FR2870749A1 - Ski for boardsport, has actuator with piezoelectric units arranged inside transversal girder connecting two curved portions for converting transversal expansion of units into longitudinal displacement - Google Patents
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Abstract
Description
-1-PLANCHE DE GLISSE-1-SLIDING BOARD
Domaine technique L'invention se rattache au domaine des sports de glisse sur neige. Elle vise plus particulièrement des planches de glisse équipées de dispositifs actifs destinés à améliorer le comportement dynamique des planches, notamment en ce qui concerne la transmission des vibrations. TECHNICAL FIELD The invention relates to the field of snow sliding sports. It is more particularly gliding boards equipped with active devices for improving the dynamic behavior of the boards, particularly with regard to the transmission of vibrations.
Techniques antérieures De façon générale, les planches de glisse sur neige sont constituées par des structures rigides mais déformables, qui sont le siège de vibrations consécutives aux déformations de la planche lorsqu'elle suit le profil de la piste de glisse. La propagation de ces vibrations peut provoquer une gêne de l'utilisateur puisqu'elles se transmettent jusqu'à la jambe de ce dernier par l'intermédiaire de la chaussure. PRIOR ART In general, snow sliding boards are constituted by rigid but deformable structures, which are the seat of vibrations following the deformations of the board when following the profile of the gliding track. The propagation of these vibrations can cause discomfort to the user since they are transmitted to the leg of the latter through the shoe.
En outre, ces vibrations modifient les pressions d'appuis de la planche sur la neige, et provoquent donc des variations d'accrochage qui peuvent perturber la conduite de trajectoire. In addition, these vibrations modify the pressure of support of the board on the snow, and thus cause hooking variations that can disrupt the course of travel.
De multiples solutions ont déjà été proposées pour limiter l'influence de ces 20 vibrations, notamment la mise en place de dispositifs amortisseurs à base de matériaux viscoélastiques et de plaque de contrainte. Multiple solutions have already been proposed to limit the influence of these vibrations, in particular the implementation of damping devices based on viscoelastic materials and stress plate.
Par opposition à ces systèmes passifs, il a également été proposé dans le document FR 2 741 274 d'équiper des skis de dispositifs actifs. Plus précisément, un tel dispositif comporte un capteur de vibrations de plusieurs types et notamment d'accéléromètres, des capteurs de pression ou autres. Ce capteur de vibrations permet d'élaborer un signal de commande d'un actionneur incluant des éléments piézo-électriques. Ces éléments piézo-électriques développent donc un effort dans le sens longitudinal du ski qui modifie donc la raideur de ce dernier, et perturbent la propagation des vibrations, dont l'influence est ainsi atténuée. In contrast to these passive systems, it has also been proposed in document FR 2 741 274 to equip skis with active devices. More specifically, such a device comprises a vibration sensor of several types including accelerometers, pressure sensors or other. This vibration sensor makes it possible to develop a control signal for an actuator that includes piezoelectric elements. These piezoelectric elements therefore develop a force in the longitudinal direction of the ski which thus modifies the stiffness of the latter, and disturb the propagation of vibrations, whose influence is thus attenuated.
Ce dispositif essentiellement théorique présente toutefois l'inconvénient d'être quasiment impossible à mettre en oeuvre. En effet, pour obtenir un effet mécanique sensible, il est nécessaire de disposer un nombre important d'éléments piézo-électriques les uns derrière les autres, de manière à multiplier les déformations élémentaires. This essentially theoretical device however has the disadvantage of being almost impossible to implement. Indeed, to obtain a sensitive mechanical effect, it is necessary to have a large number of piezoelectric elements one behind the other, so as to multiply the elementary deformations.
Une telle construction est donc pénalisante en terme de poids ajouté sur la planche, ainsi qu'en consommation d'énergie électrique. Un problème que se propose donc de résoudre l'invention est celui de réaliser un amortissement actif qui puisse produire un effet satisfaisant sans générer de surpoids conséquent, qu'il s'agisse du dispositif mécanique en tant que tel, mais également de la source d'énergie électrique nécessaire à son bon fonctionnement. Such a construction is therefore penalizing in terms of added weight on the board, as well as in electrical energy consumption. A problem to be solved by the invention is that of achieving active damping that can produce a satisfactory effect without generating significant overweight, whether the mechanical device as such, but also the source of electrical energy necessary for its proper functioning.
