Brevet FR3112832A1 — publié le 20220128

Amortisseur de véhicule , notamment ferroviaire La présente invention concerne un amortisseur (10) de véhicule, notamment ferroviaire, comportant : - un cylindre (12), - un piston (14) monté coulissant à l’intérieur du cylindre (12), - une enveloppe (16) entourant le cylindre (12), - un contre-piston (18) fixé sur le cylindre (12) et sur l’enveloppe (16), - une tige de piston (20) fixée au piston (14), la tige de piston (20) traversant le contre-piston (18) de manière étanche, L’amortisseur (10) comprend un dispositif de détermination (42) d’un paramètre représentatif du déplacement du piston (12) dans le cylindre (14) comportant : - une bague aimantée (44) fixée sur le contre-piston (18) et comportant au moins un aimant permanent (46), la bague aimantée (44) entourant la tige de piston (20), - un guide d’ondes magnétostrictif (48) solidaire de la tige de piston (20), - un capteur magnétostrictif (50) connecté au guide d’ondes magnétostrictif (48) et configuré pour déterminer un paramètre représentatif du déplacement du piston (14) dans le cylindre (12). Figure pour l'abrégé : Figure 1 Amortisseur de véhicule, notamment ferroviaire La présente invention concerne un amortisseur de véhicule, notamment ferroviaire, du type comprenant : - un cylindre, - un piston monté coulissant à l’intérieur du cylindre selon une direction d’amortissement et délimitant avec le cylindre une chambre inférieure, - une enveloppe entourant le cylindre, - un contre-piston fixé sur le cylindre et sur l’enveloppe, le contre-piston, l’enveloppe et le cylindre définissant entre eux une enceinte fermée étanche en communication fluidique avec la chambre inférieure, la chambre inférieure et l’enceinte étant au moins partiellement remplies par un fluide d’amortissement, - une tige de piston s’étendant selon la direction d’amortissement depuis une extrémité supérieure vers une extrémité inférieure, l’extrémité inférieure étant fixée au piston, la tige de piston traversant le contre-piston de manière étanche. Ce type d’amortisseur relie par exemple le bogie à la caisse du véhicule ferroviaire et permet d’amortir le déplacement selon une direction d’amortissement de la caisse par rapport au bogie. Il peut plus généralement être disposé entre deux éléments mobiles l’un par rapport à l’autre d’un véhicule, notamment d’un véhicule ferroviaire, comme par exemple entre la caisse et le bogie, entre deux caisses, entre un essieu et un châssis de bogie, entre une transmission et un châssis de bogie, etc. Pour certaines applications, il est nécessaire de connaître en temps réel un paramètre représentatif du déplacement relatif entre les deux éléments mobiles, c’est-à-dire du déplacement du piston dans le cylindre, comme par exemple la distance entre la caisse et le bogie, la vitesse ou l’accélération de la caisse par rapport au bogie selon la direction d’amortissement. L’un des buts de l’invention est de proposer un amortisseur de véhicule, notamment ferroviaire, fiable qui permette de connaître en temps réel au moins un paramètre représentatif du déplacement du piston dans le cylindre. A cet effet, l’invention concerne un amortisseur de véhicule, notamment ferroviaire, du type précité, dans lequel l’amortisseur comprend un dispositif de détermination d’au moins un paramètre représentatif du déplacement du piston dans le cylindre, ledit dispositif de détermination comportant : - une bague aimantée fixée sur le contre-piston et comportant au moins un aimant permanent, la bague aimantée entourant la tige de piston, - un guide d’ondes magnétostrictif solidaire de la tige de piston, - un capteur magnétostrictif monté sur l’extrémité supérieure de la tige de piston, le capteur magnétostrictif étant connecté au guide d’ondes magnétostrictif et configuré pour déterminer un paramètre représentatif du déplacement du piston dans le cylindre. Ainsi, l’amortisseur selon l’invention permet d’accéder simplement en temps réel à au moins un paramètre représentatif du déplacement du piston dans le cylindre car le capteur est monté sur l’extrémité supérieure de la tige du piston. Ceci facilite la connexion du capteur vers un système de commande et de contrôle, par exemple disposé à l’intérieur de la caisse du véhicule. De plus, en cas de défaillance, la maintenance du capteur est également améliorée car il