FR2828542A3 - Electromagnetic shock absorber has cage with winding round axial core and inner sliding piston forming magnetic circuit - Google Patents
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Abstract
Description
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AMORTISSEUR ELECTROMAGNETIQUE
L'invention se rattache au secteur technique des amortisseurs et plus généralement des suspensions. ELECTROMAGNETIC SHOCK ABSORBER
The invention relates to the technical sector of shock absorbers and more generally suspensions.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse qui ne saurait cependant être considérée comme rigoureusement limitative, pour les suspensions de véhicules automobiles. The invention finds a particularly advantageous application which cannot however be considered as strictly limiting, for the suspensions of motor vehicles.
Il est notoirement connu d'utiliser, dans les suspensions, des ressorts hélicoïdaux ou des ressorts à boudins travaillant aussi bien par torsion que par flexion. Ces ressorts permettent de diminuer les vibrations haute fréquence. Par contre, dans le cadre d'une application à un véhicule automobile par exemple, si l'on utilise un ressort seul, il apparaît un phénomène bien connu en physique, à savoir la résonance, créant un effet de rebondissement qui se traduit par des débattements de l'habitacle par rapport à l'essieu. Pour limiter ce phénomène de rebondissement, on utilise également des amortisseurs. It is well known to use, in suspensions, helical springs or coil springs working both by torsion and by bending. These springs reduce high frequency vibrations. On the other hand, in the context of an application to a motor vehicle for example, if a spring is used alone, there appears a phenomenon well known in physics, namely resonance, creating a rebound effect which results in cabin travel relative to the axle. To limit this rebounding phenomenon, shock absorbers are also used.
Plus généralement, on utilise des amortisseurs hydrauliques télescopiques constitués par un cylindre dans lequel coulisse un piston travaillant dans un liquide qui offre une résistance à ces mouvements. Les amortisseurs peuvent également utiliser du gaz susceptible de remplacer la fonction de ressort. Ces amortisseurs délivrent des efforts proportionnels à la vitesse de translation du piston pour freiner les mouvements de la suspension. Ces amortisseurs ne supportent pas le poids et la charge considérée, par exemple le véhicule. Il en résulte, d'une manière générale, More generally, telescopic hydraulic shock absorbers are used which consist of a cylinder in which slides a piston working in a liquid which offers resistance to these movements. The shock absorbers can also use gas capable of replacing the spring function. These shock absorbers deliver forces proportional to the speed of translation of the piston to brake the movements of the suspension. These shock absorbers do not support the weight and the load considered, for example the vehicle. As a result, in general,
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que ce type d'amortisseur exploite le frottement, notamment le laminage d'huile dans des conduits de petite section. that this type of damper exploits friction, in particular the rolling of oil in small section conduits.
On observe également que l'effort nécessaire à un amortissement efficace, doit varier en fonction de la vitesse de déplacement par rapport au sol, dans le cadre d'un véhicule, du coefficient de raideur de la suspension, de la masse suspendue du véhicule ou autre,... Ces différents paramètres varient au cours du temps et ne sont pas pris en compte dans le cadre de suspensions classiques. En effet, les amortisseurs sont en règle générale calculés pour répondre à un compromis, par exemple tenue de route et confort dans le cas de véhicules, pour une valeur moyenne de tous les paramètres précédemment cités. It is also observed that the force necessary for effective damping must vary as a function of the speed of movement relative to the ground, in the context of a vehicle, the stiffness coefficient of the suspension, the suspended mass of the vehicle or other, ... These different parameters vary over time and are not taken into account in the context of conventional suspensions. In fact, the shock absorbers are generally calculated to respond to a compromise, for example road holding and comfort in the case of vehicles, for an average value of all the parameters mentioned above.