Exposé de l'invention L'invention concerne donc une planche de glisse sur neige qui comporte: ^ un capteur générant un signal en fonction des vibrations de la planche; ^ et un actionneur incluant des éléments piézo-électriques, alimenté en fonction de ce signal pour modifier la raideur d'un segment longitudinal à la planche. SUMMARY OF THE INVENTION The invention therefore relates to a board for sliding on snow which comprises: a sensor generating a signal as a function of the vibrations of the board; and an actuator including piezoelectric elements, powered according to this signal to change the stiffness of a longitudinal segment to the board.
Conformément à l'invention, les éléments piézo-électriques de l'actionneur sont disposés perpendiculairement à la direction longitudinale de la planche. En outre, l'actionneur comporte un mécanisme amplificateur, permettant de transformer le déplacement transversal des éléments piézo-électriques, en un effort longitudinal. According to the invention, the piezoelectric elements of the actuator are arranged perpendicular to the longitudinal direction of the board. In addition, the actuator comprises an amplifying mechanism for transforming the transverse displacement of the piezoelectric elements in a longitudinal force.
Autrement dit, le ou les éléments piézo-électriques développent élémentairement des efforts qui sont sensiblement transversaux, c'est-àdire globalement perpendiculaires à la direction de l'effort qu'il est nécessaire pour contrarier la propagation des vibrations, à savoir la grande dimension de la planche. In other words, the piezoelectric element or elements elementarily develop forces that are substantially transverse, that is to say generally perpendicular to the direction of the effort that is necessary to counter the propagation of vibrations, namely the large dimension of the board.
Un dispositif mécanique convertit l'élongation transversale des éléments piézo-électriques en un déplacement longitudinal susceptible donc de modifier les propriétés mécaniques de la planche en vue de s'opposer à la propagation des vibrations. A mechanical device converts the transverse elongation of the piezoelectric elements into a longitudinal displacement that can therefore modify the mechanical properties of the board in order to oppose the propagation of vibrations.
Avantageusement en pratique, l'actionneur est solidaire de la planche en deux points décalés longitudinalement d'une distance prédéterminée D. Cette distance est choisie pour optimiser l'effet de la force générée. Advantageously in practice, the actuator is secured to the board in two points offset longitudinally by a predetermined distance D. This distance is chosen to optimize the effect of the generated force.
En effet, le choix des points entre lesquels l'effort de correction est appliqué est fait en fonction des caractères intrinsèques de raideur de la planche, ainsi que du mode de propagation des vibrations, c'est-à-dire de la localisation des différents noeuds et ventres de vibrations. Indeed, the choice of the points between which the correction effort is applied is made according to the intrinsic characteristics of stiffness of the board, as well as the mode of propagation of the vibrations, that is to say the location of different knots and bellies of vibrations.
De même, l'actionneur caractéristique peut être monté sur la planche à une distance verticale tel que l'effort qu'il génère est exercé à une hauteur prédéterminée h par rapport à la fibre neutre de la planche. Autrement dit, en réglant cette hauteur, il est possible de régler le couple exercé sur la planche pour augmenter sa raideur en flexion. Similarly, the characteristic actuator may be mounted on the board at a vertical distance such that the force it generates is exerted at a predetermined height h relative to the neutral fiber of the board. In other words, by adjusting this height, it is possible to adjust the torque exerted on the board to increase its stiffness in bending.
En pratique, le dispositif caractéristique permet d'augmenter de manière modulée la raideur de la planche. On peut donc définir la raideur de cet actionneur comme étant le rapport entre l'effort qu'il exerce dans un sens longitudinal par rapport à l'allongement qu'il provoque, toujours dans le même sens. En pratique, cette raideur est comprise entre 0,1.et 15 Newton/micromètres. In practice, the characteristic device makes it possible to moderately increase the stiffness of the board. It is therefore possible to define the stiffness of this actuator as being the ratio between the force exerted in a longitudinal direction with respect to the elongation that it causes, always in the same direction. In practice, this stiffness is between 0.1 and 15 Newton / micrometers.
