WO2005121730A1 - Roulement capteur de deformations comprenant au moins trois jauges d'echantillonnage d'une transformee de fourier discrete - Google Patents

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WO2005121730A1
WO2005121730A1 PCT/FR2005/001105 FR2005001105W WO2005121730A1 WO 2005121730 A1 WO2005121730 A1 WO 2005121730A1 FR 2005001105 W FR2005001105 W FR 2005001105W WO 2005121730 A1 WO2005121730 A1 WO 2005121730A1
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gauges
bearing according
deformations
bearing
amplitude
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/001105
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English (en)
Inventor
Christophe Duret
Olivier Blanchin
Original Assignee
S.N.R. Roulements
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0009—Force sensors associated with a bearing
    • G01L5/0019—Force sensors associated with a bearing by using strain gages, piezoelectric, piezo-resistive or other ohmic-resistance based sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/522—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to load on the bearing, e.g. bearings with load sensors or means to protect the bearing against overload

Definitions

  • Strain sensor bearing comprising at least three gauges for sampling a discrete Fourier transform
  • the invention relates to a bearing comprising a fixed ring, a rotating ring and at least one row of rolling bodies arranged in a raceway which is formed between said rings so as to allow their relative rotation.
  • the fixed ring being integral with the chassis of said vehicle and the wheel being associated with the rotating ring.
  • the fixed ring which is the first connecting member between the wheel and the chassis, is in particular used as a support for determining the forces which are exerted at the interface between the wheel and the roadway when the vehicle is moving.
  • the forces can be determined by measuring the deformations of the fixed ring which are induced by the passage of the rolling bodies. Indeed, the amplitude of these deformations is representative of the forces to be determined.
  • the deformation signal depends on the speed of rotation.
  • the quality of the measurement at low speed is insufficient and the determination is only available after measurement of the deformations induced by the passage of at least two successive rolling bodies.
  • the invention aims in particular to remedy this problem by proposing a bearing comprising a system for determining the amplitude of the deformations of the fixed ring, said system being arranged to carry out a spatial interpolation of the deformation signal so as to have, at all instant and independently of the speed of rotation, a measurement of the deformations and therefore allow the determination of the forces.
  • the invention provides a bearing comprising a fixed ring, a rotating ring and at least one row of rolling bodies arranged in a raceway which is formed between said rings so as to allow their relative rotation, said rolling bodies being equally distributed in the raceway with an angular difference ⁇ , said bearing comprising at least one system for determining the amplitude A of pseudo-sinusoidal deformations of an area of the fixed ring which are induced during rotation, said system of determination including:
  • FIG. 1 is a perspective view of a bearing showing the gauges of four systems for determining the amplitude of pseudo sinusoidal deformations, said gauges being respectively arranged on a zone of the fixed ring;
  • FIG. 2a is a schematic representation, on the fixed ring of the bearing of Figure 1, of the positioning of the gauges relative to the angular distance between the rolling bodies;
  • FIG. 2b is a spatial representation of the pseudo sinusoidal deformation showing the positioning of the gauges according to FIG. 2a;
  • FIG. 3 is a functional representation of a first embodiment of a determination system according to the invention.
  • FIGS. 4a and 4b are functional representations of a second embodiment of a determination system according to the invention, respectively in the general case of N gauges and in the particular case of three gauges.
  • the invention relates to a bearing comprising a fixed ring 1, a rotating ring and at least one row of rolling bodies 2 arranged in a raceway 3 which is formed between said rings so as to allow the relative rotation of said rings.
  • the fixed ring 1 is intended to be associated with a fixed structure and the rotating ring is intended to be associated with a rotating member.
  • the bearing is a wheel bearing for a motor vehicle, the fixed structure being the chassis of said vehicle and the rotating member being the wheel.
  • a wheel bearing is described comprising two rows of balls 2 which are arranged coaxially in a raceway 3 respectively provided between the fixed outer ring 1 and the rotating inner ring.