En résumé, les amortisseurs qui fonctionnent par laminage d'huile présentent un coefficient d'amortissement constant et fournissent, par conséquent, des efforts trop importants dans certains cas et trop souples dans d'autres. Il peut en résulter, dans le cas d'un véhicule automobile, une perte de tenue de route et de confort lorsque l'on s'éloigne des sollicitations pour lesquelles l'amortisseur a été calculé. On observe également une dégradation des performances avec l'échauffement de l'huile, le coefficient d'amortissement diminuant en même temps que la viscosité. In summary, the shock absorbers that operate by oil rolling have a constant damping coefficient and therefore provide too great efforts in some cases and too flexible in others. It may result, in the case of a motor vehicle, a loss of handling and comfort when moving away from the stresses for which the damper has been calculated. A deterioration in performance is also observed with the heating of the oil, the damping coefficient decreasing at the same time as the viscosity.
On a proposé également des systèmes de suspension active composés d'un circuit d'huile sous pression des électrovannes régulant la pression de l'huile dans le corps de l'amortisseur. Active suspension systems have also been proposed comprising a pressurized oil circuit of the solenoid valves regulating the oil pressure in the body of the shock absorber.
On connaît également des amortisseurs possédant des trous de laminage à section variable. Il apparaît toutefois que le temps de réponse Shock absorbers are also known which have rolling holes of variable section. However, it appears that the response time
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reste élevé et que les coefficients d'amortissement demeureront les mêmes sur une période considérée d'échantillonnage. remains high and that the depreciation coefficients will remain the same over a considered sampling period.
L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients, de manière simple, sûre, efficace et rationnelle. The object of the invention is to remedy these drawbacks in a simple, safe, efficient and rational manner.
Le problème que se propose de résoudre l'invention est de pouvoir modifier très rapidement le coefficient d'amortissement de la suspension et d'appliquer simplement-l'effort nécessaire à un bon amortissement à l'instant t . The problem which the invention proposes to solve is to be able to modify very quickly the damping coefficient of the suspension and to simply apply the force necessary for good damping at time t.
Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif amortisseur, remarquable en ce qu'il est du type
électromagnétique et comprend : 1 - une culasse en matériau magnétique avec un noyau axial recevant un bobinage alimenté par une source de courant électrique ; la culasse présente des agencements pour le montage d'une manière coaxiale au bobinage du noyau et avec capacité de coulissement guidé, d'un piston ; - le piston apparaît en débordement de l'un des côtés de la culasse ; - la culasse présente des agencements de fixation sur une partie fixe ou mobile ; - l'extrémité libre du piston présente des agencements de fixation sur une partie mobile ou fixe ; - le déplacement du piston, sous un effort de compression et/ou de détente fait varier la réluctance du circuit magnétique créant un effort opposé antagoniste proportionnel à la vitesse de translation du piston. To solve such a problem, a shock absorbing device has been designed and developed which is remarkable in that it is of the type
electromagnetic and comprises: 1 - a cylinder head made of magnetic material with an axial core receiving a winding supplied by a source of electric current; the cylinder head has arrangements for mounting in a coaxial manner with the winding of the core and with guided sliding capacity, of a piston; - the piston appears to overflow from one of the sides of the cylinder head; - The cylinder head has fixing arrangements on a fixed or mobile part; - The free end of the piston has fixing arrangements on a mobile or fixed part; - The displacement of the piston, under a compression and / or expansion force varies the reluctance of the magnetic circuit creating an opposing opposing force proportional to the translation speed of the piston.