n’est pas nécessaire d’ouvrir l’amortisseur pour effectuer un remplacement ou une réparation du capteur. L’amortisseur est également avantageux car le guide d’onde, le capteur et l’aimant permanent ne sont jamais en contact avec le fluide d’amortissement, du fait que le fluide d’amortissement est présent uniquement dans la chambre et l’enceinte. Ainsi, aucun ajout d’élément d’étanchéité n’est nécessaire au niveau du capteur et du guide d’onde en dehors de ceux habituellement présents dans un amortisseur. La conception de l’amortisseur est ainsi facilitée. Enfin, la fiabilité de la détermination du paramètre représentatif du déplacement du piston dans le cylindre est améliorée. En effet, au cours du temps, le fluide d’amortissement, par exemple de l’huile, est susceptible de se charger en particules métalliques, qui, si elles entouraient le capteur, l’aimant ou le guide d’onde pourraient perturber la qualité de la mesure effectuée. Selon des modes de réalisations différents, l’amortisseur comprend en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le capteur magnétostrictif est configuré pour émettre une première onde magnétique se propageant selon un premier sens de propagation depuis le capteur magnétostrictif vers la bague aimantée le long du guide d’ondes magnétostrictif et pour recevoir une deuxième onde magnétique se propageant selon un deuxième sens de propagation le long du guide d’ondes magnétostrictif depuis la bague aimantée vers le capteur magnétostrictif, le paramètre représentatif du déplacement du piston étant déterminé en mesurant la différence de temps entre l’émission de la première onde magnétique et la réception de la deuxième onde magnétique, - l’amortisseur comprend une rondelle amagnétique séparant la bague aimantée du contre-piston, - la tige de piston définit un logement interne recevant le guide d’ondes magnétostrictif, - la tige de piston est formée par un matériau amagnétique, - le paramètre représentatif du déplacement du piston dans le cylindre est choisi parmi la position du piston par rapport au cylindre, la vitesse de déplacement du piston dans le cylindre et/ou l’accélération du piston dans le cylindre, - la bague aimantée comprend une pluralité d’aimants permanents, la bague aimantée définissant une pluralité de logements recevant lesdits aimants permanents, - la bague aimantée est formée par un anneau cylindrique d’axe C, chaque aimant permanent ayant un axe d’aimant A, les axes d’aimant des aimants permanents s’étendant selon des directions radiales sensiblement perpendiculaires à l’axe C, - les axes d’aimant sont répartis régulièrement autour de l’axe C, - la bague aimantée comprend une matrice faite d’un matériau amagnétique, la matrice définissant les logements recevant les aimants permanents. D’autres aspects et avantages de l’invention apparaitront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la est une coupe longitudinale d’un amortisseur de véhicule selon l’invention, et - la est une vue en perspective éclatée d’une bague aimantée du dispositif de détermination d’au moins un paramètre représentatif du déplacement du piston dans le cylindre de l’amortisseur de la . Dans la description qui suit, les termes « intérieur » et « extérieur » sont relatifs à un axe longitudinal L qui correspond à la direction principale d’élongation de l’amortisseur 10. Cette direction correspond également à la direction d’amortissement de l’amortisseur 10. Ainsi, un élément dit « intérieur » est relativement plus proche de l’axe L qu’un élément dit « extérieur ». La présente une coupe longitudinale selon l’axe L d’un amortisseur 10 de véhicule selon l’invention. Dans cet exemple, le véhicule est un véhicule ferroviaire. L’amortisseur 10 comprend un cylindre 12, un piston 14 monté coulissant à l’intérieur du cylindre 12 selon la direction d’amortissement, une enveloppe 16 entourant le cylindre 12, un contre-piston 18 fixé sur le cylindre 12 et sur l’enveloppe 16 et une tige de piston 20 fixée au piston 14. Le cylindre 12 définit un volume interne 22 sensiblement cylindrique. Par exemple, une section du volume interne 22 dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal L est un cercle. Le piston 14 est monté coulissant selon la direction d’amortissement. Le piston 14 délimite avec le cylindre 12 une chambre supérieure 24 et une chambre inférieure 26 dans