  • the fixed ring 1 is provided with means for fixing to the chassis which are formed by a flange 4 comprising four radial projections 5 in which an axial hole 6 is made to allow fixing by screwing.
  • the balls 2 are equally distributed in the raceway 3 with an angular difference ⁇ which is also called the spatial period.
  • the distance between the balls 2 is maintained by placing them in a cage.
  • the invention aims to allow the determination of the amplitude of the deformations of at least one zone 7 of the fixed ring 1, so as to be able to deduce therefrom the forces which apply to the interface between the wheel and the road on which said wheel turns.
  • the passage of the balls 2 in the raceway 3 induces compression and relaxation of the fixed ring 1.
  • the fixed ring 1 is subjected to periodic deformation which can be approximated by a sinusoid .
  • pseudo sinusoidal deformations we will speak of pseudo sinusoidal deformations to designate the deformations of the fixed ring 1 during rotation.
  • the pseudo sinusoidal deformation is characterized by an amplitude which depends on the loads undergone by the bearing and therefore on the forces which apply to the interface, and a frequency which is proportional to the speed of rotation of the rotating ring as well as to the number balls 2.
  • the bearing comprises at least one system for determining the amplitude of the pseudo sinusoidal deformations of a zone 7 of the fixed ring 1 which are induced during rotation, said system comprising N strain gauges 8 with N > 3.
  • the gauges 8 are each capable of delivering a signal which is a function of the deformation which it undergoes. As shown in Figure 1, the gauges 8 are arranged in the area 7 along a line which extends in the general direction of rotation. Furthermore, the gauges 8 are equally distributed with a spacing equal to ⁇ / N (see FIG. 2a).
  • the computing device 10 uses a discrete Fourier transform whose sampling points are the N signals Vj.
  • gauges 8 The description is made in relation to three gauges 8, however the person skilled in the art understands from the calculation used that a greater number of gauges 8 can be used since this only amounts to increasing the number of sampling points.
  • the gauges 8 are based on resistive elements, in particular piezoresistive or magnetostrictive, of so as to each present an electrical resistance Rj which varies as a function of the deformations undergone by said gauge 8.
  • the gauges 8 may comprise either a block of several resistors which are combined to obtain an averaged resistance value which is representative of the value resistance at the block position, a single resistance.
  • the measurement device 9 comprises, for each gauge 8, a Wheatstone quarter-bridge assembly by means of three complement resistors R, R, R ci whose values are fixed at function of the deformations undergone by zone 7.
  • FIG. 3 represents the assembly for the resistance Ri of the gauge 8 numbered 1, but similar assemblies are provided for each gauge 8.
  • the complement resistance R C i has the same temperature drift as the resistance Rj of the gauge 8 so as to improve the accuracy of the measurement of ⁇ Rj.
  • the measuring device 9 can comprise, at the output of each bridge, a differential amplifier whose gain is adjustable so as to be able to correct the respective intensity of the measured signals, depending in particular on the respective distance between the gauges 8 and the raceway 3.
  • the measuring device 9 can further comprise a signal filtering stage. At the output of the measuring device 9, the three signals Vj are therefore a function of ⁇ Rj.
  • the calculation device 10 is supplied with the signals Vj so, from the inverse Fourier formula developed below, to obtain:
  • x [0], x [1] and x [2] being the three measurement points.
  • the circuit further comprises differential amplifiers 11 arranged so as to obtain signals Vj compensated in drift by the value of the reference resistance R re f.
  • the reference resistor R ref has the same temperature drift as the resistors Rj so as to improve the precision of the measurement of the signals.
  • the measuring device 9 comprises two stages of differential amplifiers 11, the first stage delivering the variations of the resistances Rj which are equal to Roi + [ ⁇ RjSin ( ⁇ t + 2 (i-1) ⁇ / n )] and the second stage delivering the signals Vj.