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Compte tenu de ces dispositions, il en résulte que les résultats obtenus font apparaître que les efforts augmentent avec la vitesse de translation. En effet, la translation du piston fait varier la réluctance du circuit magnétique, donc le flux traversant l'entrefer. Il apparaît un effort s'opposant à la cause qui a fait varier le flux, à savoir le mouvement qui génère des courants induits et des courants de Foucault. Ce phénomène physique est donc particulièrement intéressant pour une fonction d'amortissement, étant donné que -'1 es efforts ont un lien de proportionnalité avec la vitesse de translation du piston et des effets de dissipation dus aux courants induits. Given these provisions, it follows that the results obtained show that the forces increase with the speed of translation. In fact, the translation of the piston varies the reluctance of the magnetic circuit, therefore the flux passing through the air gap. There appears to be an effort opposing the cause which has varied the flow, namely the movement which generates induced currents and eddy currents. This physical phenomenon is therefore particularly interesting for a damping function, given that -'1 efforts are proportional to the speed of translation of the piston and the dissipation effects due to the induced currents.
Selon d'autres caractéristiques, le dispositif est combiné avec un élément de suspension du type ressort par exemple. According to other characteristics, the device is combined with a suspension element of the spring type for example.
Il peut être assujetti à des moyens aptes à dissiper les calories obtenues par effet Joule. It may be subject to means capable of dissipating the calories obtained by the Joule effect.
Dans une autre forme de réalisation avantageuse, la culasse est composée de deux flasques entretoisés et présentant, deux à deux, des agencements pour le montage du noyau central recevant le bobinage, l'un des flasques présentant des agencements pour le montage avec capacité de coulissement guidé et étanche du piston, d'une manière coaxiale audit noyau en créant un entrefer tandis que l'autre flasque présente des agencements aptes à faire office de butée au piston. In another advantageous embodiment, the cylinder head is composed of two braced flanges and having, in pairs, arrangements for mounting the central core receiving the winding, one of the flanges having arrangements for mounting with sliding capacity guided and sealed piston, coaxially to said core creating an air gap while the other flange has arrangements capable of acting as a stop for the piston.
Le flasque recevant en butée le piston présente coaxialement au noyau, un canal débouchant pour la circulation de l'air, en combinaison avec des moyens de filtration. The flange receiving the piston in abutment has coaxially with the core, a through channel for the circulation of air, in combination with filtration means.
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Compte tenu des caractéristiques à la base de l'invention, le dispositif amortisseur peut être piloté éicctroniquement par différents moyens. Given the characteristics underlying the invention, the damping device can be controlled electronically by different means.
Selon une autre forme de réalisation, il est asservi à un circuit électronique de commande comprenant : - un module apte à garder en mémoire un coefficient d'amortissement ; un micro contrôleur assujetti audit module mémoire ; - un module électronique de puissance agissant sur le circuit magnétique ; - un module de calcul du coefficient d'amortissement ; - des organes capteurs de position, de vitesse et d'accélération. According to another embodiment, it is slaved to an electronic control circuit comprising: - a module capable of keeping in memory a damping coefficient; a microcontroller subject to said memory module; - an electronic power module acting on the magnetic circuit; - a module for calculating the damping coefficient; - position, speed and acceleration sensors.
L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une forme de réalisation du dispositif ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 3-3 de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue à caractère purement schématique montrant un exemple d'application du dispositif à une suspension du véhicule automobile ; - la figure 5 est un schéma sous forme d'un grafcet montrant un exemple d'asservissement du dispositif amortisseur électromagnétique selon l'invention ; The invention is set out below in more detail with the aid of the figures of the appended drawings in which: - Figure 1 is a perspective view of an embodiment of the device; - Figure 2 is a longitudinal sectional view; - Figure 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of Figure 2; - Figure 4 is a purely schematic view showing an example of application of the device to a suspension of the motor vehicle; - Figure 5 is a diagram in the form of a grafcet showing an example of control of the electromagnetic damping device according to the invention;
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Selon une caractéristique à la base de l'invention, le dispositif amortisseur est du type électromagnétique et comprend une culasse (1). La culasse (l) est équipée coaxialement d'une bobine (2). Le noyau (2a) de la bobine (2) reçoit un bobinage (3) constitué par exemple par du fil de cuivre émaillé de section déterminée. Bien évidemment, le nombre de spires de la bobine (3), la section du fil, le nombre d'ampères tours dépendent des
caractéristiques recherchées au niveau de l'amortissement. Le bobinage (3) 1 est alimenté, dans le cas d'une application du dispositif à la suspension de véhicules automobiles, par une batterie normalisée rechargée par l'alternateur existant (12 volts, 24 volts, 42 volts), sans pour cela exclure d'autres sources d'alimentation continue ou alternative. According to a characteristic underlying the invention, the damping device is of the electromagnetic type and comprises a cylinder head (1). The cylinder head (l) is fitted coaxially with a coil (2). The core (2a) of the coil (2) receives a coil (3) constituted for example by enameled copper wire of determined section. Obviously, the number of turns of the coil (3), the section of the wire, the number of amps turns depend on the
characteristics sought in terms of depreciation. The winding (3) 1 is supplied, in the case of an application of the device to the suspension of motor vehicles, by a standardized battery recharged by the existing alternator (12 volts, 24 volts, 42 volts), without excluding this. other sources of continuous or alternative power.