le volume interne 22. Les chambres supérieure 24 et inférieure 26 s’étendent de part et d’autre du piston 14 dans le volume interne 22. Le piston 14 est ainsi mobile entre une position supérieure et une position inférieure. Dans la position supérieure, le piston 14 est plus proche du contre-piston 18 que dans la position inférieure. Ainsi, le volume de la chambre inférieure 26 est plus grand dans la position supérieure du piston 14 que dans la position inférieure du piston 14. Le piston 14 coopère avec une paroi intérieure 28 du cylindre 12 de manière étanche fluidiquement, c’est-à-dire qu’un fluide ne peut pas se déplacer de la chambre inférieure 26 vers la chambre supérieure 24 et inversement. Le contre-piston 18, l’enveloppe 16 et le cylindre 12 définissent entre eux une enceinte 30 fermée étanche en communication fluidique avec la chambre inférieure 26. L’enceinte 30 entoure le cylindre 12. Par exemple, le cylindre 12 comprend une paroi inférieure 32 comprenant une membrane (non représentée) configurée pour laisser passer un fluide d’amortissement 34 de la chambre inférieure 26 vers l’enceinte 30 lorsque le piston 14 se déplace de la position supérieure vers la position inférieure, et inversement de l’enceinte 30 vers la chambre inférieure 26 lorsque le piston se déplace dans la position inférieure vers la position supérieure. Le fluide d’amortissement 34 remplit au moins partiellement la chambre inférieure 26 et l’enceinte 30. Le fluide d’amortissement 34 est un liquide ou un gaz. Par exemple, le fluide d’amortissement 34 est de l’huile. La tige de piston 20 s’étend selon la direction d’amortissement depuis une extrémité supérieure 36 vers une extrémité inférieure 38. L’extrémité supérieure 36 de la tige est fixée au piston 14. L’extrémité inférieure 38 de la tige est reçue dans le cylindre 12 et se déplace dans la chambre supérieure entre les positions supérieure et inférieure. La tige de piston 20 traverse le contre-piston 18 de manière étanche. De préférence, la tige de piston 20 est faite d’un matériau amagnétique. De préférence encore, l’amortisseur 10 comprend en outre un capot 40 fixé à l’extrémité supérieure 36 de la tige de piston 20 et couvrant au moins une partie de l’enveloppe 16. Selon l’invention, l’amortisseur 10 comprend un dispositif de détermination 42 d’au moins un paramètre représentatif du déplacement du piston 14 dans le cylindre 12. Par exemple, le paramètre représentatif est choisi parmi la position du piston 14 par rapport au cylindre 12, la vitesse de déplacement du piston 14 dans le cylindre 12 et/ou l’accélération du piston 14 dans le cylindre 12. Le dispositif de détermination 42 comprend une bague aimantée 44 fixée sur le contre-piston 18 et comportant au moins un aimant permanant 46, un guide d’ondes magnétostrictif 48 solidaire de la tige de piston 20 et un capteur magnétostrictif 50 monté sur l’extrémité supérieure 36 de la tige de piston 20. La bague aimantée 44 entoure la tige de piston 20. De préférence, la bague aimantée 44 comprend une pluralité d’aimants permanents 46. Par exemple, comme visible sur la , la bague aimantée 44 définit une pluralité de logements 52 recevant la pluralité d’aimants permanents 46. La bague aimantée 44 comprend de préférence une matrice faite d’un matériau amagnétique, par exemple de l’inox amagnétique, définissant les logements 52 recevant les aimants permanents 46. La bague aimantée 44 est généralement formée par un anneau cylindrique d’axe C, et comprend par exemple une partie annulaire supérieure 54 et une partie annulaire inférieure 56 fixées entre elles et entourant les aimants permanents 46. Lorsque la bague aimantée 44 est montée sur le contre-piston 18, l’axe C est sensiblement confondu avec l’axe L. De préférence, chaque aimant permanent 46 a une forme de cylindre droit. Chaque aimant permanent 46 possède un axe d’aimant A. De préférence, les axes d’aimant A de chacun des aimants permanents 46 s’étendent selon des directions radiales sensiblement perpendiculaire à l’axe C. Comme on le voit sur la , de préférence, les axes d’aimants sont répartis régulièrement autour de l’axe C, c’est-à-dire que la distance angulaire entre deux axes d’aimant adjacents est identique tout autour de l’axe C. Ainsi, les aimants permanents 46 sont interchangeables sans démonter le contre-piston 18 et donc sans ouvrir les réservoirs