Brevet FR2867238A1 — publié le 20050909

La présente invention concerne un dispositif télescopique tel qu'un amortisseur utilisable par exemple dans une suspension de véhicule automobile. Un amortisseur comprend généralement un cylindre recevant à coulissement une tige. Dans certaines applications automobiles, comme par exemple pour réaliser un amortissement variable ou effectuer des corrections d'assiettes, il est nécessaire de connaître la position et/ou la vitesse de la tige par rapport au cylindre. Des amortisseurs incorporant un dispositif de détection de positions de la tige par rapport au cylindre ont dans ce but été réalisés. Il existe ainsi des amortisseurs ayant une tige qui est agencée pour présenter une caractéristique magnétique dont la valeur varie le long de la tige. Le dispositif de détection est fixe par rapport au cylindre et mesure la valeur de cette caractéristique. Il est alors possible de déduire la position de la tige à partir de la valeur mesurée. Ce dispositif de détection présente un caractère intrusif qui rend la structure de l'amortisseur relativement complexe. Un but de l'invention est de fournir un dispositif télescopique à détection de position qui soit simple et fiable. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un dispositif télescopique comprenant un cylindre recevant à coulissement une tige ayant une extrémité libre en saillie du cylindre, et un dispositif de détection d'une position de la tige par rapport au cylindre, le dispositif de détection comprenant un émetteur d'ultrasons monté sur le dispositif télescopique pour émettre dans la tige une onde ultrasonore et un détecteur monté sur le dispositif télescopique pour détecter l'onde ultrasonore, l'émetteur et le détecteur étant reliés à un organe de détermination d'un paramètre de l'onde ultrasonore dépendant de la position de la tige par rapport au cylindre. La tige constitue pour l'onde ultrasonore un milieu de propagation sensiblement constant de sorte que la correspondance entre le paramètre de l'onde ultrasonore et la position de la tige peut être établie de manière sensiblement fiable. Le dispositif de détection est faiblement intrusif de sorte que la mise en place du dispositif de détection ne nécessite que des interventions limitées sur le dispositif télescopique et n'a que peu d'incidence sur la structure de celui-ci. L'utilisation d'une onde ultrasonore est particulièrement avantageuse lorsque le dispositif télescopique est utilisé dans un véhicule dont le fonctionnement induit des vibrations de fréquence très inférieure à celle de l'onde ultrasonore. La détection est donc peu affectée par ces vibrations extérieures. Avantageusement, le paramètre déterminé est la durée de déplacement de l'onde ultrasonore entre l'émetteur et le détecteur. Connaissant la durée de déplacement de l'onde ultrasonore et la vitesse de propagation de celle-ci dans le milieu considéré, c'est-à-dire le matériau de la tige, il est aisé de calculer la distance séparant l'émetteur du récepteur. La durée de déplacement constitue un paramètre facilement mesurable et particulièrement fiable pour calculer la position de la tige. Selon un mode de réalisation particulier, l'émetteur est monté sur l'extrémité libre de la tige pour émettre l'onde ultrasonore dans la tige en direction du cylindre. Le dispositif de détection a alors une structure relativement simple. Avantageusement alors, l'émetteur est un transducteur piézo-électrique, de préférence de forme annulaire, monté coaxialement à la tige. L'émetteur a ainsi une structure compacte efficace pour exciter une onde ultrasonore dans la tige. De préférence, le détecteur est un transducteur piézo-électrique monté fixe par rapport au cylindre pour être en appui élastique contre une surface externe de la tige. Ce mode de réalisation du détecteur est relativement simple. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif télescopique conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue partielle et schématique en coupe longitudinale d'un dispositif télescopique conforme à un deuxième mode de réalisation, la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 d'un dispositif télescopique conforme à un troisième mode de réalisation. L'invention est ici décrite en application à un dispositif télescopique formant un amortisseur de suspension de véhicule automobile. En référence aux figures, l'amortisseur, généralement désigné en 1, comprend de façon connue en soi un cylindre 2 recevant à coulissement une tige 3 ayant une extrémité libre 4 en saillie du cylindre 2. L'amortisseur 