  • the differential amplifiers 11 of the second stage may have an adjustable gain Gj so as to be able to correct the respective intensity of the measured signals, in particular as a function of the respective distance between the gauges 8 and the raceway 3.
  • the signals Vj are then used in the calculation device 10 in accordance with those delivered by the measurement device 9 according to the first embodiment, so as to deduce therefrom the amplitude A.
  • the arrangement of the bearing shown in which the gauges 8 are arranged on a substrate 12 which is fixed to the deformation zone 7 of the fixed ring 1 is described.
  • the substrate 12 is rigidly fixed to the ring fixed 1, for example by gluing or welding, so that it also has the function of transmitting the deformations between the fixed ring 1 and the gauges 8.
  • gauges 8 described above are based on resistive elements
  • other gauges 8 for example sensors chosen from surface acoustic wave sensors and magnetic field sensors, can be used in the context of the invention provided that they deliver a signal depending on a deformation.
  • the magnetic field sensors can be based on sensitive elements of the magnetoresistance, giant magnetoresistance, Hall effect, magnetoresistance with tunnel effect, magnetostrictive layers.
  • the gauges 8 are screen printed in a thick layer on the substrate 12, for example ceramic.
  • a hybrid circuit type technology makes it possible to integrate the measurement device 9 and the calculation device 10 on the substrate 12.
  • screen printing allows a good adjustment of the value of the resistances as well as a good sensitivity to deformations, while ensuring precise positioning of the resistors on the substrate 12.
  • complement resistors R, R C j or of reference R r ⁇ f mentioned above they can be screen printed on an unsolicited area of the substrate 12 or be insensitive to stress, for example formed of a discrete component, so to present a fixed value as a function of the deformations undergone by the zone 7 while exhibiting the same temperature drift as the resistance Rj.
  • the deformation zone 7 is machined so as to be substantially flat and to extend above the two rows of balls 2.
  • the gauges 8 are not equidistant from raceway 3, so that the amplitude of the measured deformation is a function of gauge 8 considered.
  • the gains of the differential amplifiers 11 can be adjusted to equalize the amplitude of the output signals.
  • the gauges 8 may be fixed directly to the curved surface of the fixed ring 1, for example the gauges 8 may be of the film weft type, which makes it possible to equalize in construction all the distances between the gauges 8 and the raceway 3.
  • the gauges 8 of two determination systems are integrated on the same substrate 12 so, in the vicinity of each raceway 3, that at least one determination system is provided for determining the amplitude of the deformations of zone 7.
  • the gauges 8 are arranged on the outer periphery of the fixed ring 1, substantially facing each of the raceways 3 so as to increase the intensity of the signals to be measured.
  • the substrate 12 carrying the gauges 8 makes it possible to determine the amplitude of the deformations induced respectively by essentially a row of balls 2, and this in the same axial plane.
  • the positioning of the gauges 8 is not critical according to the invention, which makes it possible to greatly simplify the step of fixing the determination system on the fixed ring 1.
  • the bearing can comprise at least three (eight in the embodiment shown in FIG. 1: four visible and four arranged symmetrically at the rear of the bearing) systems for determining the amplitude of the deformations of a zone 7 of the ring respectively fixed 1, said systems being connected or intended to be connected to a computer capable of calculating, as a function of the determined amplitudes, the forces applied during rotation on the fixed ring 1 and / or on an element integral with the ring rotating.
  • a computer is described in document FR-2 839 553 from the applicant.