En pratique, différents capteurs de vibrations peuvent être utilisés, et notamment un accéléromètre, qui peut être disposé de manière privilégiée en extrémité de la planche, au niveau de la spatule. On peut également utiliser des capteurs d'effort, qui sont interposés entre l'actionneur et un point fixe de la planche. In practice, different vibration sensors may be used, and in particular an accelerometer, which may be advantageously disposed at the end of the board, at the level of the spatula. It is also possible to use force sensors, which are interposed between the actuator and a fixed point of the board.
Le montage du dispositif sur la planche peut se faire de différentes manières. Mounting the device on the board can be done in different ways.
Ainsi, l'actionneur peut être relié à un point fixe de la planche par une tige longitudinale rigide. En variante, l'actionneur peut également être relié à deux points fixes de la planche par l'intermédiaire de deux tiges longitudinales rigides, ces deux points fixes étant écartés transversalement. Thus, the actuator can be connected to a fixed point of the board by a rigid longitudinal rod. Alternatively, the actuator can also be connected to two fixed points of the board by means of two rigid longitudinal rods, these two fixed points being spaced transversely.
Dans certains cas de figures, il est possible d'utiliser deux actionneurs distincts, disposés au même niveau longitudinal de la planche, et situés de part et d'autre de l'axe longitudinal médian de la planche. Dans ce cas, il est possible d'agir non seulement sur la raideur en flexion, mais également la raideur en torsion de la planche. In some cases, it is possible to use two separate actuators, arranged at the same longitudinal level of the board, and located on either side of the median longitudinal axis of the board. In this case, it is possible to act not only on the stiffness in bending, but also the torsional stiffness of the board.
Description sommaire des figuresBrief description of the figures
La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: La figure 1 est une vue en perspective sommaire d'un ski conforme à l'invention. The manner of carrying out the invention as well as the advantages which result therefrom will emerge from the description of the embodiments which follow, in support of the appended figures in which: FIG. 1 is a summary perspective view of a compliant ski to the invention.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale médiane partielle au niveau du dispositif amortisseur du ski de la figure 1. FIG. 2 is a partial median longitudinal sectional view at the level of the damping device of the ski of FIG. 1.
La figure 3 est une vue en perspective sommaire du dispositif installé sur le 25 ski de la figure 1, montré en vue éclaté. Figure 3 is a brief perspective view of the device installed on the ski of Figure 1, shown in exploded view.
Les figures 4, 5 et 6 sont des vues de dessus de skis équipés de dispositifs caractéristiques selon différentes variantes. Figures 4, 5 and 6 are top views of skis equipped with characteristic devices according to different variants.
Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne des planches de glisse équipées d'un dispositif destiné à amortir la transmission des vibrations. Il peut s'agir de différentes planches de glisse présentant une capacité de déformation en flexion ou en torsion, et notamment, mais non exclusivement, des skis comme illustré à la figure 1. How to realize the invention As already mentioned, the invention relates to gliding boards equipped with a device for damping the transmission of vibrations. It may be different gliding boards having a flexural or torsional deformation capacity, and in particular, but not exclusively, skis as shown in FIG.
Plus précisément, le ski (1) illustré à la figure 1 comporte de façon classique une fixation formée d'une butée (2) et d'une talonnière (3). Dans sa partie avant, le ski comporte un dispositif amortisseur (10) conformément à l'invention. Ce dispositif (10) se compose de manière principale d'un actionneur (11), d'une tige rigide (12), et de deux butées (13, 14) solidaires de la planche. More specifically, the ski (1) illustrated in Figure 1 comprises conventionally a fastener formed of a stop (2) and a heel (3). In its front part, the ski comprises a damping device (10) according to the invention. This device (10) consists mainly of an actuator (11), a rigid rod (12), and two stops (13, 14) integral with the board.
Plus précisément, l'actionneur (11) inclut des éléments piézo-électriques à l'intérieur de la poutre transversale (15). Cette poutre peut donc se contracter ou s'étirer en fonction d'une tension électrique appliquée par un dispositif de commande. La dilatation de la poutre centrale (15) peut être convertie de manière amplifiée par la construction géométrique de l'actionneur, et notamment des deux portions (17, 18) arquées reliant les extrémités de la poutre transversale (15), de part et d'autre de cette dernière. Le mode de fonctionnement de cet actionneur est décrit plus en détail dans le document FR 2 740 276. More specifically, the actuator (11) includes piezoelectric elements within the transverse beam (15). This beam can therefore contract or stretch according to an electrical voltage applied by a control device. The expansion of the central beam (15) can be converted amplified by the geometric construction of the actuator, and in particular the two arcuate portions (17, 18) connecting the ends of the transverse beam (15), on both sides. other of the latter. The operating mode of this actuator is described in more detail in document FR 2 740 276.
