Brevet FR2929674A1 — publié le 20091009

L'invention concerne un palier à roulement comprenant un organe fixe et un organe tournant comprenant chacun au moins une piste de roulement entre lesquelles au moins une rangée de corps roulants est disposée en contact oblique pour permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe. En particulier, l'invention s'applique à des roulements de roue de véhicule automobile, la bague fixe dudit roulement étant destinée à être solidaire du châssis du véhicule, la roue étant destinée à être montée en rotation par l'intermédiaire de la bague tournante dudit roulement, et deux rangées de billes étant prévues entre lesdites bagues. Dans de nombreuses applications, notamment en relation avec les systèmes d'assistance et de sécurité tels que l'ABS ou l'ESP, il est nécessaire de déterminer les efforts qui s'appliquent lors des déplacements du véhicule à l'interface entre la roue et la chaussée sur laquelle ladite roue tourne. En particulier, la détermination de ces efforts peut être réalisée par une mesure des déformations de la bague fixe qui sont induites par le passage des corps roulants. En effet, l'amplitude de ces déformations est représentative des efforts transmis par le roulement. Pour ce faire, notamment le document EP-1 176 409 prévoit d'instrumenter des zones de la bague fixe en associant sur elles au moins une jauge de mesure desdites déformations, ladite jauge comprenant au moins un motif d'un matériau sensible qui est apte à se déformer en délivrant un signal représentatif desdites déformations. En particulier, chaque zone instrumentée forme un méplat dont la normale s'étend radialement par rapport à l'axe de rotation du palier. Toutefois, la mesure des déformations ainsi réalisée demeure difficilement exploitable, notamment du fait de leur faible variation d'amplitude. En outre, la sensibilité de la mesure est limitée par les déformations globales de l'organe fixe qui sont induites par d'autres facteurs que le passage des corps roulants. En particulier, la température induit des déformations globales de30 2 l'organe fixe, autour desquelles les déformations induites par le passage des corps roulants varient faiblement. Par ailleurs, dans le cas où les zones instrumentées sont orientées radialement, la sensibilité de la mesure varie de façon importante en fonction de l'angle de contact des corps roulants dans la piste de roulement. En outre, une augmentation de la sensibilité de la mesure impose une diminution de l'épaisseur de l'organe fixe au niveau des zones instrumentées, ce qui va à l'encontre de la résistance mécanique du palier. L'invention vise à perfectionner l'art antérieur en proposant notamment un palier à roulement dont l'organe fixe présente des zones instrumentées qui sont orientées pour optimiser la sensibilité des motifs de matériau sensible relativement aux variations d'amplitude des déformations induites par le passage des corps roulants, et ce sans dégrader la résistance mécanique du palier. A cet effet, l'invention propose un palier à roulement comprenant un organe fixe et un organe tournant comprenant chacun au moins une piste de roulement entre lesquelles au moins une rangée de corps roulants est disposée pour permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe, les corps roulants étant en appui oblique sur la piste de l'organe fixe par l'intermédiaire d'une surface de contact, l'organe fixe comprenant une surface libre qui est déformable élastiquement par les efforts induits par le passage des corps roulants lors de la rotation de l'organe tournant, ladite surface déformable présentant au moins une zone instrumentée sur laquelle est associé au moins un motif d'un matériau sensible qui est apte à se déformer en délivrant un signal représentatif desdites déformations, la zone instrumentée formant un méplat dont la normale s'étend suivant la droite passant par le centre d'un corps roulant déformant la surface déformable et par le centre de la surface de contact dudit corps roulant. 3 D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures annexées montrant un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention, respectivement en perspective (figure la) et en demi-coupe longitudinale (figure lb). En relation avec ces figures, on décrit ci-dessous un palier à roulement de roue de véhicule automobile comprenant un organe extérieur fixe 1 destiné à être associé au châssis du véhicule, et un organe intérieur tournant 2 sur lequel est destinée à être montée la roue. Sur les figures, l'organe intérieur 2 est formé d'un moyeu pourvu d'une bride 2a qui est équipée d'orifices 2b pour le montage de la roue, et la périphérie extérieure de l'organe extérieur 1 présente une bride la comprenant des orifices 1 b de fixation du palier au châssis. 15 Chacun des organes comprend deux jeux de pistes de roulement 3 qui sont espacés axialement et entre lesquels deux rangées de billes 4 sont respectivement disposées pour permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe. Toutefois, l'invention peut concerner d'autres types de palier à 20 roulement, ainsi que des paliers pour d'autres applications automobiles ou autres. Lors du déplacement du véhicule, la roue tourne sur la chaussée en induisant des efforts à leur interface, lesdits efforts étant transmis au châssis par 25 l'intermédiaire du palier. Par conséquent, la détermination de ces efforts, notamment en vue d'alimenter les systèmes d'assistance et de sécurité du véhicule, peut être réalisée en estimant temporellement les composantes du torseur d'efforts qui s'applique sur le palier. 