CA2366546A1 - Procede et dispositif de mesure d'un couple exerce sur une piece soumise a des efforts de couple et de flexion - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure d'un couple. Le procédé de mesure est caractérisé en ce que l'on fixe sur ladite pièce (1) au moins deux capteurs (2) de mesure de déformations, identiques, rapportés entre deux points d'ancrage distincts (A, B) et positionnés sur de ux courbes (a) de la pièce (1) inclinées d'un angle .alpha. par rapport à l'axe de la pièce (1). Ces capteurs sont agencés pour délivrer des signaux électriques en fonction des modifications de la distance entre leurs points d'ancrage respectifs générées par lesdites déformations.

Description

02-03-2001 PCTlFR00/OOfi74 DESC

La. présente invention concerne un procédé de mesure d'au moins une composante d'un torseur de forces appliqué à une pièce comportant un axe de symétrie, ce torseur de forces étant défni comme suit dans un repère trigonométrique Fx Fy Fz Mx My Mz ce procédé prévoyant que l'on fixe sur ladite pièce au moins deux capteurs de mesure de déformations, identiques, chacun étant rapporté entre deux points d'ancrage distincts au moyen d'organes de couplage agencés pour transmettre â ces capteurs les déformations de ladite pièce, lesdits capteurs étant agencés pour délivrer des signaux électriques en fonction des modif cations de la distance entre leurs points d'ancrage respectifs générées par lesdites déformations, que l'on procède à un conditionnement 1s électrique des signaux issus des capteurs, ce conditionnement étant associé
spécifiquement à ces capteurs et que l'on combine ces signaux afin de déduire la valeur de ladite composante dudit torseur de forces.
EIIe concerne également un dispositif de mesure pour 1a mise en oeuvre de ce 2o procédé, chaque capteur comportant deux plots distants d'un intervalle équivalent à
celui défini entre les points d'ancrage et une lame précontrainte montée à ses extrémités dans lesdits plots et portant au moins un élément sensible.
Ce procédé et ce dispositif de mesure sont particulièrement adaptés aux arbres fies 2s subissant un couple en réaction à un couple de freinage ou à un couple moteur. Ils peuvent cependant être utilisés pour des arbres tournants, le dispositif de mesure étant, dans ce cas, associé à un moyen de transmission électrique avec ou sans contact. L'arbre à contrôler n'est pas nécessairement cylindrique et sa section pas nécessairement circulaire.
Printed:l2-43-2001

2 PCT/FR00/00674 Dans le but d'améliorer la maintenance d'équipements mécaniques en général, il est utile de surveiller et de contrôler les pièces qui sont soumises à des efforts, notamment en plaçant, sur ces pièces, des capteurs qui permettent d'obtenir des informations quant à leur comportement statique ou dynamique. Cela peut s'effectuer, par exemple, au moyen d'une mesure de déformation.
Dans le cadre du freinage des véhicules terrestres et des avions par exemple, la connaissance des déformations des arbres de roues permet de donner des indications précises quant au couple de freinage exercé, indépendamment par exemple des 1o glissements ou des déformations des roues. La connaissance de ce couple de freinage permet notamment d'améliorer les performances de l'asservissement du freinage.
Pour de nombreuses applications, une pièce soumise à un couple est également déformée par des efforts de flexion. Très souvent, ces efforts de flexion viennent - perturber la mesure du couple et il est nécessaire de les éliminer. D'une manière plus générale, on peut vouloir, lors d'une mesure, garder certaines composantes du torseur de forces tel que défini ci-dessus et éliminer les autres.
Les capteurs extensométriques connus sont de nature et de performance diverses.
2o Plusieurs technologies différentes permettent la mesure du couple. Par contre, peu d'entre elles permettent une mesure via un dispositif économique, simple, rapporté
facilement sur la pièce à contrôler, sans organe d'assemblage complémentaire.
En effet, on peut instrumenter la pièce à contrôler directement avec des jauges de contrainte dont le nombre, l'emplacement et les directions sont convenablement choisis, tel que décrit dans de nombreux manuels d'extensométrie. Ces installations sont très coûteuses, difficiles et impossibles à réaliser en dehors d'ateliers ou de laboratoires spécialisés et de personnel très qualifié. On tente de contourner cette difficulté en équipant de jauges extensométriques des corps d'épreuve qui sont ensuite 3o intercalés entre deux éléments de la pièce à instrumenter. C'est le cas par exemple des

3 PCT/FR00/00674 couplemètres de banc d'essai intercalés entre l'arbre moteur et l'arbre récepteur d'une installation de transmission de puissance.
C'est le cas aussi de nombreux dispositifs tels que ceux décrits dans les publications DE-A-3 406 059 et 3 405 168 ou EP-A-0 410 133. Ces dispositifs restent coûteux et spécifiques, nécessitent une adaptation de la pièce à contrôler et sont même parfois impossibles à installer car ils demandent des modifications trop importantes.
Nombre d'entre eux demandent à être découplés des sollicitations parasites (couplemètres de banc).
Par ailleurs, la publication US-A-3 780 817 décrit un capteur limité à la mesure des efforts de flexion et constitué d'une lame flexible précontrainte montée entre deux plots fixes, cette lame portant des jauges de contrainte. Son inconvénient majeur réside dans le fait qu'il n'est pas réglable, ces points de fixation étant fixes. Il n'est donc pas possible de tarer ce capteur avant ou pendant son utilisation pour obtenir un point de fonctionnement prédéterminé. Dans la publication US-A-5 585 572, le capteur de torsion est très complexe et encombrant. Il demande une mise en oeuvre très coûteuse et ne peut pas être utilisé sur des arbres d'accès difficile, indémontable ou de forme non cylindrique.
D'autres dispositifs utilisent la variation de capacité d'un entrefer déformable, ou une mesure optique. Ils utilisent, en général, la rotation de sections voisines et mesurent une variation de longueur représentative de cet angle. Dans le montage décrit dans la publication US-A-4 941 363, par exemple, les deux faces du condensateur sont montées sur des colliers enserrant l' arbre, et la fiabilité du serrage est très difficile à
assurer. De plus, le serrage est impossible si l'arbre n'est pas cylindrique.
II est très difficile d'éliminer les contraintes parasites. La plupart de ces dispositifs sont, en plus, sensibles aux agressions extérieures.
3o Il existe encore d'autres types de capteur de torsion comme celui décrit dans la . 02-03-2001 PCT/FROO/OOfi74 DESC