Cet actionneur est commandé à partir d'une information relative à l'état de vibrations données par un capteur. Ce capteur peut être, comme illustré à la figure 1, un accéléromètre (20) disposé au niveau de la spatule (5) du ski, et relié à l'actionneur par une connexion électrique appropriée (6). This actuator is controlled from information relating to the vibration state given by a sensor. This sensor may be, as illustrated in Figure 1, an accelerometer (20) disposed at the spatula (5) of the ski, and connected to the actuator by a suitable electrical connection (6).
Cet actionneur (11) est relié au ski par l'intermédiaire de deux points fixes, constitués par des butées fixées sur la face supérieure de la planche. Une de ces butée (13)est disposée à proximité de la butée (2) de la fixation, et elle peut inclure à l'intérieur de son volume une source d'énergie électrique sous forme d'un accumulateur par exemple, ou bien encore d'une cellule photoélectrique. This actuator (11) is connected to the ski via two fixed points, constituted by stops fixed on the upper face of the board. One of these stops (13) is disposed near the abutment (2) of the fastener, and may include inside its volume a source of electrical energy in the form of an accumulator for example, or even of a photocell.
Cette butée arrière (13) présente une face avant (21) sur laquelle est fixée la partie arrière de l'actionneur (11). La partie avant (22) de l'actionneur peut recevoir quant à elle une tige rigide (12) venant s'enticher dans la butée avant (14), par exemple à l'intérieur d'un logement (24) prévu à cet effet. Dans le cas où les butées avant et arrière sont suffisamment proche, l'actionneur peut agir directement sur ces dernières, sans nécessiter l'emploi d'une tige. This rear stop (13) has a front face (21) on which is fixed the rear part of the actuator (11). The front portion (22) of the actuator may receive a rigid rod (12) that snubs into the front stop (14), for example inside a housing (24) provided for this purpose . In the case where the front and rear stops are close enough, the actuator can act directly on the latter, without requiring the use of a rod.
La distance D séparant les faces avant (21) et arrière (25) des butées fixes respectivement arrière (13) et avant (14) peut être ajustée pour optimiser l'effet de l'actionneur. Typiquement, cette distance D est comprise entre 2 et 25 centimètres. La tige de liaison (12) présente quant à elle une rigidité suffisante pour ne pas être déformée par les efforts exercés par l'actionneur (11), mais au contraire les transmettre. Cette tige (12) peut donc présenter un diamètre de l'ordre de 2 à 6 millimètres, et elle est réalisée en un métal rigide tel qu'en acier inoxydable. The distance D separating the front (21) and rear (25) faces of the respectively rear (13) and front (14) fixed stops can be adjusted to optimize the effect of the actuator. Typically, this distance D is between 2 and 25 centimeters. The connecting rod (12) has in turn a sufficient rigidity not to be deformed by the forces exerted by the actuator (11), but instead transmit them. This rod (12) can have a diameter of the order of 2 to 6 millimeters, and it is made of a rigid metal such as stainless steel.
On remarquera à la figure 2 que la tige (12) est légèrement inclinée vers le bas et vers l'avant, essentiellement pour des raisons d'aérodynamisme, et éviter que la butée avant (14) soit trop proéminente. It will be noted in Figure 2 that the rod (12) is slightly inclined downwards and forwards, mainly for reasons of aerodynamics, and prevent the front stop (14) is too prominent.
Dans une variante de réalisation non représentée, l'extrémité avant de la tige peut venir au contact de la butée avant par l'intermédiaire d'un système de rotule autorisant ainsi la rotation de l'extrémité de la tige consécutive à des phénomènes de torsion. In an alternative embodiment not shown, the front end of the rod can come into contact with the front stop by means of a ball joint system thus allowing rotation of the end of the stem consecutive to torsion phenomena. .
