle-ci n'est pas encore usée. Des perfectionnements ont été apportés à ce dispositif et notamment, le remplacement du contact par une résis- tance consommable. L'accroissement de complexité ne s'étant pas en général révélé payant, ces dispositifs n'ont été que peu appliqués. - 2 - Le dispositif objet de 3la présente demande, échappe aux inconvénients précités et permet une mesure pro- gressive de la position de pièces mécaniques et notam- ment des patins portant les garnitures de frein par rapport à la surface de frottement. Son domaine d'appli- cation n'est cependant pas limité aux freins car les performances obtenues-permettent d'envisager son appli- cation à d'autres domaines de mesure de position ou de mouvement avec des besoins de précision plus élevés. Ce dispositif se compose de deux parties qui peuvent être relativement éloignées l'une de l'autre et reliées par une connexion électrique à deux fils ne nécessitant pas en général un blindage. L'un des fils peut être remplacé par une masse commune. La partie située près des organes à mesurer se compose d'un noyau magnétique à faibles pertes et à faible coefficient de température pénétrant plus ou moins pro- fondement dans une bobine à petit nombre de spires suivant la position relative des pièces. L'autre partie est constituée par un circuit électro- nique permettant d'envoyer à intervalles choisis un courant dans la bobine, de le couper après stabilisa- tion et de recueillir dans un condensateur l'énergie précédemment emmagasinée dans la bobine, la mesure de cette énergie étant caractéristique de la position des pièces. Cette disposition permet de ne faire circuler dans la ligne que des courants suffisamment lentement variables pour ne pas être perturbateurs pour l'environnement et cependant suffisamment concentrés dans le temps et d'une énergie suffisante pour ne pas être perturbés par le - 3 - 2566076 niveau général Électromagnétique du même environ- nement. L'invention sera maintenant décrite en se référant aux figures annexées. La figure 1 est un schéma électrique de principe d'un dispositif selon une première forme de l'invention avec mesure de tension. La figure 2 représente l'évolution en fonction du temps des tensions et courants en différents points du schéma figure 1. La figure 3 montre comment varie la tension recueillie en fonction du déplacement du noyau. La figure 4 est un schéma électrique de principe cor- respondant à une deuxième forme de l'invention, avec mesure du temps de décharge du condensateur. La figure 5 représente l'évolution en fonction du temps des tensions et courants en différents points du schéma figure 4. La figure 6 est un exemple de réalisation mécanique d'une mesure d'usure de garniture de freins à disques d'un véhicule automobile. Les figures 7 et 8 sont d'autres exemples de réalisation ayant le même objet mais avec intégration plus poussée du moyen de mesure aux parties mécaniques du frein. Sur la figure 1 on peut distinguer un noyau magnéti- que mobile 1 pénétrant dans le support 2 d'une bobine allongée 3 ayant peu de couches de fil pour assurer un bon couplage avec le noyau. Cette bobine est connec- tée par 2 fils 4 et 5 d'une part, à travers une résis- -4 - tance 6a et un transistor PNP 7 à une ligne d'ali- mentation continue 8 par rapport à la masse commune 9 et d'autre part, à cette même masse. La base 10 du transistor 7 est contrôlée par un circuit de commande 11 qui envoie périodiquement à la base 10 des ordres de conduction. Entre la masse 9 et la résistance 6a se trouvent en série une diode 12 et un condensateur 13, la cathode tournée vers le condensateur. Une résistance de décharge lente 14 est placée en parallèle sur la diode 12. La cathode de la diode 12 est reliée à un commutateur électronique 16 pouvant faire contact sur les plots 15a, 15b qui sont ainsi mis successivement en liaison avec l'appareil indicateur 17 dont la sortie d'information est 18. Cet appareil 17 est d'un type quelconque sensible à un niveau de tension. Une résistance 6b peut alimenter au moins une autre bobine de détection dont la diode aboutit en 15b pour la détection de l'usure d'autres garnitures de frein. Le fonctionnement sera maintenant décrit avec l'aide de la figure 2. Initialement, un ordre de conduction est envoyé au transistor 7 par le circuit de commande 11 comme indiqué sur la courbe 2a. Après un certain délai, le courant dans la bobine 2 atteint sa valeur asymptotique limitée per la résistance 6a de forte valeur et la résistance ohmique de la bobine 3. A la coupure du transistor 7, le courant de la bobine trouve un chemin provisoire à travers la diode 12 et le condensateur 13. Celui-ci reste chargé comme montré sur la figure 2c et se décharge lentement