publication US-A-5 83I I80 qui utilise la magnétostriction. Ce capteur est limité à la mesure du couple de torsion sur une barre de direction d'un véhicule où les efforts de torsion sont faibles et les efforts parasites de flexion par exemple sont presque inexistants. Ce capteur présente une forme complexe adaptée à la géométrie de la s barre qui ne permet pas sa reproductibilité industrielle à des coûts réduits. De plus, son principe de mesure est très sensible aux écarts de température. Et son montage sur l'arbre n'autorise aucune possibilité de réglage. Le procédé de mesure basé sur deux capteurs symétriques par rapport à un pli pesant pat. l'axe de la barre ne permet pas d'annuler automatiquement les efforts parasites puisque les deux capteurs 1 o sont en opposition. Ce capteur et son procédé de mesure ne sont donc pas du tout adaptés à l'application particulière de l'invention.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en offrant un procédé
de mesure d'un couple ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, ce 15 dispositif étant facilement industrialisabIe et reproductible à moindre coût, d'une très grande précision, très peu encombrant, pouvant s'adapter à des pièces de formes diverses, d'une grande facilité de montage et de démontage sans devoir démonter les pièces environnantes, insensible aux variations de température, pouvant être ajusté
une fois monté sur la pièce et permettant d'utiliser des capteurs spécifiques ou 2o disponibles dans le commerce, ces capteurs étant capables de mesurer une élongation sans effort exagéré sur leurs appuis ou points d'ancrage.
Ce but est atteint par le procédé tel que défini en préambule, caractérisé en ce que l'on dispose les deux points d'ancrage distincts de chaque capteur sur la surface de 25 ladite pièce de telle manière que les deux droites passant respectivement par les deux points d'ancrage distincts de chacun des capteurs reportées sur la surface développée de ladite pièce sont sensiblement parallèles entre-elles et forment avec une droite parallèle à l'axe de symétrie de ladite pièce passant par l'un desdits points d'ancrage un angle.cc compris entre 0 et 90°. De préférence, l'angle a peut être égal ~à 45°.
Prïnted:l 2-03-2001 2 . 02-03-2001 PCT/FR00/00674 DESC

Selon les variantes de disposition desdits capteurs, on peut les disposer de façon diamétralement opposée sur ladite pièce.
Ce but est également atteint par le dispositif tel que défini en préambule et caractérisé en ce qu'au moins un des plots comporte des moyens de réglage agencés pour ajuster la précontrainte exercée sur ladite lame.
Ce dispositif s'applique avantageusement à des pièces importantes, peu maniables, faisant partie d'un système complexe que l'on ne peut modifier et / ou que l'on désire io instrumenter en grande série.
Chaque plot comporte, avantageusement, un sabot de blocage pourvu d'une fente pour recevoir l'extrémité correspondante de ladite lame précontrainte et fixé
dans ledit plot par une vis de fixation. Les moyens de réglage peuvent comporter une vis ~5 de réglage coopérant avec au moins un sabot de blôcage pour ajuster sa position en direction de ladite lame précontrainte.
De préférence, les organes de couplage comportent des plots d'ancrage, chaque plot d'ancrage comportant un méplat supérieur fixé solidairement à un plot d'un capteur et 2o une face inférieure présentant une forme adaptée à celle de ladite pièce et fixée solidairement à cette dernière.
Le plot peut être fixé au plot d'ancrage correspondant au moyen d'un organe de fixation amovible et le plot d'ancrage peut être fixé sur ladite pièce par un procédé de 2s fixation choisi parmi le collage, Ia soudure, le vissage, le surmoulage.

De préférence, les plots d'ancrage sont réalisés dans une matière rigide, indéformable, telle qu'un métal ou un alliage de métaux.
En fonction des dispositions desdits capteurs sur la pièce, le calculateur est choisi parmi un sommateur et un soustracteur, numérique ou analogique.
Le procédé selon l'invention a pour avantages principaux de fournir des informations fiables et précises liées au couple de torsion d'une pièce, avec un nombre minimum de capteurs, soit deux, en éliminant automatiquement les efforts parasites même si ceux-1o ci sont importants, en compensant automatiquement les dilatations éventuelles dues aux variations de température, au moyen d'une électronique de conditionnement sommaire disposée à proximité de ces capteurs ainsi qu'avec un traitement analytique ou numérique simple.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la description qui suit d'une forme de réalisation préférée et de ses variantes et des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels:
~ les figures 1 et 2A à 2C représentent des schémas de principe du procédé et du dispositif selon l'invention, 2o ~ la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un capteur du dispositif de l'invention, ~ la figure 4 est une vue en perspective du capteur de la figure 3, ~ la figure 5 représente un exemple de montage du capteur de la figure 3, ~ les figures 6 à 8 représentent différentes implantations possibles des capteurs du dispositif de l'invention, ~ les figures 9A et 9B représentent les déformations subies respectivement en cas de moment fléchissant et d'effort tranchant, ~ les figures l0A à lOD représentent les diagrammes polaires du signal obtenu par les capteurs du dispositif de l'invention selon différentes implantations, ~ les figures 11A et 11B représentent deux exemples de circuit électronique associé