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Abstract

L'invention concerne un roulement comprenant au moins un système de détermination de l'amplitude A des déformations pseudo sinusoïdales d'une zone (7) de la bague fixe (1) induites lors de la rotation, ledit système comprenant N jauges (8) de contraintes avec N ≥ 3, délivrant chacune un signal fonction de la déformation subie par ladite jauge, lesdites jauges étant équiréparties sur ladite zone avec un espacement égal à λ/N où λ, est l'écart angulaire entre les corps roulants, un dispositif de mesure de N signaux Vi fonction respectivement des variations temporelles du signal émis par chaque jauge (8), et un dispositif de calcul de l'amplitude A des déformations de la zone (7) en fonction du temps, ledit dispositif utilisant une transformée de Fourier discrète dont les points d'échantillonnage sont les N signaux Vi

Description

Roulement capteur de déformations comprenant au moins trois jauges d'échantillonnage d'une transformée de Fourier discrète
L'invention concerne un roulement comprenant une bague fixe, une bague tournante et au moins une rangée de corps roulants disposés dans un chemin de roulement qui est formé entre lesdites bagues de sorte à permettre leur rotation relative.
Elle s'applique typiquement à des roulements de roue de véhicule automobile, la bague fixe étant solidaire du châssis dudit véhicule et la roue étant associée à la bague tournante.
Lorsque l'on souhaite connaître les efforts qui s'appliquent à l'interface entre la roue et la chaussée sur laquelle ladite roue tourne, il est connu de mesurer lesdits efforts au niveau du pneu ou au niveau du châssis. Toutefois, la mesure au niveau du pneu pose des problèmes importants de transmission du signal entre le référentiel tournant du pneu et un référentiel fixe de calcul, ledit référentiel tournant devant, en outre, être positionné en permanence par rapport audit référentiel fixe de sorte à pouvoir réaliser les calculs. Concernant la mesure au niveau du châssis, elle est rendue difficile par la répartition des efforts entre les différents organes qui relient la roue audit châssis.
Par conséquent, comme proposé dans les documents FR-2 839 553 et FR-2 812 356, la bague fixe, qui est le premier organe de liaison entre la roue et le châssis, est notamment utilisée en tant que support pour la détermination des efforts qui s'exercent à l'interface entre la roue et la chaussée lors des déplacements du véhicule.
En particulier, la détermination des efforts peut être réalisée par mesure des déformations de la bague fixe qui sont induites par le passage des corps roulants. En effet, l'amplitude de ces déformations est représentative des efforts à déterminer.
L'un des problèmes qui se pose avec une telle stratégie de détermination des efforts est que le signal de déformation dépend de la vitesse de rotation. En particulier, la qualité de la mesure à faible vitesse est insuffisante et la détermination n'est disponible qu'après mesure des déformations induites par le passage d'au moins deux corps roulants successifs.
Par conséquent, ce problème est d'autant plus critique que la mesure d'efforts doit être réalisée en temps réel ou avec un minimum de retard, tel que cela est nécessaire pour les systèmes de contrôle de la dynamique du véhicule comme par exemple l'ABS ou l'ESP.
L'invention vise notamment à remédier à ce problème en proposant un roulement comprenant un système de détermination de l'amplitude des déformations de la bague fixe, ledit système étant agencé pour réaliser une interpolation spatiale du signal de déformation de sorte à avoir, à tout instant et indépendamment de la vitesse de rotation, une mesure des déformations et donc permettre la détermination des efforts.