1 comprend également un dispositif de détection, généralement désigné en 5, pour détecter une position de la tige 3 par rapport au cylindre 2. En référence à la figure 1 et selon le premier mode de réalisation de l'invention, le dispositif de détection 5 comprend un émetteur 6 qui est ici un transducteur piézo-électrique de forme annulaire plane monté coaxialement à la tige 3 sur l'extrémité libre 4 de celle-ci. L'émetteur 6 a deux faces opposées 7 sur lesquelles sont fixées respectivement des électrodes 8 d'un circuit d'excitation 9. Le circuit d'excitation 9, connu en lui-même, soumet l'émetteur 6 à une tension alternative pour exciter l'émetteur 6 de manière à faire vibrer celui-ci à une fréquence ultrasonore par exemple de 200 kHz. L'émetteur 6 est monté sur la tige 3 de manière à émettre l'onde ultrasonore ainsi créée dans la tige 3 en direction du cylindre 2. On prendra garde lors du montage de l'émetteur 6 à ne pas contraindre ses surfaces extérieures, ce qui pourrait gêner sa mise en vibration. Le dispositif de détection 5 comprend également un détecteur 10 monté sur l'amortisseur 1 pour détecter l'onde ultrasonore émise dans la tige 3 par l'émetteur 6. Le détecteur 10 est un transducteur piézo-électrique fixé sur le cylindre 2 et maintenu en appui élastique contre une surface externe 11 de la tige 3 par un ressort 12. L'émetteur 6 et le détecteur 10 sont reliés à un organe de détermination 13 d'un paramètre de l'onde ultrasonore dépendant de la position de la tige 3 par rapport au cylindre 2. L'organe de détermination 13 est connu en lui-même. Le paramètre déterminé est ici la durée de déplacement de l'onde ultrasonore entre l'émetteur 6 et le détecteur 10. Les vibrations de la tige 3 engendrent des accélérations du détecteur 10 qui délivrent une tension à l'organe de détermination 13. Le repérage précis de l'instant où l'onde ultrasonore est détectée est réalisée de manière connue en elle-même en deux phases. Une première phase de localisation grossière par détection du franchissement d'un seuil par la tension fournie par le détecteur 10 puis une deuxième phase de corrélation pour déterminer précisément l'instant où l'onde a été détectée. Ceci permet d'alléger la charge de calcul de l'organe de détermination 13. Connaissant l'instant où l'onde ultrasonore est émise dans la tige et l'instant où l'onde ultrasonore est détectée, l'organe de détermination 13 calcule la durée de déplacement de l'onde ultrasonore entre l'émetteur 6 et le détecteur 10 et la distance séparant ceux-ci à partir de la vitesse de propagation de l'onde dans le milieu considéré, c'est-à-dire le matériau constituant la tige (ici un acier, le calcul de la vitesse de propagation d'une onde ultrasonore dans un matériau étant tout à fait classique). On notera que la vitesse de propagation de l'onde ultrasonore dans la tige peut varier en fonction de paramètres extérieurs et en particulier la température (la température influe notamment sur le module d'Young du matériau constituant la tige, module d'Young qui intervient dans le calcul de la vitesse de propagation de l'onde dans ce matériau). Pour une détection de la position précise quelle que soit la température de la tige, on peut associer au dispositif de détection un capteur de température pour fournir la température détectée à l'organe de détermination 13 afin que celui-ci en déduise le module d'Young du matériau à la température détectée et détermine la vitesse de propagation correspondante. Une fréquence, relativement basse, c'est-à-dire comme ici de 200 kHz environ, est avantageuse car il n'y a 30 qu'un seul mode de propagation qui est excité. Les opérations d'excitation et de détection peuvent être effectuées soit à des instants précis, comme au démarrage du véhicule, soit périodiquement pour réaliser un amortissement variable. Les éléments identiques ou analogues porteront une référence numérique identique dans la description qui suit des deuxième et troisième mode de réalisation de l'invention. En référence à la figure 2 et selon le deuxième 5 mode de réalisation, le détecteur fonctionne différemment de celui du premier mode de réalisation. Le détecteur 14 du dispositif de détection du deuxième mode de réalisation est un moyen optique fixé sur le cylindre 2 pour détecter de façon connue en elle-même les vibrations de la tige 3 par interférométrie. Le fonctionnement du dispositif de détection est analogue à celui décrit en relation avec le premier mode de réalisation. En référence à la figure 3 et selon le troisième mode de réalisation, le dispositif de