~

auxdits capteurs du dispositif de l'invention permettant deux combinaisons de signaux différentes.
La figure 1 représente schématiquement un dispositif de mesure du couple 10 complet selon (invention. Une pièce mécanique 1 est soumise à des efforts de flexion Fx et Fz associés à leurs moments Mx et MZ et à un moment de torsion My associé à
l'effort Fy. Par conséquent, le torseur de forces d'un tel système est défini comme suit dans un repère trigonométrique Fx Fy Fz 1o Mx My Mz Cette pièce 1 est instrumentée de deux capteurs 2, identiques, rapportés sur la structure mécanique à étudier de ladite pièce par des organes de couplage 3 et agencés pour fournir des signaux électriques en fonction des éventuelles déformations de ladite structure. Ces capteurs 2 sont reliés par des liaisons électriques

4, support de transfert desdits signaux, vers un conditionneur de signal 5. Les signaux sont alors transmis, via un transmetteur 6, à un calculateur 7 qui, après combinaison numérique de ces signaux, délivrera une indication des efforts de couple appliqués sur ladite pièce mécanique 1. Cette combinaison de signaux peut être effectuée dans le conditionneur 5 même, de manière analogique, ou dans le calculateur 7 de façon numérique.
La pièce mécanique 1 peut être un arbre de section circulaire ou non, un arbre de liaison entre deux machines tournantes, un arbre de roues d'un véhicule (essieu de camion, de véhicule ferroviaire, etc.) ou encore la fusée d'un train d'atternssage d'un avion. Si cet arbre n'est soumis qu'à un effort de couple pur C, un seul capteur 2 rapporté est nécessaire. Aucun découplage n'est en effet nécessaire dans ce cas. En effet les composantes Fx, Fz, Fy, Mx et Mz sont nulles. Le capteur 2 mesure alors uniquement la composante My.