dans la résistance 14. Lors d'une nouvelle mise en conduction, il apparatt - 5 - 2566076 un pic temporaire égal à la tension d'alimentation de la ligne 8. La tension recueillie aux bornes du condensateur 13, immédiatement après la charge, est proportionnelle à la racine carrie de l'inductance de la bobine 3. Cette inductance dépend de la position du noyau magnétique 1 ce qui permet la mesure de la position relative du noyau 1 par rapport à la bobine 3 par l'indicateur 17. La figure 3 montre la variation de la tension de charge du condensateur 13 en fonction de la position du noyau 1 dans la bobine 3. Par un choix correct des valeurs et des matériaux et notamment en choisissant une grande valeur pour la résistance 6a vis-à-vis de la valeur de la résistance de la bobine 3 les variations de tension en fonction de la température peuvent être rendues très faibles. Le noyau 1 est avantageusement en matériau à faibles pertes comme ppr exemple, en ferrite de baryum ou équivalent. La résistance série 6a peut être remplacée le cas échéant, par un générateur de courant. La figure 4 est une variante de réalisation de la figure I dans laquelle les positions de la diode 12 et du condensateur 13 ont été permutées, la résistance de décharge 14 étant connectée non plus à la masse 9 mais à la ligne positive 8. On recueille maintenant une tension négative sur l'anode de la diode 12 au moment de la coupure du courant dans la bobine 3. Le condensateur 13 se charge donc à une tension plus négative que la masse 9. Cette charge décroît progres- sivement sous l'action de la résistance 14 connectée à la ligne positive 8. Au bout d'un temps tl la tension se stabilise à un niveau légèrement positif égal au seuil de conduction de la diode 12 comme indiqué sur la courbe 5c figure 5. Les signaux appliqués à la base 10 sont ceux de la courbe 5a, tandis que le courant dans la bobine est celui de courbe 5b ces signaux étant les mêmes que ceux représentés en 2a et 2b figure 1. Avant affichage de la mesure correspondant au temps tl l'appareil indicateur 13 réglé pour détecter un niveau de tension nulle,produit en son sein des signaux norma- lisés de durée t2 conformes à la figure 5d. Ce détecteur 19 peut être un simple comparateur de tension. Les temps t1 et t2 dépendent de la charge du condensateur 13 donc de la position relative des pièces 1 et 2. Le signal est recueilli sur la borne 20. A titre d'exemple de réalisation non limitatif de la portée de l'invention le noyau mobile I a été réalisé (fig 4) à partir d'une pièce en plastique moulé 21 sur laquelle a été enroulé et collé un ruban métallique mince et à haute perméabilité magnétique 22 ce mode de réalisation étant moins fragile mécaniquement que le précédent. Ce ruban métallique 22 peut être un métal classique à base de nickel ou 'n métal amorphe dit verre métallique. Il peut y avoir plusieurs spires séparées par un maté- riau isolant. La figure 6 est une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention monté sur un frein à disque de véhicule automobile. Le disque de frein 23 peut être serré entre deux garni- tures 24 et 25 sous l'action d'un piston 26, les pièces 27 et 28 prenant entre elles une position représentative de l'épaisseur c'au moins une des garnitures 24 et 25. Une tige de guidage 29 solidaire de la pièce 27 (strier) et pnétrant avec un faible jeu dans l'alésage 30 de la pièce 28 (chape) Avite un glissement intempestif des pie- ces 27 et 28. Le noyau 1 est fixe par une patte 31 à la pièce 27, tandis que le support 2 de la bobine 3 est fixé-par un clou 32 à la pièce 28. Le déplacement de la pièce 27 par rapport à la pièce 28 entraîne le déplacement du noyau I par rapport à la bobi- ne 3 et donc une variation d'inductance mesurable par dif- férence de tension ou de temps. La figure 7 est une variante de réalisation dans laquelle le noyau 1 a eté place à l'extrémité de la tige de gui- dage 29 tandis que la bobine 3 et son support 2 ont été placés dans l'alésage 30. S'il y a lieu, la bobine 3 et le noyau I peuvent être places au delà de cet alésage 30; dans son prolongement. La figure 8 est une autre variante de réalisation dans laquelle le noyau 1 et la bobine 3 ont été placés à l'in- térieur du cylindre récepteur de frein 33 fixé sur la pièce 27 (,trier), le noyau 1, entouré par le liquide de frein 34 est collé ou serti dans le cylindre 33 tandis que la bobine 3 est surmoulée dans l'épaisseur du renfoncement de la tête 36 du piston 26 dans lequel pénètre le noyau 1. Ce piston 26 exécuté de préférence dans un matériau non magn6tique qui peut être de la bakélite ou un matériau similaire, appuie sur la garniture de frein 25. Une échancrure 37 sur le bord du piston 26 permet le passage des fils