A cet effet, l'invention propose un roulement comprenant une bague fixe, une bague tournante et au moins une rangée de corps roulants disposés dans un chemin de roulement qui est formé entre lesdites bagues de sorte à permettre leur rotation relative, lesdits corps roulants étant équirépartis dans le chemin de roulement avec un écart angulaire λ, ledit roulement comprenant au moins un système de détermination de l'amplitude A des déformations pseudo sinusoïdales d'une zone de la bague fixe qui sont induites lors de la rotation, ledit système de détermination comprenant :
- N jauges de contraintes avec N ≥ 3, délivrant chacune un signal fonction de la déformation subie par ladite jauge, lesdites jauges étant équiréparties sur ladite zone avec un espacement égal à λ/N ;
- un dispositif de mesure de N signaux Vj qui sont fonction respectivement des variations temporelles du signal émis par chaque jauge lors de la rotation ; - un dispositif de calcul de l'amplitude A des déformations de la zone en fonction du temps, ledit dispositif utilisant une transformée de Fourier discrète dont les points d'échantillonnage sont les N signaux Vj. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un roulement montrant les jauges de quatre systèmes de détermination de l'amplitude des déformations pseudo sinusoïdales, lesdites jauges étant respectivement disposées sur une zone de la bague fixe ;
- la figure 2a est une représentation schématique, sur la bague fixe du roulement de la figure 1 , du positionnement des jauges par rapport à l'écart angulaire entre les corps roulants ; la figure 2b est une représentation spatiale de la déformation pseudo sinusoïdale montrant le positionnement des jauges selon la figure 2a ;
- la figure 3 est une représentation fonctionnelle d'un premier mode de réalisation d'un système de détermination selon l'invention ;
- les figures 4a et 4b sont des représentations fonctionnelle d'un deuxième mode de réalisation d'un système de détermination selon l'invention, respectivement dans le cas général de N jauges et dans le cas particulier de trois jauges.
L'invention concerne un roulement comprenant une bague fixe 1 , une bague tournante et au moins une rangée de corps roulants 2 disposés dans un chemin de roulement 3 qui est formé entre lesdites bagues de sorte à permettre la rotation relative desdites bagues.
La bague fixe 1 est destinée à être associée à une structure fixe et la bague tournante est destinée à être associée à un organe tournant. Dans une application particulière le roulement est un roulement de roue de véhicule automobile, la structure fixe étant le châssis dudit véhicule et l'organe tournant étant la roue. En relation avec la figure 1 , on décrit un tel roulement de roue comprenant deux rangées de billes 2 qui sont disposées coaxialement dans respectivement un chemin de roulement 3 prévu entre la bague extérieure fixe 1 et la bague intérieure tournante. Par ailleurs, la bague fixe 1 est pourvue de moyens de fixation au châssis qui sont formés d'une bride 4 comprenant quatre saillies radiales 5 dans lesquelles un trou axial 6 est réalisé pour permettre la fixation par vissage.
Comme représenté sur la figure 2a, les billes 2 sont équiréparties dans le chemin de roulement 3 avec un écart angulaire λ qui est également appelé période spatiale. Selon une réalisation connue, l'écart entre les billes 2 est maintenu en disposant celles-ci dans une cage.
L'invention vise à permettre la détermination de l'amplitude des déformations d'au moins une zone 7 de la bague fixe 1 , de sorte à pouvoir en déduire les efforts qui s'appliquent à l'interface entre la roue et la chaussée sur laquelle ladite roue tourne.
En effet, le passage des billes 2 dans le chemin de roulement 3 induit une compression et une relaxation de la bague fixe 1. Ainsi, lors de la rotation, la bague fixe 1 est soumise à une déformation périodique qui peut être approximée par une sinusoïde. Dans la suite de la description, on parlera de déformations pseudo sinusoïdales pour désigner les déformations de la bague fixe 1 lors de la rotation.
La déformation pseudo sinusoïdale est caractérisée par une amplitude qui dépend des charges subies par le roulement et donc des efforts qui s'appliquent à l'interface, et une fréquence qui est proportionnelle à la vitesse de rotation de la bague tournante ainsi qu'au nombre de billes 2.
Bien que la description soit réalisée en relation avec un roulement de roue comprenant deux rangées de billes 2 pour lesquelles on détermine indépendamment l'amplitude des déformations, celle-ci est directement transposable par l'homme du métier à un autre type de roulement et/ou dans une autre application dans laquelle on souhaiterait déterminer l'amplitude des déformations pseudo sinusoïdales d'au moins une zone 7 de la bague fixe 1.
Selon l'invention, le roulement comprend au moins un système de détermination de l'amplitude des déformations pseudo sinusoïdales d'une zone 7 de la bague fixe 1 qui sont induites lors de la rotation, ledit système comprenant N jauges de contraintes 8 avec N > 3.