~

Si des efforts de flexion sont superposés à cet effort de torsion C et si l'effort Fy est négligeable vis à vis des autres composantes du torseur de forces, deux capteurs 2 diamétralement opposés par rapport à l'axe de la pièce 1 sont à implanter (voir figures 2A à 2C). La figure ZA est une vue en bout de la pièce 1 instrumentée, la figure 2B
s est une vue de face de cette pièce et la figure 2C est une vue en plan de la pièce 1 instrumentée développée. II apparaît clairement sur la figure 2C que les deux capteurs 2 sont positionnés parallèlement sur deux courbes (a) de la pièce 1 parallèles et inclinées par rapport à l'axe de la pièce 1 d'un angle oc. L'avantage de cette configuration est que l'un des capteurs 2 mesure à la fois Fx, =Fz, -Mx, Mz et My, lo alors que le deuxième mesure -Fx, Fz, Mx, -Mz et My. C'est la combinaison des signaux délivrés par les deux capteurs 2 qui permet d'obtenir la mesure de la composante voulue. L'addition des signaux obtenus permet une mesure de My. La soustraction des signaux permet d'obtenir une évaluation de Fx, Fz, Mx et Mz.
ls Si l'on veut découpler ces quatre efforts Fx, Fz, Mx et Mz, des capteurs 2 supplémentaires sont à implanter sur la pièce mécanique 1 à étudier. Des organes de couplage 3 permettent l'adaptation des capteurs 2 sur la piëce mécanique 1.
Ils sont rigides et peuvent être des vis, des plots, des languettes, des brides de serrage ou des goupilles par exemple, mais aussi de la colle ou des soudures. Ces organes de 2o couplage 3 permettent la transmission intégrale des déformations de la pièce mécanique 1 vers le capteur 2. Le matériau utilisé est tel que les déformations propres de ces organes de couplage 3 sont négligeables vis à vis de celles de la pièce 1. Ce matériau est par exemple un métal, un alliage de métaux ou tout autre matériau rigide et indéformable.
2s Les signaux électriques délivrés par ces capteurs 2 sont reliés à un conditionneur de signal S. Ce conditionneur 5 peut être totalement ou partiellement interne, voire externe aux deux capteurs 2. Ceci peut rendre inutile tout traitement externe complémentaire. La liaison électrique 4 est dans ce cas interne au capteur 2.
Seule la 30 liaison par transmetteur 6 existe. Cette dernière peut être de différentes natures. Dans le cas d'un arbre statique, elle peut être sous forme filaire. Dans le cas d'un arbre en rotation, la liaison 6 peut être effectuée par voie hertzienne, optique ou par collecteur tournant.
Le calculateur 7 fait l'acquisition des signaux issus des capteurs 2. Si la pièce 1 n'est soumise qu'à un couple de torsion C, le calculateur 7 n'est pas nécessaire, excepté
dans le cas où l'utilisateur veut faire une remise à l'échelle ou un changement de variables. Sinon, le calculateur 7 permet une mesure découplée des différents efforts de torsion et de flexion, cela par la combinaison des signaux issus des capteurs 2.
lo Dans le cas d'une pièce parfaitement asymétrique, une simple addition des signaux permet de déduire une information de couple pur alors que leur soustraction permet l'obtention des efforts de flexion comme expliqué précédemment. Dans ce cas, la sommation des deux signaux peut être implantée directement dans le conditionneur de signal 5.
Si la pièce 1 n'est pas parfaitement symétrique ou si les efforts ne sont pas répartis uniformément, on peut pondérer chacun des signaux puis les additionner afin d'annuler l'influence de certains efforts qui ne présentent pas d'intérêt. Généralement, les signaux seront transmis au calculateur 7 qui effectuera la combinaison des signaux sous forme numérique.
Les figures 2A à 2C décrivent l'implantation particulière des capteurs dans le cadre d'une pièce 1 dont le comportement ainsi que la géométrie sont symétriques.
Dans le cadre de cette invention, deux capteurs 2 doivent être diamétralement opposés sur deux courbes (a) parallèles de la pièce 1, cela dans le but de découpler les efforts de flexion et d'obtenir une mesure de My (torsion), la composante Fy étant négligeable vis à vis des autres composantes du torseur de forces. La valeur de l'angle 8 peut être variable selon les applications, l'encombrement et l'importance des efforts de flexion dont il faut s'affranchir. La distance D permet de mesurer un couple et d'ajuster la 3o plage de mesure du capteur 2 aux efforts de torsion appliqués à la pièce 1.
En effet, de cette manière, le capteur 2 mesure le comportement relatif de deux courbes de la structure de la pièce 1 en torsion. Si cette structure ou les efforts appliqués ne sont pas symétriques, une modélisation par la méthode des éléments finis est précieuse pour déterminer les zones où les capteurs 2 doivent être implantés, cela dans le but de découpler le couple de torsion C des efforts de flexion. Si seul un léger défaut de symétrie existe, on peut garder la configuration illustrée dans la figure 2A.
Il faudra cependant prendre soin d'optimiser l'angle 8 et la distance D afin d'obtenir les meilleures précisions possibles au niveau de la mesure. L'utilisation d'un nombre supérieur de capteurs 2 peut être nécessaire dans une telle configuration.
Leurs lo signaux seront là aussi combinés.
En référence plus particulièrement aux figures 3 et 4, une forme spécifique de capteur de mesure 2 est à présent décrite. Il convient de préciser que tout autre type de capteur de mesure peut convenir, notamment des capteurs déjà existants dans le commerce. Le capteur 2, tel qu'illustré, comporte deux plots 21 entre lesquels est montée une lame 22 précontrainte portant un élément sensible 22' formé par exemple d'une jauge résistive, capacitive, piézo électrique ou tout autre moyen équivalent, déposé selon un procédé de fabrication sous vide à la manière des circuits intégrés.
Cet élément sensible 22' est couplé à un boîtier électronique 29 monté sur un des plots 21 par des fils électriques ou toute autre liaison électrique 4, ce boîtier comportant par exemple le conditionneur S, le transmetteur 6, le calculateur 7 et une sortie filaire 29' vers un afficheur déporté et non représenté.
La lame précontrainte 22 est fixée solidairement à l'intérieur des plots 21 par l'intermédiaire de sabots de blocage 24, 24'. Elle comporte dans ses zones d'extrémités un trou permettant le passage d'une vis de fixation 25 passant à travers un trou lisse correspondant prévu dans les plots et vissée dans les sabots de blocage 24, 24'. Ces sabots de blocage 24, 24' comportent une fente recevant les extrémités correspondantes de la lame précontrainte 22. Un des sabots de blocage 24 est fixe et l'autre sabot de blocage 24' est mobile en translation selon la flèche P grâce à des WO 00/57149 i i PCT/FR00/00674 moyens de réglage. Ces moyens de réglage comportent une vis de réglage 26 disposée parallèlement à la lame précontrainte 22 traversant un trou lisse prévu dans le plot 21 correspondant et vissée dans le sabot 24' afin d'ajuster précisément sa position en direction de la lame et, de ce fait, d'ajuster l'effort de précontrainte exercé sur cette lame 22. L'extrémité de la lame précontrainte 22 correspondante est immobilisée dans ce sabot 24' par une vis intermédiaire 23 qui reçoit la vis de fixation 25. Le plot 21 correspondant comporte un trou oblong pour le passage de la vis de fixation 25 autorisant ledit réglage.
1o La réalisation et le montage du capteur 2 sont réalisés en laboratoire par du personnel qualifié et avec toutes les précautions et précisions nécessaires dans le but d'obtenir des capteurs 2 très précis et fiables dans le temps. Ce type de montage ne pourrait en aucun cas être réalisé en atelier directement sur la pièce 1 à contrôler.
Après assemblage, la partie centrale du capteur 2 contenant ladite lame 22 et son élément sensible 22' ou l'ensemble du capteur 2 est soit moulé dans une matière synthétique ayant pour fonction de protéger le capteur par rapport aux agressions extérieures, soit recouvert par un boîtier adéquat.
Le capteur 2 ainsi obtenu peut être ensuite monté très facilement sur la pièce 1 à
2o instrumenter soit directement, soit par l'intermédiaire d'organes de couplage 3 constitués par des plots d'ancrage, pourvus d'un méplat supérieur 31, d'un talon 32 et d'une face inférieure 33 de forme adaptée à celle de la piëce 1. Dans ce cas, les plots 21 du capteur 2 sont positionnés sur le méplat supérieur 31 des plots d'ancrage 3 et fixés par des vis de fixation 27 traversant un alésage lisse 28 prévu dans lesdits plots 21. Ces alésages lisses 28 peuvent être des trous oblongs pour autoriser un réglage supplémentaire entre les deux points d'ancrage A et B. Les méplats 31 prévus sur les plots d'ancrage 3 définissent entre eux une surface parfaitement plane permettant le montage dudit capteur 2. Ces plots d'ancrage 3 sont ensuite fixés sur la pièce 1 à
instrumenter, par collage dans la plupart des cas, soudure, vis ou tout autre moyen 3o approprié. La forme de la face inférieure 33 desdits plots d'ancrage 3 est adaptée à la ~

