FR2525501A1 - Generateur de vibrations, notamment pour simulateur de conduite de vehicules - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES GENERATEURS DE VIBRATIONS DE FREQUENCE ET D'AMPLITUDE VARIABLES. ELLE CONSISTE A PREVOIR UN BALOURD VARIABLE FORME DE DEUX BIELLETTES 10, 11 REUNIES POUR FORMER UN COMPAS D'OUVERTURE VARIABLE. LES DEUX EXTREMITES DE CE COMPAS SONT FIXEES A DES CHAPES 7, 8 MONTEES SUR UN ARBRE 6 AVEC L'UNE AU MOINS DE CES CHAPES QUI COULISSE SUR CET ARBRE. L'ARBRE EST ENTRAINE EN ROTATION A VITESSE VARIABLE, CE QUI INDUIT DES VIBRATIONS A CAUSE DU BALOURD FORME PAR LES BIELLETTES. UNE VIS 17 ENTRAINE LA CHAPE MOBILE 8 PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN ECROU 16 ET D'UN BRAS 4 POUR FAIRE VARIER LA DISTANCE ENTRE CES DEUX CHAPES. CECI AUGMENTE PLUS OU MOINS LE BALOURD, CE QUI FAIT VARIER L'AMPLITUDE DES VIBRATIONS. ELLE PERMET DE REALISER DES GENERATEURS DE VIBRATIONS POUR LES SIMULATEURS DE CHARS DE COMBAT.

Description

GENERATEUR DE VIBRATIONS, NOTAMMENT POUR
SIMULATEUR DE CONDUITE DE VEHICULES
La présente invention concerne les générateurs de vibrations qui sont utilisés notamment dans les simulateurs de conduite de véhicules, pour produire les vibrations diverses auxquelles serait soumis le conducteur de ce véhicule dans la réalité.

L'usage des simulateurs s'est étendu de l'enseignement du pilotage des avions à la conduite des véhicules de toute nature, notamment des véhicules terrestres. Les raisons d'économie, de commodité et de sécurité, qui incitent à utiliser un tel simulateur sont particulièrement importantes dans le cas des chars de combat.

La simulation doit s'étendre à un maximum de choses pour placer le conducteur dans les conditions les plus réalistes possibles. Les vibrations, dues notamment au moteur et au roulement sur le sol, sont un paramètre qui est particulièrement important dans le cas des chars de combat, en raison de la structure d'un tel véhicule et de ses capacités de fonctionnement en tout terrain.

On sait réaliser un générateur de vibrations que Iton fixe le plus souvent au siège du conducteur, soit en dessous soit sur les montants arrière par exemple.

La réalisation la plus courante d'un tel générateur consiste à utiliser un ensemble de bobines de haut-parleurs que l'on alimente par un générateur basse fréquence de puissance. Toutefois un tel matériel est fragile et manque de puissance et de fiabilité.

Ces bobines peuvent être remplacées par des pots vibrants, connus par ailleurs pour les essais en vibrations de certains matériels. Cependant lorsque l'on désire obtenir une puissance suffisante, nécessaire pour simuler les vibrations du véhicule, I'encombrement de tels pots devient excessif. D'autre part les appareils disponibles couramment ne sont pas conçus pour fonctionner en permanence, ce qui présente une limitation importante pour l'usage dans un simulateur que l'on cherche à rentabiliser au maximum en l'utilisant le plus possible. De plus ces pots produisent des vibrations dans une direction d'une part et supportent mal les chocs et les vibrations fournis par le système environnant dans les autres directions d'autre part.On peut donc difficilement les utiliser dans des simulateurs soumis à des mouvements violents dans toutes les directions tels que ceux des chars de combat.

Un excellent moyen, qui permet d'obtenir les amplitudes et les fréquences désirées, consiste à utiliser un vérin hydraulique alimenté par l'intermédiaire d'une électrovanne, elle-même commandée par un générateur basse fréquence. Si cette solution est techniquement très bonne, elle est très onéreuse et elle nécessite de plus d'installer à côté du conducteur des conduites hydrauliques à haute pression, qui sont potentiellement dangereuses.

II est également possible d'utiliser certains dispositifs pneumatiques, tels que des turbines à balourd alimentées par de l'air à pression variable.

Celles-ci produisent des vibrations dont l'amplitude est fonction de la fréquence. Toutefois cette fréquence ne peut descendre en dessous de 10 Hz, ce qui est trop élevé, et les turbines délivrent de surcroît des sifflements parasites qui ne sont pas acceptables. On sait aussi utiliser des vérins vibrants comportant des pistons qui obturent et dégagent alternativement des ouvertures d'admission et d'échappement. Toutefois ces vérins ne comportent pas de réglages et produisent également des sifflements indésirables.

On connaît enfin des moteurs électriques à balourd mais l'amplitude des vibrations qu'ils procurent ne peut pas être modifiée en fonctionnement.

Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un générateur de vibrations, notamment pour simulateur de conduite de véhicules, du type comportant un balourd entraîné en rotation, principalement caractérisé en ce qu'il comprend: - un arbre entraîné en rotation à vitesse variable; - deux biellettes réunies par une extrémité pour former un compas d'ouverture variable ; ces biellettes formant ledit balourd - des moyens pour fixer les autres extrémités des biellettes à l'arbre de
manière à les entraîner en rotation tout en permettant l'ouverture et la
fermeture du compas qu'elles forment, ce qui modifie la distance du centre de gravité des biellettes à l'axe de l'arbre et fait varier le balourd - des moyens de réglage pour modifier l'écartement des points de fixation des biellettes sur l'arbre.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent
- la figure 1, un schéma de principe d'un générateur de vibrations selon l'invention;
- la figure 2, une vue écorchée en perspective d'une réalisation pratique du générateur de la figure 1.

Le générateur de vibrations est contenu dans un coffret parallélépipédique 3 comportant des oreilles pour le fixer sur le siège du conducteur. Ce coffret est divisé intérieurement par une cloison 5 en une première partie qui contient les organes de liaison aux moteurs d'entraînement et de réglage, qui ne sont pas représentés sur la figure 2 pour des raisons de clarté, et une deuxième partie qui contient le reste du mécanisme. Les moteurs sont fixés sur la paroi extérieure de la première partie. Un premier moteur 1 destiné à générer les vibrations entraîne en rotation un arbre 6 supporté par la paroi 5 et la paroi extérieure du coffret 3 lui faisant face de l'autre côté de la deuxième partie contenant le mécanisme de vibration, à l'aide de roulements à billes à gorge profonde, qui permettent de soutenir les divers efforts axiaux qui sont appliqués à l'arbre.Ce moteur 1 d'entraînement est de préférence du type à Circuit imprimé, d'une puissance d'environ 60 watts, qui permet d'obtenir un bon couple à basse vitesse, et de ne pas nécessiter un asservissement en vitesse. II reçoit d'une alimentation de puissance contrôlée en tension par un calculateur central, une tension F dont la valeur correspond directement à la vitesse de rotation souhaitée, laquelle donne une vibration à la fréquence voulue.

Pour cela l'arbre 6 entraîne en rotation un ensemble de pièces qui forment un dispositif présentant un balourd variable par rapport à cet axe.

La mise en rotation de ce dispositif entraîne l'apparition d'efforts radiaux sur les paliers de l'arbre 6, avec une fréquence qui correspond à la vitesse de rotation et une amplitude qui correspond à la valeur du balourd. Sous
I'effet dc ces efforts, L'ensemble du générateur se met à vibrer et ces vibrations sont communiquées au siège sur lequel il est fixé.

Le dispositif à balourd variable est formé de deux chapes 7 et 8 montées sur l'arbre 6, et de deux biellettes 10 et 11 fixées d'un côté respectivement sur les chapes, et de l'autre articulées entre elles. Ces deux biellettes forment une masse excentrée ayant la forme d'un compas d'ouverture variable, dont le centre de gravité s'éloigne ou se rapproche de l'axe 6 selon que les chapes s'éloignent ou se rapprochent l'une de l'autre. Pour cela la chape 7 est fixée à l'arbre 6, cependant que la chape 8 est montée sur un support de chape 9 qui peut coulisser axialement sur cet arbre.

Pour commander le déplacement de la chape 8 un deuxième moteur 2 de réglage entraîne en rotation une tige 17 placée à l'intérieur de la deuxième partie du boîtier 3 et fixée par deux paliers de maniere à être parallèle à l'arbre 6.

La tige i7 est filetée entre les deux paliers qui la supportent sur une longueur au moins égale au débattement de la chape 8 le long de l'arbre 6.

Une pièce 16 est percée et taraudée au pas du filetage de la tige 17, de manière à jouer le rôle d'un écrou et à se déplacer axialement sur cette tige 17, dans un sens ou dans un autre selon le sens de rotation du moteur 2. La tige 17 et la pièce 16 peuvent avantageusement être formées d'une vis et d'un écrou à billes de type connu.

Cet écrou 16 est fixé rigidement à l'une des extrémités d'un bras 4, ayant dans l'exemple décrit la forme d'une plaque rectangulaire perpendiculaire à la tige 17 et à l'arbre 6. L'autre extrémité du bras 4 est percée pour former un palier dans lequel tourillonne le support de chape 9. Ce palier peut être muni d'un roulement à billes.

Le bras 4, et par suite l'écrou 16, ne peuvent donc tourner autour de l'axe de la tige 17. Ainsi lorsque le moteur 2 entraîne cette tige en rotation, le bras 4 avance ou recule en suivant le mouvement de l'écrou 16. Dans ce mouvement, le bras 4 entraîne alors le long de l'arbre 6 le support de chape 9, et donc la chape 8. Ceci entraîne l'ouverture ou la fermeture du compas formé par les biellettes 10 et 11, et donc une augmentation ou une diminution corrélative du balourd formé par ces biellettes.

On peut ainsi régler à partir du moteur 2 I'amplitude des vibrations fournies par la rotation de la masse excentrée entraînée par le moteur 1.