détection comprend un module émetteur/détecteur 15 unique, qui associe deux transducteurs piézo-électriques formant un émetteur et un détecteur et qui est fixé sur le cylindre 2 et maintenu en appui élastique contre une surface externe 11 de la tige 3 par un ressort 16. Le module émetteur / détecteur 15 est relié, comme dans les modes de réalisation précédents, à un circuit d'excitation 9 et à un organe de détermination 13. L'onde ultrasonore excitée dans la tige 3 par le module émetteur/détecteur 15 est réfléchie par les extrémités de la 'tige 3 pour revenir vers le module émetteur/détecteur 15 et être détectée par celui- ci. L'onde ultrasonore étant réfléchie par les deux extrémités de la tige, il faut, pour déterminer la position de la tige, préalablement déterminer quelle extrémité de la tige a réfléchi l'onde ultrasonore perçue par le détecteur. Un moyen pour y parvenir réside dans le fait que les extrémités ont des formes différentes qui vont influencer la forme des ondes réfléchies et peuvent donc être utilisées pour distinguer les ondes réfléchies par les deux extrémités. Le fonctionnement du dispositif de détection est analogue à celui décrit en relation avec le premier mode de réalisation en tenant compte toutefois que la distance calculée à partir de la durée de vol correspond à deux fois la distance séparant le module émetteur/récepteur 15 de l'extrémité de la tige 3. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien que l'invention ait été décrite en relation avec un amortisseur de suspension de véhicule automobile, l'invention n'est pas limitée à cette application et peut être utilisée également dans tout dispositif télescopique comme des vérins, des éléments d'accouplement élastique... En outre, le dispositif de détection peut avoir une structure différente de celle décrite. Par exemple, l'émetteur peut être fixé sur le cylindre et le récepteur peut être monté soit sur le cylindre soit sur l'extrémité libre de la tige. L'émetteur et le détecteur peuvent montés fixes par rapport à la tige ou au cylindre sans fixés directement sur ceux-ci. La fréquence de l'onde ultrasonore excitée dans la tige peut être différente de 200 kHz-. Dans le cas de fréquences plus élevées, comme 1 MHz, il est nécessaire de prendre en compte lors du traitement des signaux, que plusieurs modes de vibrations se propageant à des vitesses différentes peuvent être excités. Un autre paramètre de l'onde ultrasonore peut être utilisé comme la puissance de celle-ci. être être REVENDICATIONS 1. Dispositif télescopique (1) comprenant un cylindre (2) recevant à coulissement une tige (3) ayant une extrémité libre (4) en saillie du cylindre, et un dispositif de détection (5) d'une position de la tige par rapport au cylindre, caractérisé en ce que le dispositif de détection comprend un émetteur d'ultrasons (6) monté sur le dispositif télescopique pour émettre dans la tige une onde ultrasonore et un détecteur {10) monté sur le dispositif télescopique pour détecter l'onde ultrasonore, l'émetteur et le détecteur étant reliés à un organe de détermination (13) d'un paramètre de l'onde ultrasonore dépendant de la position de la tige par rapport au cylindre. 2. Dispositif télescopique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre déterminé est la durée de déplacement de l'onde ultrasonore entre l'émetteur (6) et le détecteur (10). 3. Dispositif télescopique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur (6) est monté sur l'extrémité libre (4) de la tige (3) pour émettre l'onde ultrasonore dans la tige en direction du cylindre (2). 4. Dispositif télescopique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'émetteur (6) est un transducteur piézo-électrique monté coaxialement à la tige (3). 5. Dispositif télescopique (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le transducteur piézo-électrique est de forme annulaire. 6. Dispositif télescopique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (10) est un transducteur piézo-électrique fixe par rapport au cylindre (2) et en appui élastique contre une surface externe (11) de la tige (3). 7. Dispositif télescopique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (14) est un moyen optique fixe par rapport au cylindre (2). 8. Dispositif télescopique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur (15) et le détecteur (15) sont montés fixes par rapport au cylindre (2) de telle manière que l'onde ultrasonore excitée dans la tige par l'émetteur soit réfléchie par une extrémité de la tige pour revenir vers le détecteur et être détectée par celui-ci.