30 En particulier, lors de la rotation de l'organe tournant 2 dans l'organe fixe 1, le passage des billes 4 induit des déformations élastiques de la périphérie extérieure circonférentielle de l'organe fixe 1, dont la mesure peut être exploitée afin de calculer l'estimation des composantes du torseur d'efforts. En effet, le 10 4 passage des corps roulants 4 induit un effort sur la périphérie, qui la déforme élastiquement de façon périodique autour d'une valeur moyenne. La périphérie extérieure de l'organe fixe 1 est pourvue d'au moins une surface libre 5 qui est déformable élastiquement par les efforts induits par le passage des corps roulants 4 lors de la rotation de l'organe tournant. Dans les modes de réalisation représentés, huit surfaces déformables 5 sont équiréparties deux par deux sur la périphérie extérieure de l'organe fixe 1. Plus précisément, chaque surface déformable 5 forme un méplat, lesdits méplats étant réalisés de façon localisée sur la périphérie de l'organe fixe 1, notamment par usinage. La surface déformable 5 présente au moins une zone instrumentée 6 sur laquelle est associé au moins un motif 7 d'un matériau apte à se déformer en délivrant un signal représentatif desdites déformations. Selon une réalisation, le palier comprend une jauge de mesure des déformations, ladite jauge comprenant un ou des motifs 7 à base d'éléments résistifs, notamment piézorésistifs ou magnétostrictifs, qui sont disposés directement sur la surface déformable 5 ou sur un substrat de support qui est associé par exemple par collage sur la surface déformable 5. En particulier, comme représenté sur les figures, une jauge comprend une barrette de motifs 7 qui sont disposés sur un substrat. De façon connue, ce type de barrette, notamment en présentant des motifs 7 sensiblement alignés de façon équirépartie, peut être utilisé pour délivrer un signal temporel pseudo sinusoïdal autour d'une valeur moyenne, ledit signal étant fonction des déformations de la surface déformable 5. Ainsi, le signal peut être conditionné pour exploiter la composante pseudo sinusoïdale qui est représentative de l'amplitude des déformations induites par le passage des corps roulants 4. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à une réalisation particulière de jauges de mesure des déformations. Pour optimiser la sensibilité du motif 7 de matériau sensible relativement aux déformations qui sont induites par le passage des corps roulants 4, on décrit ci- dessous une orientation de la zone instrumentée 6 sur laquelle ledit motif est associé. En particulier, l'association du substrat de la jauge sur la surface déformable 5 peut alors être réalisée de sorte à disposer le motif 7 de matériau sensible sur la zone instrumentée 6. 5 L'orientation d'une zone instrumentée 6 est réalisée par rapport aux corps roulants 4 de la rangée qui induisent les déformations à mesurer. En outre, au moins deux types de zones instrumentées 6 peuvent être orientés par rapport aux corps roulants 4 de respectivement une rangée, les motifs 7 de matériau sensibles étant disposés sur chaque type de zones instrumentées 6 pour qu'ils délivrent un signal représentatif des déformations induites par le passage des corps roulants 4 d'une rangée. En effet, compte tenu de la faible amplitude des déformations, le motif 7 n'est sensible qu'aux déformations induites par les corps roulants 4 de la rangée par rapport à laquelle la zone instrumentée 6 correspondante a été orientée. Les corps roulants 4 sont en appui oblique sur la piste 3 de l'organe fixe 1 par l'intermédiaire d'une surface de contact qui présente une géométrie quasi-elliptique dans le cas d'un corps roulant 4 sphérique. En particulier, la surface de contact est définie relativement à un appui oblique du corps roulant 4 dans un état de charge déterminé du palier. Selon une réalisation, l'état de charge déterminé correspond à l'état de pré charge du palier. Selon une autre réalisation, l'état de charge déterminé correspond à celui dans lequel le palier est le plus souvent sollicité et/ou dans lequel on cherche à mesurer les déformations de façon préférentielle ou avec le maximum de précision. Comme représenté sur les figures, la zone instrumentée 6 forme un méplat dont la normale s'étend suivant la droite D passant par le centre d'un corps roulant 4 déformant la surface déformable 6 et par le centre de la surface de contact dudit corps roulant. Ainsi, les motifs 7 peuvent être disposés au plus près de la surface de contact des corps roulants 4 de sorte à pouvoir mesurer 6 une amplitude maximale pour les déformations induites par le passage desdits corps roulants, et ce sans diminuer l'épaisseur global de l'organe fixe 1. En outre, toujours pour améliorer la sensibilité du motif 7 de matériau sensible, celui-ci peut être disposé précisément sur la zone instrumentée 6. Comme représenté sur les figures, une barrette de motifs 7 peut être disposée sur la zone instrumentée 6 de sorte qu'elle s'étende tangentiellement à la courbe définie sur ladite zone par révolution de la droite D autour de l'axe du palier. En particulier, la surface de révolution forme un cône dont l'intersection avec le méplat est une courbe, la barrette s'étendant suivant cette courbe. Par ailleurs, le motif 7 de matériau sensible peut être disposé au plus près des corps roulants 4 de sorte à mesurer des déformations d'amplitude maximale. Pour ce faire, le motif 7 de