La culasse (1) présente des agencements pour le montage, avec capacité de coulissement. guidé, d'un piston (4), d'une manière coaxiale au noyau (2a) de la bobine (2). Le piston (4) apparaît en débordement de l'un des côtés seulement de la culasse (1). Un déplacement du piston (4) sous un effort de compression et/ou de détente, comme il sera indiqué dans la suite de la description, fait varier la réluctance du circuit magnétique créant un effort opposé antagoniste proportionnel à la vitesse de translation dudit piston, ou selon une loi d'amortissement dépendant des paramètres gérés par un circuit d'asservissement, comme il sera indiqué dans la suite de la description. The cylinder head (1) has arrangements for mounting, with sliding capacity. guided, of a piston (4), in a coaxial manner with the core (2a) of the coil (2). The piston (4) appears to project from one side only of the cylinder head (1). A displacement of the piston (4) under a compression and / or expansion force, as will be indicated in the following description, varies the reluctance of the magnetic circuit creating an opposing opposing force proportional to the translation speed of said piston, or according to a damping law depending on the parameters managed by a control circuit, as will be indicated in the following description.
Comme le montre notamment la figure 2, la culasse est composée de deux flasques (la) et (lb) entretoisés par tout moyen connu et approprié. Par exemple, les deux flasques (la) et (lb) sont entretoisés par des tirants (lc), ce qui permet un meilleur refroidissement. Bien évidemment, les As shown in particular in Figure 2, the cylinder head is composed of two flanges (la) and (lb) braced by any known and appropriate means. For example, the two flanges (la) and (lb) are braced by tie rods (lc), which allows better cooling. Obviously,
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tirants peuvent être remplacés par un tube d'épaisseur réduite assujetti à un système de refroidissement par liquide notamment. Les flasques (la) et (1 b) présentent deux à deux des agencements aptes à permettre le montage de la bobine (2). tie rods can be replaced by a tube of reduced thickness subject to a liquid cooling system in particular. The flanges (la) and (1b) have two by two arrangements suitable for allowing the mounting of the coil (2).
L'ensemble du circuit magnétique est donc constitué par la culasse
(1) avec les flasques (la) et (lb), et les tirants (1c), le noyau (2a) de la bobine et le piston (4), ces différents éléments étant réalisés en tout matériau favorable à la conduction du champ magnétique. The entire magnetic circuit is therefore constituted by the yoke
(1) with the flanges (la) and (lb), and the tie rods (1c), the core (2a) of the coil and the piston (4), these various elements being made of any material favorable to the conduction of the field magnetic.