de fluide de l’amortisseur 10. De préférence, la tige de piston 20 définit un logement interne 58 recevant le guide d’onde 48. Le guide d’ondes magnétostrictif 48 est formé par un fil conducteur connecté au capteur magnétostrictif 50. De préférence, la tige de piston 20 comprend une couche de revêtement obtenue par un traitement de surface visant à durcir la peau extérieure et à garantir l’étanchéité avec le contre-piston 18 en générant un bon taux de portance. Par exemple, le traitement de surface est du type KOLSTERISING® K33. Dans tous les cas, en cas d’apport de matériau en surface de la tige de piston 20, ledit matériau possède des propriétés amagnétiques. Le logement interne 58 s’étend sensiblement sur toute la longueur de la tige de piston 20 selon la direction d’amortissement. De préférence, l’amortisseur 10 comprend une rondelle amagnétique 60 séparant la bague aimantée 44 et du contre-piston 18. Le capteur magnétostrictif 50 est configuré pour émettre une première onde magnétique se propageant selon un premier sens de propagation depuis le capteur 50 vers la bague aimantée 44 le long du guide d’ondes magnétostrictif 48 et pour recevoir une deuxième onde magnétique se propageant selon un deuxième sens de propagation le long du guide d’ondes magnétostrictif 48 depuis la bague aimantée 44 vers le capteur 50. Le paramètre représentatif du déplacement du piston 14 est déterminé en mesurant la différence de temps entre l’émission de la première onde magnétique et la réception de la deuxième onde magnétique et en convertissant cette différence dans le paramètre voulu. Plus particulièrement, le capteur magnétostrictif 50 envoie dans le guide d’ondes magnétostrictif 48 une impulsion de courant qui génère avec elle un champ magnétique circulaire se propageant le long du guide d’ondes magnétostrictif 48. Lorsque le champ magnétique de l’impulsion rencontre le champ magnétique de l’aimant permanent 46, une onde de densité mécano-élastique se crée par magnétostriction. Cette onde se propage alors par réflexion depuis l’aimant 46 vers le capteur 50, c’est-à-dire depuis l’extrémité inférieure 38 de la tige de piston 20 vers l’extrémité supérieure 36 de la tige de piston 20 le long du guide d’ondes magnétostrictif 48 et est détectée par le capteur magnétostrictif 50. Ainsi, il est possible de connaître la position relative de la tige de piston 20 par rapport à la bague aimantée 44 et donc la position du piston 14 dans le cylindre 12. La mesure de cette position au cours du temps permet ainsi de déterminer une vitesse de déplacement ou une accélération du piston 14 par rapport au cylindre 12. Le capteur magnétostrictif 50 comprend de préférence un connecteur 62 adapté pour recevoir un câble de liaison pour relier le capteur magnétostrictif 50 à une unité de traitement (non représentée). Ainsi, l’amortisseur 10 selon l’invention est particulièrement avantageux car il permet d’accéder simplement en temps réel à au moins un paramètre représentatif du déplacement du piston 14 dans le cylindre 12 car le capteur magnétostrictif 50 est monté sur l’extrémité supérieure 36 de la tige du piston 20. Ceci facilite la connexion du capteur 50 vers une unité de traitement, par exemple disposée à l’intérieur de la caisse du véhicule ferroviaire. De plus, en cas de défaillance, la maintenance du capteur 50 est également améliorée car il n’est pas nécessaire d’ouvrir l’amortisseur 10 pour effectuer un remplacement ou une réparation du capteur 50. L’amortisseur 10 est également avantageux car le guide d’ondes magnétostrictif 48, le capteur 50 et l’aimant permanent 46 ne sont jamais en contact avec le fluide d’amortissement 34 du fait que le fluide d’amortissement 34 est présent uniquement dans la chambre inférieure 26 et l’enceinte 30. Ainsi, aucun ajout d’élément d’étanchéité n’est nécessaire au niveau du capteur 50 et du guide d’ondes magnétostrictif 48. La conception de l’amortisseur 10 est facilitée. Enfin, la fiabilité de la détermination du paramètre représentatif du déplacement du piston 14 dans le cylindre 12 est améliorée. En effet, au cours du temps, le fluide d’amortissement 34, par exemple de l’huile, est susceptible de se charger en particules métalliques, qui si elles entouraient le capteur 50, l’aimant permanent 46 ou le guide d’ondes magnétostrictif 48 pourraient perturber la qualité de la mesure