forme de la pièce 1 soit par usinage, déformation plastique ou moulage direct sur cette pièce 1 dans les cas les plus compliqués. Dans le cas de la figure 6, par exemple, ces plots d'ancrage 3 peuvent être simplement découpés dans un tube à l'aide d'un poinçon cané convenablement orienté. La fixation du capteur 2 sur les plots d'ancrage 3 par les vis 27 rend celui-ci très aisément démontable. Les plots d'ancrage 3, localisés aux points de fixation du capteur 2 sur la pièce 1 à contrôler, sont très peu sensibles aux déformations. De ce fait, la fixation par collage est très fiable.
Pour monter les plots d'ancrage 3 et positionner précisément les capteurs de mesure 2 lo sur la pièce 1 à instrumenter, on utilise un gabarit 8 tel qu'illustré par la figure 5, la pièce 1 étant tronquée volontairement. Ce gabarit 8 est constitué par exemple d'un collier de serrage ayant une forme adaptée à celle de la pièce 1. Il est serré
sur cette pièce 1 par des vis 82 ou tout autre moyen approprié prévus pour resserrer ses pattes 83, emprisonner et maintenir les plots d'ancrage 3 en prenant appui sur les talons 32 correspondant pendant la phase de collage. Ce gabarit 8 comporte également des alvéoles 81 pour le centrage des capteurs 2 dans une position déterminée par une des dispositions retenues et / ou par calcul. Ce gabarit 8 est ensuite retiré
lorsque la phase de collage est achevée.
2o Selon la forme de la pièce 1 à instrumenter, les efforts auxquels elle est soumise et les informations que l'on veut obtenir, les deux capteurs de mesure 2 peuvent être disposés différemment en référence aux figures 6 à 8.
Dans la figure 6, les capteurs 2 sont diamétralement opposés et orientés selon deux courbes (a) de la pièce 1, parallèles et formant un angle a avec l'axe de symétrie de cette pièce. Dans cette disposition, l'angle a est égal à 45°
conformément aux explications données ci-après. Mais, il peut aussi être compris en 0 et 90° en excluant toutefois ces deux valeurs extrêmes. En effet, pour a=0 ou a=90°, la sensibilité du capteur en torsion est nulle, car on ne peut pas mesurer de cisaillement à
l'aide de 3o cette disposition.

Dans la figure 7, les deux capteurs 2 ne sont pas diamétralement opposés mais sont placés d'un côté de la fibre neutre de la pièce 1 et symétriquement par rapport à un plan passant par l'axe de cette pièce 1, chacun étant disposé sur une courbe (a) de la pièce 1 formant un angle a, avec l'axe de symétrie de cette pièce, les deux courbes (a) se croisant. L'angle a, peut être aussi égal à 45° ou différent selon les besoins.
Dans la figure 8, les capteurs 2 sont disposés perpendiculairement par rapport à l'axe de symétrie de la pièce 1 et les plots d'ancrage 3 sont décalés entre eux d'une distance La. Ainsi, les points d'ancrage A et B de chaque capteur 2 sont également positionnés 1o sur deux courbes (a) parallèles entre elles et inclinées par rapport à
l'axe de la pièce 1 d'un angle oc.
On rappelle que dans le cas d'une pièce mécanique 1 soumise à des efforts de flexion Fx et Fz associés à leurs moments Mx et MZ et à un moment de torsion My associé à
un effort Fy, le torseur de forces d'un tel système dans un repère trigonométrique est Fx Fy Fz Mx My Mz La figure 6 représente une disposition du capteur de mesure 2 permettant la meilleure 2o mesure du moment de torsion My. Ce moment My se traduit en effet par une matrice des contraintes en un point de la surface, dans le repère xy, de la forme ~ 0 0 ~ où T
représente un cisaillement. Après diagonalisation, cette matrice se présente sous la forme ~ ~l ou ~I et 6a représentent les contraintes normales principales dans le repëre I, II, tourné de 45° par rapport au repère initial xy, avec ~B =
-aI. et I ~I, III ._ i. La matrice des déformations sera, de manière similaire ~ ~ 0 ~ suivant I et 0 EII = -EI
II, EI et sn représentant les déformations principales. Par conséquent, deux éléments ~