Comme illustré à la figure 2, l'effort F exercé par l'actionneur (11) sur la tige (12) présente un point d'application (28) surélevé d'une hauteur h par rapport à la fibre neutre (7) de la planche. Cette hauteur h est typiquement de l'ordre de 0 à 40 millimètres, étant entendu que plus elle est élevée, plus le couple de flexion exercé par l'actionneur sera important. As illustrated in FIG. 2, the force F exerted by the actuator (11) on the rod (12) has a point of application (28) raised by a height h relative to the neutral fiber (7) of the board. This height h is typically of the order of 0 to 40 millimeters, it being understood that the higher it is, the greater the bending moment exerted by the actuator will be important.
Comme on notera sur la figure 3, l'extrémité avant de la tige (12) est filetée et insérée dans la base (2). Ce filetage permet de faire varier la longueur de la tige (12) encastrée à l'intérieur de la butée avant (14) , et ainsi de précontraindre l'actionneur si besoin. As will be noted in Figure 3, the front end of the rod (12) is threaded and inserted into the base (2). This threading makes it possible to vary the length of the rod (12) embedded inside the front stop (14), and thus to preload the actuator if necessary.
En pratique, les efforts développés par l'actionneur (11) peuvent atteindre des valeurs de l'ordre de.10 à 2000 Newtons pour des déplacements correspondants, dans le sens longitudinal de l'ordre de.20 à 1000 micromètres. In practice, the forces developed by the actuator (11) can reach values of the order of 10 to 2000 Newtons for corresponding displacements, in the longitudinal direction of about 20 to 1000 microns.
Le dispositif caractéristique peut être d'être installé sur un ski ou de façon plus générale sur une planche de glisse de différentes manières et à différents endroits de la face supérieure de la planche. Ainsi, comme illustré à la figure 1, l'actionneur unique (11) peut être disposé dans la partie avant du ski, et exercer un effort par l'intermédiaire d'une seule tige longitudinale (12). The characteristic device may be to be installed on a ski or more generally on a gliding board in different ways and at different places on the upper face of the board. Thus, as illustrated in FIG. 1, the single actuator (11) can be arranged in the front part of the ski, and exert a force via a single longitudinal rod (12).
Dans la variante illustrée à la figure 4, un actionneur unique (31) peut être relié à deux points fixes (34, 35) situés le plus avant, par l'intermédiaire de deux tiges longitudinales (32, 33). In the variant illustrated in Figure 4, a single actuator (31) can be connected to two fixed points (34, 35) located forward by two longitudinal rods (32, 33).
Dans la variante illustrée à la figure 5, la partie avant du ski comporte deux actionneurs distincts (41, 42), coopérant chacun avec deux paires de points fixes par l'intermédiaire chacun d'une tige (43, 44). Le même type d'actionneur (51) peut être installé en partie arrière de la planche, comme illustré à la figure 6, éventuellement en combinaison avec un autre actionneur (61) situé en partie avant. In the variant illustrated in Figure 5, the front portion of the ski comprises two separate actuators (41, 42), each cooperating with two pairs of fixed points each via a rod (43, 44). The same type of actuator (51) can be installed at the rear of the board, as shown in Figure 6, possibly in combination with another actuator (61) located in the front.
Bien entendu, toutes les combinaisons de ces différentes variantes peuvent être envisagées en fonction des niveaux d'efforts exercés ainsi que des caractéristiques mécaniques intrinsèques de la planche, notamment en ce qui concerne les raideurs en flexion et en torsion. Of course, all the combinations of these different variants can be envisaged depending on the levels of forces exerted as well as the intrinsic mechanical characteristics of the board, in particular with regard to stiffness in flexion and torsion.
Il ressort de ce qui précède que les planches de glisse conformes à l'invention présentent l'avantage de bénéficier d'un dispositif réduisant l'appropriation des vibrations avec une efficacité supérieure aux dispositifs de l'Art antérieur, et ce sans augmenter de manière exagérée le poids de la planche, ni dégrader de manière trop importante ces propriétés aérodynamiques. It follows from the foregoing that the gliding boards according to the invention have the advantage of benefiting from a device reducing the appropriation of the vibrations with an efficiency superior to the devices of the prior art, and without increasing in a manner. exaggerated the weight of the board, nor degrade too much these aerodynamic properties.
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