L'un des flasques (la) présente des agencements pour le montage avec capacité de coulissement guidé et étanche du piston (4), d'une manière coaxiale au noyau (2a) de la bobine (2), en créant un entrefer (e). L'autre flasque (lob) présente des agencements (5) aptes à faire office de butée au piston (4). Par exemple, pour le guidage du piston (4), au niveau notamment du flasque (la), il est possible d'utiliser des bandes de PTFE chargé, du type de celles couramment utilisées dans le domaine des'pistons pneumatiques et parfaitement connues pour un homme du métier. One of the flanges (la) has arrangements for mounting with guided and sealed sliding capacity of the piston (4), in a coaxial manner with the core (2a) of the coil (2), creating an air gap (e ). The other flange (lob) has arrangements (5) capable of acting as a stop for the piston (4). For example, for guiding the piston (4), in particular at the flange (la), it is possible to use strips of charged PTFE, of the type of those commonly used in the field of pneumatic pistons and perfectly known for a skilled person.
De même, pour éviter toutes éventuelles particules métalliques susceptibles de se coller sur le piston (4), en étant par conséquent susceptibles de nuire au bon fonctionnement, un joint cache-poussière (6) et disposé au niveau du nez du flasque (la). Likewise, in order to avoid any possible metallic particles liable to stick to the piston (4), being consequently liable to adversely affect the proper functioning, a dust cover seal (6) and disposed at the level of the nose of the flange (la) .
L'élément de butée arrière (5) peut être constitué par une butée mécanique sous forme par exemple d'une rondelle de silicone. L'alésage du noyau (2a) est en communication avec un trou débouchant (7) formé dans l'épaisseur de la bague (5) et du flasque (lob) afin de favoriser la circulation et l'échappement de l'air. Un système de filtration non représenté est monté The rear stop element (5) can be constituted by a mechanical stop in the form for example of a silicone washer. The bore of the core (2a) is in communication with a through hole (7) formed in the thickness of the ring (5) and the flange (lob) in order to promote the circulation and the escape of air. A filtration system not shown is mounted
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au niveau du trou (7), afin d'éviter toute introduction de particules quelconques. at the hole (7), in order to avoid any introduction of any particles.
Généralement, la culasse (1) présente des agencements de fixation sur une partie fixe ou mobile, tandis que l'extrémité libre du piston (4) qui apparaît en débordement du flasque (1 a), présente des agencements de fixation sur une partie mobile ou fixe. Generally, the cylinder head (1) has fixing arrangements on a fixed or movable part, while the free end of the piston (4) which appears in overflow from the flange (1 a), has fixing arrangements on a mobile part or fixed.
Compte tenu de ces dispositions, il apparaît donc que les efforts augmentent avec la vitesse de translation du piston qui fait varier la
réluctance du circuit magnétique donc le flux traversant l'entre fer. Il en 1 résulte par conséquent un effort qui s'oppose à la cause qui a fait varier le flux. In view of these provisions, it therefore appears that the forces increase with the speed of translation of the piston which varies the
reluctance of the magnetic circuit therefore the flux crossing between the iron. This therefore results in an effort which opposes the cause which has caused the flow to vary.
Le dispositif amortisseur selon l'invention trouve de nombreuses applications notamment dans le domaine des suspensions de véhicules automobiles. The damping device according to the invention finds numerous applications in particular in the field of motor vehicle suspensions.
Avantageusement et comme le montre la figure 4, dans cet exemple d'application à une suspension de véhicule automobile, l'amortisseur tel que défini peut être combiné avec un élément du type ressort (R). Advantageously and as shown in FIG. 4, in this example of application to a suspension of a motor vehicle, the damper as defined can be combined with an element of the spring type (R).