voisins orientés suivant ces directions ne subiront aucun glissement relatif.
En effet, sur toute la longueur de la piëce 1, une hélice inclinée à 45° par rapport à l'axe de ladite pièce ou l'axe du moment My représente une isobare, parfois aussi appelée " ligne de force " et correspondant aux courbes (a). Un capteur de mesure 2 ancré
entre deux points A et B dans une direction à 45° par rapport à l'axe du moment My verra donc 1 ses extrémités se déplacer exactement suivant son axe longitudinal, à
l'exclusion de toute rotatiom relative sur la surface de la pièce 1. Ce capteur 2 subira donc moins d' effets parasites.
1 une élongation maximale 0I. de ses points d'ancrage A et B pour un moment My donné et une distance AB donnée. Sa sensibilité vis à vis du moment de torsion My sera donc maximale.
Dans le cas d'une disposition des capteurs de mesure 2 sur des courbes (a) où
l'angle d'inclinaison oc est différent de 45°, la valeur lue par le capteur sera une partie de celle du cas précédent, correspondant à la projection de l'élongation 0L précédente sur l'axe du capteur. Le capteur sera moins sensible à la torsion et davantage aux déformations parasites, ainsi qu'à d'autres composantes du torseur de forces.
On peut utiliser cette disposition lorsque la disposition de la figure 6 est impossible pour des 2o raisons d'encombrement, et / ou si l'on dispose d'un capteur peu sensible aux déformations parasites, ou si l'on désire renforcer la sensibilité à l'une des autres composantes du torseur des forces, par exemple pour extraire le poids sur un arbre de roues par une combinaison des signaux des capteurs par exemple suivant le schéma électrique illustré par la figure 11B.
La figure 8 représente une disposition différente du capteur 2, où celui-ci est placé à
90° par rapport à l'axe du moment de torsion My, les plots d'ancrage 3 étant décalés d'une longueur La perpendiculairement à l'axe du capteur. Le capteur 2 mesure une élongation proportionnelle au décalage La et à la rotation relative des sections voisines 3o de la pièce 1 due au moment de torsion My. On mesure ainsi une valeur représentative d'un cisaillement. Cette disposition peut être utilisée lorsque les contraintes géométriques ne permettent pas d'utiliser le montage de la figure 6, ou lorsqu'on veut augmenter ou diminuer l'élongation OL, à mesurer pour l'adapter à l'étendue de mesure du capteur. Dans la figure 6, qui représente le schéma de base de l'installation du dispositif avec ses deux capteurs de mesure 2 diamétralement opposés et ses plots d'ancrage 3, on a schématisé les " lignes de force " de torsion, correspondant aux courbes (a), suivant lesquelles sont collés lesdits capteurs. Les deux capteurs enregistrent donc des déformations égales et de même signe.
lo La figure 9A représente les déplacements enregistrés par ces mêmes capteurs 2 sous l'effet d'un moment fléchissant pur. Le capteur 2 subit un raccourcissement D-d ou un allongement D+d suivant qu'il se trouve au dessus ou au dessous de la fibre neutre N, en même temps qu'une rotation ~ de ses plots d'ancrage 3. La figure 9B
représente les déformations des sections d'une pièce 1 soumise à un effort tranchant. Si l'on considère une section transversale, on constate que cette section ne reste pas plane après déformation, contrairement au cas du moment fléchissant pur, sous l'effet du cisaillement dans la direction x. De même, on constate un glissement relatif de deux sections voisines. Ce cisaillement n'est pas également réparti dans une section, mais maximal au niveau de la fibre neutre N. Les cas réels de flexion sont le plus souvent une combinaison des cas 9A et 9B.
Les figures l0A à lOD représentent les diagrammes polaires du signal d'un capteur 2 monté sur une pièce 1 soumise à des efforts de flexion en fonction de sa position angulaire sur ladite pièce 1. Le signal maximal est enregistré à 90° de la fibre neutre N
de la pièce 1 et le signal minimal sur la fibre neutre N.
La figure l0A correspond au cas où les deux capteurs 2 sont diamétralement opposés, disposés sur la fibre neutre N et orientés à 45° comme sur la figure 6.
On devrait enregistrer des signaux nuls ou très faibles. Or ces capteurs ne sont pas symétriques par rapport aux efforts de flexion et, à cause des phénomènes décrits en référence aux figures 5A et 5B, et parce que les capteurs ont une longueur non négligeable, il existe une incertitude très grande sur la valeur et le signe de la déformation DL, enregistrée, rendant l'élimination du signal de flexion très aléatoire.
La figure lOB correspond au cas où les deux capteurs 2 sont décalés d'un angle b par rapport à la fibre neutre N de flexion (8 >_ 30°) et sont diamétralement opposés, l'angle (3 étant égal à 180°. Ce décalage angulaire permet aux capteurs 2 de fournir avec certitude des signaux de signes opposés pouvant être combinés suivant le schéma électrique illustré par la figure 11 A dans le but d'éliminer les efforts de flexion, avec 1o une éventuelle pondération de chaque capteur si la dissymétrie du diagramme polaire la rend nécessaire.
Les mesures effectuées montrent souvent une dissymétrie importante du diagramme de flexion entre les zones en traction (représentées par le signe +) et les zones en compression (représentées par le signe -). Il peut arriver également, dans le cas du freinage en particulier, que l'une des composantes Fx ou Fz soit variable, modifiant ainsi l'orientation de la résultante provoquant la flexion et donc celle du diagramme polaire.
2o Dans ce cas, on peut décaler, comme illustré par la figure lOC, l'un des deux capteurs 2 de telle manière que l'angle (3 soit différent de 180°. Les angles 8 et /3 seront déterminés par calcul et / ou essais pour avoir la meilleure combinaison possible des signaux de signe opposé dans tous les cas de fonctionnement.
La figure lOD correspond à une variante de la disposition des capteurs 2 telle qu'illustrée par la figure 7. Contrairement à la figure 6, les capteurs 2 sont disposés suivant des lignes de force de torsion de signe opposé. En projection, ils apparaîtront non plus croisés à 90° mais parallèles. Les angles 8 et (3 sont définis tels que les capteurs 2 soient du même coté de la fibre neutre de flexion, l'angle (i étant voisin de ~