matériau sensible peut être disposé sur la zone instrumentée 6 à proximité de la courbe définie par révolution de la droite D autour de l'axe du palier. En particulier, dans le cas d'une barrette de motifs 7, ladite barrette peut s'étendre le long de cette courbe. En variante, le motif 7 de matériau sensible peut être disposé sur la zone instrumentée 6 au minimum de l'épaisseur de l'organe fixe 1, ladite épaisseur étant mesurée suivant la droite D. Selon une autre réalisation, le motif 7 de matériau sensible peut être disposé sur la zone instrumentée 6 au maximum de la rigidité de ladite zone instrumentée. Ainsi, le motif 7 de matériau sensible est disposé de sorte à limiter l'influence des variations de déformation moyenne dans les mesures. En particulier, on augmente ainsi le rapport entre les variations d'amplitude des déformations induites par le passage des corps roulants 4 et l'amplitude moyenne des déformations de l'organe fixe 1. En effet, les déformations moyennes, notamment d'ovalisation et de gonflement de la périphérie extérieure de l'organe fixe 1, sont alors limitées au niveau du motif 7 de matériau sensible. 7 Selon une autre réalisation visant à obtenir un compromis entre les avantages des deux modes de réalisation précédents, le motif 7 de matériau sensible peut être disposé sur la zone instrumentée 6 au minimum du rapport entre l'épaisseur de l'organe fixe 1 et la rigidité de ladite zone instrumentée. Comme représenté sur les figures, les corps roulants 4 sont à contact oblique dans un montage en O, deux zones instrumentées 6 orientées respectivement par rapport à une rangée de corps roulants 4 étant alignées axialement en formant un angle obtus entre elles. En outre, les motifs 7 de matériau sensible ~o de chacun des types de zones instrumentées 6 sont disposés symétriquement par rapport à un plan radial P. Plus précisément, sur les figures, le plan radial P est le plan de symétrie entre les rangées de corps roulants 4. REVENDICATIONS1. Palier à roulement comprenant un organe fixe (1) et un organe tournant (2) comprenant chacun au moins une piste de roulement (3) entre lesquelles au moins une rangée de corps roulants (4) est disposée pour permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe, les corps roulants (4) étant en appui oblique sur la piste (3) de l'organe fixe (1) par l'intermédiaire d'une surface de contact, l'organe fixe (1) comprenant une surface libre (5) qui est déformable élastiquement par les efforts induits par le passage des corps roulants (4) lors de la rotation de l'organe tournant, ladite surface déformable présentant au moins une zone instrumentée (6) sur laquelle est associé au moins un motif (7) d'un matériau sensible qui est apte à se déformer en délivrant un signal représentatif desdites déformations, ledit palier étant caractérisé en ce que la zone instrumentée (6) forme un méplat dont la normale s'étend suivant la droite (D) passant par le centre d'un corps roulant (4) déformant la surface déformable (5) et par le centre de la surface de contact dudit corps roulant. 2. Palier à roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une barrette de motifs qui est disposée sur la zone instrumentée (6) de sorte à s'étendre tangentiellement à la courbe définie sur ladite zone par révolution de la droite (D) autour de l'axe du palier. 3. Palier à roulement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le motif (7) de matériau sensible est disposé sur la zone instrumentée (6) à proximité de la courbe définie sur ladite zone par révolution de la droite (D) autour de l'axe du palier. 4. Palier à roulement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le motif (7) de matériau sensible est disposé sur la zone instrumentée (6) au minimum de l'épaisseur de l'organe fixe (1), ladite épaisseur étant mesurée suivant la droite (D). 9 5. Palier à roulement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le motif (7) de matériau sensible est disposé sur la zone instrumentée (6) au maximum de la rigidité de ladite zone instrumentée. 6. Palier à roulement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le motif (7) de matériau sensible est disposé sur la zone instrumentée (6) au minimum du rapport entre l'épaisseur de l'organe fixe (1) et la rigidité de ladite zone instrumentée. 7. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface de contact est définie relativement à un appui du corps roulant (4) dans un état de charge déterminé dudit palier. 8. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux rangées de corps roulants (4) qui sont disposées respectivement entre deux jeux de pistes de roulement (3) espacés axialement, au moins deux types de zones instrumentées (6) étant orientés par rapport à la droite (D) définie par rapport à un corps roulant (4) de respectivement une rangée, les motifs (7) de matériau sensibles étant disposés sur chaque type de zones instrumentées (6) pour qu'ils délivrent un signal représentatif des déformations induites par le passage des corps roulants (4) d'une rangée. 9. Palier à roulement selon la revendication 8, caractérisé en ce que les corps roulants (4) sont à contact oblique dans un montage en O, deux zones instrumentées (6) de respectivement un type étant alignées axialement en formant un angle obtus entre elles. 10. Palier à roulement selon la revendication 9, caractérisé en ce que les motifs (7) de matériau sensible de chacun des types de zones instrumentées (6) sont disposés symétriquement par rapport à un plan radial (P).