Dans l'exemple représenté, pour commander le moteur 2 à partir d'un signal fourni par le calculateur on utilise un système asservi. Pour cela les circuits d'interface du calculateur fournissent un signal analogique A dont la valeur est une fonction directe de l'amplitude désirée. Le bras 4, dont l'emplacement longitudinal le long de l'axe 6 correspond à l'amplitude voulue, est relié au curseur d'un potentiomètre linéaire 18 relié aux bornes d'une source d'alimentation.

Un amplificateur différentiel 19 reçoit sur l'une de ses entrées le signal A et sur l'autre le signal provenant du curseur du potentiomètre 18.

Il fournit une tension d'erreur qui s'annule lorsque ces deux signaux sont égaux et dont la polarité indique le sens de la différence entre ceux-ci.

Les valeurs des différents paramètres, notamment la tension d'alimentation et la courbe de réponse du potentiomètre, sont choisies pour que le déplacement voulu soit obtenu, le calculateur se chargeant de tenir compte du rapport entre l'amplitude désirée des vibrations et la vitesse de rotation du moteur 2 correspondant à la fréquence souhaitée.

Cette tension d'erreur fournie par le comparateur 19 est amplifiée par un amplificateur de puissance 20 qui alimente le moteur 2, lequel tourne dans un sens ou dans un autre jusqu'à annuler la tension d'erreur, ce qui donne le réglage souhaité.

En utilisant un moteur 2 d'une puissance de 20 watts, on peut obtenir un déplacement maximum de la pièce 16, et donc une variation maximum d'amplitude des vibrations en une seconde environ. Les biellettes 10 et 11 ont la forme de poutres triangulaires réunies par leur extrémité la plus large et sont trouées sur leur longueur pour concentrer la masse à leurs extrémités éloignée de l'arbre 6, ce qui augmente la variation d'amplitude des vibrations, sans nuire à la rigidité des biellettes.

Le dispositif comporte en outre des contacteurs de fin de course 20, qui permettent de manière connue d'éviter, en cas de défaut de commande, que les pièces mobiles viennent en butée avec le moteur 2 bloqué mais alimenté.

En fixant ce dispositif au dos d'un siège de simulateur de char par exemple, on peut obtenir des vibrations dont l'amplitude peut varier d'une quantité très faible jusqu'à un millimètre pour des fréquences allant jusqu 30 Hz.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Générateur de vibrations, notamment pour simulateurs de conduite de véhicules, du type comportant un balourd entraîné en rotation, caractérisé en ce qu'il comprend - un arbre (6) entraîné en rotation à vitesse variable - deux biellettes (10, Il) réunies par une extrémité pour former un compas d'ouverture variable ; ces biellettes formant ledit balourd - des moyens (7-9) pour fixer les autres extrémités des biellettes à l'arbre de manière à les entraîner en rotation tout en permettant l'ouverture et la fermeture du compas qu'elles forment, ce qui modifie la distance du centre de gravité des biellettes à l'axe de l'arbre et fait varier le balourd - des moyens de réglage (2, 4, 16, 17) pour modifier l'écartement des points de fixation des biellettes sur l'arbre.

2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les biellettes (10, 11) ont la forme de deux poutres triangulaires réunies par leur extrémité la plus large, et sont percées d'ouvertures réparties sur leur longueur de manière à concentrer l'essentiel de leur masse vers leurs extrémités réunies ensemble sans nuire à leur rigidité.

3. Générateur selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que les moyens de fixation des biellettes sur l'arbre comprennent une première chape (7) solidaire de l'arbre (6) et sur laquelle s'articule l'une des biellettes (11), et une deuxième chape (8) fixée sur un support (9) qui coulisse longitudinalement sur l'arbre ; L'autre biellette (10) s'articulant sur cette deuxième chape.

4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de réglage comprennent: - une tige filetée (17) parallèle à l'arbre (6) et fixe par rapport à celui-ci, pouvant être entraînée en rotation dans un sens ou dans l'autre; - un écrou (16) se vissant sur la tige filetée et se déplaçant axialement sur celle-ci en fonction de sa rotation; - un bras (4) solidaire de l'écrou et dans lequel tourillonne le support (9) de la deuxième chape (8) ; ce bras suivant les mouvements de l'écrou et entraînant le support et la deuxième chape le long de l'arbre (6).

5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un premier moteur (1) pour entraîner l'arbre (6) en rotation à une vitesse variable déterminée par une tension d'alimentation variable (F) ; - un deuxième rnoteur (2) pour entraîner la tige filetée (17) en rotation dans un sens ou dans l'autre; - des moyens d'asservissement (18-20) pour alimenter le deuxième moteur sous le contrôle d'un signal d'amplitude (A) et en mesurant la position du bras (4) pour positionner celui-ci à l'emplacement déterminé par le signal d'amplitude.

6. Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement comprennent: - un potentiomètre (18) dont le curseur est entraîné par le bras (4) - un amplificateur différentiel (19) dont l'une des entrées reçoit le signal d'amplitude (A) et dont l'autre entrée est reliée au curseur du potentiomètre - un amplificateur de puissance (20) dont l'entrée est réunie à la sortie de l'amplificateur différentiel et dont la sortie alimente le deuxième moteur (2).