90°. La combinaison des signaux sera dans ce cas telle que suivant le schéma électrique illustré par la figure 11B. Dans ce cas, on soustrait deux signaux de torsion de signe opposé et deux signaux de flexion de même signes.
My-(-My)+F-F= 2My L'avantage de cette disposition est de pouvoir supprimer également une traction Fy et surtout une dilatation thermique 0 dont l'effet est identique sur les deux capteurs.
My-(-My)+Fx-Fx+Fz-Fz+Fy -Fy+~-~= 2My On évite ainsi l'utilisation obligatoire de capteurs auto compensés.
1o La figure 11A illustre un exemple de circuit électronique 9 pour permettre le conditionnement et la combinaison des signaux dans le cas des dispositions des capteurs de mesure 2 illustrées dans les figures 1, 6 et 8. Ce circuit électronique 9 comporte les deux capteurs 2 alimentés électriquement par une alimentation A
et délivrant chacun un signal SI1, SI2, un conditionneur de signaux 5 associé à
chaque capteur 2 et délivrant chacun un signal de sortie S 1, S2 et un calculateur 7 qui est, dans ce cas, un sommateur analogique, mais qui peut être remplacé par un calculateur numérique.
Le conditionneur de signaux 5, ou conditionneur du pont de jauges, comporte un 2o régulateur de tension d'alimentation du pont 51, un amplificateur d'instrumentation 52 et un dispositif de corrections d'étalonnage et de température 53. Ces compensations peuvent être réalisées de manière mécanique ou analogique ou numérique. Il existe des circuits réalisant l'ensemble des fonctions S1 à 53 de manière soit analogique, soit numérique.
Le sommateur 7 comporte quatre résistances R1, R2, R3, R4 et un amplificateur différentiel 71 qui délivre un signal de sortie S en fonction des signaux S 1 et S2 selon la formule suivante __ R3*S2 R3*Sll S C R2 + Rl J avec S1= kl*My+k2*Fz et S2= k3*My+k4*Fz Si le diagramme polaire de flexion est symétrique, il suffit d'avoir Rl=R2=R3 pour éliminer complètement la flexion et garder un signal proportionnel au moment de torsion. Dans le cas contraire , on joue sur les valeurs des résistances pour pondérer et éliminer complètement le signal de flexion.
La figure 11A représente le montage le plus universel avec un conditionnement séparé
pour chaque capteur de mesure 2. Il est naturellement possible de simplifier ou de regrouper le conditionnement des deux capteurs.
lo La figure 11B représente un exemple de circuit électronique 9' pour permettre le conditionnement et la combinaison des signaux dans le cas de la disposition illustrée dans la figure 7. Il peut être également utilisé dans un montage du type représenté sur la figure lOB, lorsqu'on veut, en dehors des périodes de freinage sur un véhicule, mesurer la composante du poids exercée sur l'arbre de roues instrumenté. Il se compose, outre les deux capteurs de mesure 2 et les conditionneurs de signaux

5, d'un calculateur T correspondant à un soustracteur qui peut être analogique comme représenté ou numérique. Le signal de sortie S correspond à la formule suivante S = R3 S2 + R2(R3 + R4) Sl soit S =A* S 1-B * S2 avec S 1=aMy+bFX+cFZ+Fy+D et R4 R4(Rl + R2) S2=-aMy+bFx+cFZ+Fy+~
2o On obtient bien, dans le cas de la figure 7 My-(-My)+Fx-Fx+Fz-Fz+Fy -Fy+0-0= 2My si R 1=R2=R3=R4 Et dans le cas de la figure lOB
My-My+Fz+Fz= 2Fz Lorsque la pièce 1 est une pièce dont le comportement ainsi que la géométrie sont symétriques, l'application d'un effort de flexion génère une modification de la distance entre les points d'ancrage A et B des capteurs de mesure 2 placés sur cette pièce 1.
Cette distance augmente pour l'un des capteurs et diminue pour le deuxième. Si la pièce 1 est parfaitement symétrique, la valeur absolue de ce déplacement est la même pour chacun des deux capteurs. Lorsque l'on additionne les signaux issus des deux capteurs, on obtient donc un signal ne variant pas en fonction de la force appliquée.
S'il existe une légère dissymétrie de la pièce 1, on peut pondérer chacun de ces signaux afin d'obtenir un signal constant en fonction de la charge en flexion appliquée.
Lorsque la pièce 1 est une pièce dont le comportement ainsi que la géométrie sont symétriques, l'application d'un couple génère également une variation de la distance entre les points d'ancrage A et B des capteurs de mesure 2 placés sur cette pièce 1.
Cette variation est de même sens pour les deux capteurs. Si .l'on ajoute les deux lo signaux, pondérés ou non, on obtient un signal représentatif du couple My appliqué à
la pièce 1.
La présente invention s'applique principalement aux dispositifs de freinage de tout type de véhicules : véhicules automobiles, camions, ferroviaires, avions ainsi que des machines tournantes pour assurer le suivi, le contrôle et la régulation des freins, mais aussi le contrôle des pièces elles-mêmes.
Dans ces applications particulières, les axes de roues des véhicules sont soumis à des efforts complexes et colossaux, dus aussi bien au poids du véhicule qu'à la force de 2o freinage. Les efforts parasites (flexion et autres) peuvent être quelque fois aussi importants que les efforts de torsion à mesurer. II en découle que les capteurs de torsion doivent répondre à un cahier de charges très sévère, dont les points essentiels sont rappelés ci-après ~ une précision du capteur de moins de 5%
~ une taille du capteur de quelques centimètres cubes car l'encombrement disponible est souvent limité et l'accès difficile ~ une très grande facilité de montage et de démontage du capteur sans devoir démonter les pièces environnantes comme les roues, et sans ajout d'accessoires complexes pour la fixation du capteur ~ une bande passante du capteur de quelques kilo-hertz pour qu'il ne soit pas ~