effectuée. Dans la mesure où le fluide d’amortissement 34 ne pénètre pas dans la chambre supérieure, il n’est donc pas susceptible d’entourer le guide d’ondes magnétostrictif 48 ni de s’approcher du capteur 50 ou de l’aimant permanent 46. Amortisseur (10) de véhicule, notamment ferroviaire, comportant : - un cylindre (12), - un piston (14) monté coulissant à l’intérieur du cylindre (12) selon une direction d’amortissement et délimitant avec le cylindre (12) une chambre inférieure (26), - une enveloppe (16) entourant le cylindre (12), - un contre-piston (18) fixé sur le cylindre (12) et sur l’enveloppe (16), le contre-piston (18), l’enveloppe (16) et le cylindre (12) définissant entre eux une enceinte (30) fermée étanche en communication fluidique avec la chambre inférieure (26), la chambre inférieure (26) et l’enceinte (30) étant au moins partiellement remplies par un fluide d’amortissement (34), - une tige de piston (20) s’étendant selon la direction d’amortissement depuis une extrémité supérieure (36) vers une extrémité inférieure (38), l’extrémité inférieure (38) étant fixée au piston (14), la tige de piston (20) traversant le contre-piston (18) de manière étanche, caractérisé en ce que l’amortisseur (10) comprend un dispositif de détermination (42) d’au moins un paramètre représentatif du déplacement du piston (12) dans le cylindre (14), ledit dispositif de détermination (42) comportant : - une bague aimantée (44) fixée sur le contre-piston (18) et comportant au moins un aimant permanent (46), la bague aimantée (44) entourant la tige de piston (20), - un guide d’ondes magnétostrictif (48) solidaire de la tige de piston (20), - un capteur magnétostrictif (50) monté sur l’extrémité supérieure (36) de la tige de piston (20), le capteur magnétostrictif (50) étant connecté au guide d’ondes magnétostrictif (48) et configuré pour déterminer un paramètre représentatif du déplacement du piston (14) dans le cylindre (12). Amortisseur (14) selon la revendication 1, dans lequel le capteur magnétostrictif (50) est configuré pour émettre une première onde magnétique se propageant selon un premier sens de propagation depuis le capteur magnétostrictif (50) vers la bague aimantée (44) le long du guide d’ondes magnétostrictif (48) et pour recevoir une deuxième onde magnétique se propageant selon un deuxième sens de propagation le long du guide d’ondes magnétostrictif (48) depuis la bague aimantée (44) vers le capteur magnétostrictif (50), le paramètre représentatif du déplacement du piston (14) étant déterminé en mesurant la différence de temps entre l’émission de la première onde magnétique et la réception de la deuxième onde magnétique. Amortisseur (10) selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une rondelle amagnétique (60) séparant la bague aimantée (44) du contre-piston (18). Amortisseur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la tige de piston (20) définit un logement interne (58) recevant le guide d’ondes magnétostrictif (48). Amortisseur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la tige de piston (20) est formée par un matériau amagnétique. Amortisseur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le paramètre représentatif du déplacement du piston (14) dans le cylindre (12) est choisi parmi la position du piston (14) par rapport au cylindre (12), la vitesse de déplacement du piston (14) dans le cylindre (12) et/ou l’accélération du piston (14) dans le cylindre (12). Amortisseur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la bague aimantée (44) comprend une pluralité d’aimants permanents (46), la bague aimantée (44) définissant une pluralité de logements (52) recevant lesdits aimants permanents (46). Amortisseur (10) selon la revendication 7, dans lequel la bague aimantée (44) est formée par un anneau cylindrique d’axe C, chaque aimant permanent (46) ayant un axe d’aimant A, les axes d’aimant des aimants permanents (46) s’étendant selon des directions radiales sensiblement perpendiculaires à l’axe C. Amortisseur (10) selon la revendication 8, dans lequel les axes d’aimant sont répartis régulièrement autour de l’axe C. Amortisseur (10) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel la bague aimantée (44) comprend une matrice faite d’un matériau amagnétique, la matrice définissant les logements (52) recevant les aimants permanents (46).