Si l'on se réfère à la construction de la figure 2, le dispositif amortisseur ne peut fournir d'effort que dans un sens, à savoir la détente ou la compression. Il peut donc être nécessaire, dans certains domaines d'application, d'avoir un dispositif actionneur pour la détente. Cette combinaison de deux systèmes est particulièrement efficace, étant donné qu'elle permet une utilisation sur le principe des muscles antagonistes, permettant par conséquent de moduler l'effort d'amortissement par une If we refer to the construction of Figure 2, the damping device can only provide force in one direction, namely expansion or compression. It may therefore be necessary, in certain fields of application, to have an actuator device for expansion. This combination of two systems is particularly effective, since it allows use on the principle of antagonistic muscles, therefore making it possible to modulate the damping effort by a
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combinaison de deux efforts opposés. Le fonctionnement en compression ou en détente dépend du débordement du piston (4) de l'un ou de l'autre des côtés de la culasse (1). combination of two opposing efforts. The operation in compression or expansion depends on the overflow of the piston (4) on one or the other of the sides of the cylinder head (1).
Bien évidemment, le dispositif amortisseur tel que défini est assujetti à tout moyen de commande conformé pour obtenir notamment un courant d'alimentation proportionnel à la vitesse de déplacement du piston (4). On renvoie à la figure 5 qui montre un exemple d'asservissement du dispositif
, inioi-t sseur amortisseur-dans le cadre d'une application à une suspension d'un véhicule automobile. Le système fonctionne en boucle fermée. Selon le schéma de la figure 5, le dispositif amortisseur est désigné par (A). Obviously, the damping device as defined is subject to any control means configured to obtain in particular a supply current proportional to the speed of movement of the piston (4). We refer to Figure 5 which shows an example of servo-control of the device
, inioi-t sseur damper-in the context of an application to a suspension of a motor vehicle. The system operates in a closed loop. According to the diagram in FIG. 5, the damping device is designated by (A).
Un module capteur de position (B) dépendant des sollicitations de la route (module C) et du nouveau coefficient d'amortissement (module D). A position sensor module (B) depending on the stresses on the road (module C) and the new damping coefficient (module D).
Le nouveau coefficient d'amortissement est mis en mémoire (module E) en étant asservi à un micro-contrôleur (F) qui commande un module électronique de puissance (G) relié au dispositif amortisseur (A). Compte tenu de ces dispositions, il est donc possible de faire varier le courant en fonction du coefficient d'amortissement recherché. The new damping coefficient is stored in memory (module E) by being slaved to a microcontroller (F) which controls an electronic power module (G) connected to the damping device (A). Given these provisions, it is therefore possible to vary the current as a function of the damping coefficient sought.
Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne et on rappelle :
- la grande possibilité de réglage de la valeur d'amortissement et de la c non consommation d'énergie en usage normal, tandis que l'amortissement minimum peut être pris en charge par les amortisseurs hydrauliques classiques ; - un calculateur de commande utilisant des stratégies de pilotage très performantes, le dispositif améliorant très sensiblement le confort et The advantages emerge clearly from the description, in particular it is emphasized and recalled:
- the great possibility of adjusting the damping value and the non energy consumption in normal use, while the minimum damping can be taken care of by conventional hydraulic shock absorbers; - a control computer using very efficient steering strategies, the device very significantly improving comfort and
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la tenue de route du véhicule rendant les suspensions insensibles aux variations de masses suspendues (charge du véhicule) ; - plus de roulis (changement de la masse reprise par une roue) et variation de la valeur du ressort par l'intermédiaire de la barre anti- roulis, ainsi qu'à tous les mouvements de caisse ; co-adaptation du dispositif au profil de la chaussée ; la possibilité d'agir en temps réel et d'adapter la valeur d'amortissement à chaque rebond de la roue, dans un temps de réglage très court ; le dispositif est non sensible aux variations de température ; peu de dégradation et d'usure au cours du temps. the handling of the vehicle making the suspensions insensitive to variations in suspended mass (vehicle load); - more roll (change of mass taken up by a wheel) and variation of the value of the spring via the anti-roll bar, as well as all body movements; co-adaptation of the device to the road profile; the possibility of acting in real time and adapting the damping value to each rebound of the wheel, in a very short setting time; the device is not sensitive to temperature variations; little degradation and wear over time.
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