de liaison 4 et 5. Cette disposition permet de protéger parfaitement l'en- semble bobine 3 noyau I des projections de pierres, de la glace etc... qui pourraient les endommager. Elle permet en outre, de mesurer la somme des usures des deux garnitures de frein 25 et 24. Les exemples indiqués ne sont pas limitatifs de la portée de l'invention, le noyau 1 pouvant être par exemple un noyau plat se déplaçant devant une ou deux bobines également plates, r!alisées en circuit imprimé. Des valeurs numériques correspondant à la figure 1 peuvent être à titre d'exemple les suivantes: diamètre de noyau à 6 mm, longueur de bobine 15 mm, nombre de spires en fil de 0,1 mm: 120, capacité du condensateur 13: 10 nanofarads, tension d'alimentation sur la ligne 8: 5 volts, tension recueillie aux bornes du condensateur 13 variant de 1 à 4 volts, pour un courant stabilisé dans la bobine 3 de l'ordre de 0,02 ampères. Ce capteur très simple délivre donc des signaux importants faciles à exploiter. Les polarités portées sur le condensateur 13, figures 1 et 4, sont celles qui existent après transfert de l'énergie de la bobine 3 dans le condensateur 13. - 9 - 2566076 REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de la position d'une pièce mécanique par rapport à une autre, du type dans lequel un noyau magnétique (1) fixé à l'une des pièces (27) pénètre dans une bobine (3) attachée à l'autre pièce (28) caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens (7,11) de faire circuler un courant constant stabilisé dans la bobine (3), de la couper et de recueillir dans un conden- sateur (13) l'énergie précédemment emmagasin'e dans la bobine (3) en faisant passer le courant à travers une diode (12) placée en série avec la bobine (3) et le condensateur (13). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une résistance (6a) de forte valeur est placée en série avec les moyens (7, 11) de circulation de courant et la ligne d'alimentation (8). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la tension lentement varia- ble représentative de la mesure est prélevée au point de jonction entre la cathode de la diode (12) et le condensateur (13) par rapport à la masse (9), une résis- tance (14) en parallèle sur la diode (12) assurant la décharge du condensateur (13). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la tension représentative de la mesure est prélevée au point commun entre l'anode de la diode(12) dont la cathode est reliée à la bobine (3) et l'une des armatures du condensateur (13) dont l'autre armature est reliée à la masse (9),une résistance (14) connectée au même point étant reliée par son autre extrémité à une ligne de tension continue (8) de polarité - 10 - opposée à la tension de charge du condensateur (13) et en ce qu'il est prévu des moyens (19) permettant d'obtenir un signal électrique représentatif de la durée pendant laquelle la tension de charge du conden- sateur (13) est plus grande qu'une valeur prédéterminée. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le noyau magnétique (1) est constitué d'un cylindre en ferrite de baryum ou un matériau similaire. 6. Dispositif selon l'une quelconque revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le noyau magnétique (1) est constitué d'un ruban métallique magnétique (22) enroulé autour d'un support non magnétique et isolant (21). 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le ruban métallique (22) est constitué d'un métal amorphe dit verre métallique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les pièces (27, 28) dont la position relative est à mesurer sont des pièces de véhicule dont la distance varie avec l'usure des garni- tures de frein. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le noyau mobile (1) ou la bobine (3) sont solidaires soit de la pièce (27) qui- est un étrier de frein, soit de la pièce (28) qui en est la chape. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le noyau mobile (1) est solidaire d'une des tiges de guidage (29) de l'étrier de frein (27), la bobine (3) - 11 - 6tant de son côté solidaire de la chape (28) à l'in- térieur de l'alésage de guidage (30) ou dans le prolon- gement de celui-ci. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le noyau (1) et la bobine (3) sont placés à l'intérieur d'un cylindre récepteur de frein f33) fixé mécaniquement sur l'étrier (27). 12. Disposition selon la revendication 11 caractérisé en ce que le noyau (1) est fixé sur le cylindre récep- teur (33), tandis que la bobine (3) est placée dans l'épaisseur d'un renfoncement (35) de la tête (36) du piston (26) appuyant sur les garnitures (24 et 25),1e noyau (1) plongé dans le liquide de frein (34) péné- trant à l'intérieur du renfoncement (35).