perturbé par toute une gamme de vibrations mécaniques ~ une possibilité de préréglage et de réglage du capteur après montage pour ajuster précisément son point de fonctionnement ~ une insensibilité aux variations de température par une auto-compensation thermique ~ une fabrication industrielle en série à moindre coût avec une parfaite répétitivité.
Elle n'est pas limitée aux exemples décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme de métier, tout en restant dans l'étendue de la protection 1o définie par les revendications annexées.

Claims (10)

Revendications

1.- Procédé de mesure d'au moins une composante d'un torseur de forces appliqué à
une pièce comportant un axe de symétrie et défini comme suit dans un repère trigonométrique Fx Fy Fz Mx My Mz, ce procédé prévoyant que l'on fixe sur ladite pièce (1) au moins deux capteurs (2) de mesure de déformations, identiques, chacun étant rapporté entre deux points d'ancrage distincts (A, B) au moyen d'organes de couplage agencés pour transmettre à ces capteurs les déformations de ladite pièce, lesdits capteurs étant agencés pour délivrer des signaux électriques en fonction des modifications de la distance entre leurs points d'ancrage respectifs générées par lesdites déformations, que l'on procède à un conditionnement électrique des signaux issus des capteurs, ce conditionnement étant associé spécifiquement à ces capteurs et que l'on combine ces signaux afin de déduire la valeur de ladite composante dudit torseur de forces, caractérisé en ce que l'on dispose les deux points d'ancrage distincts (A, B) de chaque capteur (2) sur la surface de ladite pièce (1) de telle manière que les deux droites (a) passant respectivement par les deux points d'ancrage distincts (A, B) de chacun des capteurs (2) reportées sur la surface développée de ladite pièce (1) sont sensiblement parallèles entre elles et forment avec une droite parallèle à l'axe de symétrie de ladite pièce (1) passant par l'un desdits points d'ancrage (A, B) un angle a compris entre 0 et 90°.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle a est de préférence égal à 45°.

3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dispose lesdits capteurs (2) de façon diamétralement opposée sur ladite pièce (1).

4.- Dispositif de mesure d'au moins une composante d'un torseur de forces appliqué à
une pièce comportant un axe de symétrie et défini comme suit dans un repère trigonométrique:
Fx Fy Fz Mx My Mz pour la mise en oeuvre du procédé de mesure, ce dispositif comportant au moins deux capteurs (2) de mesure de déformations, identiques, chacun étant rapporté
entre deux points d'ancrage distincts (A, B) et fixé à ladite pièce (1) au moyen d'organes de couplage (3) agencés pour transmettre à ces capteurs les déformations de ladite pièce (1), lesdits capteurs étant agencés pour délivrer des signaux électriques en fonction des modifications de la distance entre leurs points d'ancrage respectifs générées par lesdites déformations, un circuit électronique comportant un conditionneur électrique des signaux issus des capteurs, ce conditionneur étant spécifiquement associé à ces capteurs, et un calculateur intégrant ces signaux en vue de déduire la valeur de ladite composante dudit torseur de forces, chaque capteur (2) comportant deux plots (21) distants d'un intervalle équivalent à celui défini entre les points d'ancrage (A, B) et une lame précontrainte (22) montée à ses extrémités dans lesdits plots (21) et portant au moins un élément sensible (22'), caractérisé en ce qu'au moins un des plots (21) comporte des moyens de réglage agencés pour ajuster la précontrainte exercée sur ladite lame.

5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les plots (21) comportent chacun un sabot de blocage (24, 24') pourvu d'une fente pour recevoir les extrémités correspondantes de ladite lame précontrainte (22) et fixé dans ledit plot par une vis de fixation (25) et en ce que les moyens de réglage comportent une vis de réglage (26) coopérant avec au moins un sabot de blocage (24') pour ajuster sa position en direction de ladite lame précontrainte (22).

6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les organes de couplage comportent des plots d'ancrage (3), chaque plot d'ancrage (3) comportant un méplat supérieur (31) fixé solidairement à un plot (21) d'un capteur (2) et une face inférieure (33) présentant une forme adaptée à celle de ladite pièce (1) et fixée solidairement à
cette dernière.

7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plot (21) est fixé au plot d'ancrage (3) correspondant au moyen d'un organe de fixation (27) amovible.

8.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plot d'ancrage (3) est fixé sur ladite pièce (1) par un procédé de fixation choisi parmi le collage, la soudure, le vissage, le surmoulage.

9.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les plots d'ancrage (3) sont réalisés dans une matière rigide, indéformable.

10.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le calculateur est choisi parmi un sommateur et un soustracteur, numérique ou analogique, en fonction des dispositions desdits capteurs (2) sur ladite pièce (1).