Les jauges 8 sont chacune apte à délivrer un signal fonction de la déformation qu'elle subit. Comme représenté sur la figure 1, les jauges 8 sont disposées sur la zone 7 selon une ligne qui s'étend dans la direction générale de la rotation. Par ailleurs, les jauges 8 sont équiréparties avec un espacement égal à λ/N (voir figure 2a).
Comme représenté sur la figure 2b, cette disposition particulière des jauges 8 permet d'avoir N (N = 3 sur les figures) points de mesure équirépartis sur la période spatiale de la sinusoïde, lesdits N points étant formés par un dispositif de mesure 9 de N signaux Vj qui sont fonction respectivement des variations temporelles du signal émis par chaque jauge 8 lors de la rotation.
A partir de ces points d'échantillonnage, on est capable, par l'intermédiaire d'un dispositif de calcul 10 formé par exemple d'un processeur, de reconstruire la sinusoïde, et donc d'en déduire l'amplitude des déformations de la zone 7 en fonction du temps. Pour ce faire, le dispositif de calcul 10 utilise une transformée de Fourier discrète dont les points d'échantillonnage sont les N signaux Vj.
Ainsi, le calcul de l'amplitude étant réalisé par interpolation dans le domaine spatial, on s'affranchit notamment des problèmes de retard ou de qualité qui sont inhérents à une détermination temporelle des déformations. De façon générale, la formule générale de la transformée de Fourier discrète est la suivante :
Figure imgf000008_0001
Où X[k] est une fonction complexe, discrète et périodique du domaine fréquentiel et les x[n] sont les N points d'échantillonnage de la fonction sinusoïdale = A sin (ωt +φ) avec ω=2π/T, T étant la période temporelle, φ étant égal à 2πn/N (φ est le déphasage entre chaque jauge 8) et A étant l'amplitude.
Le caractère sinusoïdal (par rapport au temps) de la fonction échantillonnée est destiné à simplifier les calculs qui suivent, mais n'est pas limitatif. Cette hypothèse revient à supposer que le roulement tourne à vitesse constante (ω constante).
En calculant X[1], nous allons montrer que l'on peut en déduire A sur la base des calculs suivants :
Figure imgf000008_0002
sm(ωt + —^~ + sin(ωt) - jx (cos(ωt) - cos(ωt + —^-)) N N
Figure imgf000008_0003
Or on peut démontrer que
∑e J4 » = 0
«=o
On en déduit donc A = 2x \X\\
Par conséquent, en utilisant un calcul par transformée de Fourier discrète dont les points d'échantillonnage sont les N signaux Vj, on en déduit l'amplitude des signaux Vj qui est fonction de l'amplitude des déformations.
La description est faite en relation avec trois jauges 8, toutefois l'homme du métier comprend du calcul utilisé qu'un plus grand nombre de jauges 8 peut être utilisé puisque cela revient uniquement à augmenter le nombre de points d'échantillonnage.
En relation avec les figures 3 et 4, on décrit respectivement un premier et un deuxième modes de réalisation d'un système de détermination selon l'invention, dans lequel les jauges 8 sont à base d'éléments résistifs, notamment piézorésistifs ou magnétostrictifs, de sorte à présenter chacune une résistance électrique Rj qui varie en fonction des déformations subies par ladite jauge 8. En particulier, les jauges 8 peuvent comprendre soit un bloc de plusieurs résistances qui sont combinées pour obtenir une valeur de résistance moyennée qui est représentative de la valeur de la résistance au niveau de la position du bloc, soit une seule résistance.
Selon le premier mode de réalisation (figure 3), le dispositif de mesure 9 comprend, pour chaque jauge 8, un montage en quart de pont de Wheatstone au moyen de trois résistances de complément R, R, Rci dont les valeurs sont fixes en fonction des déformations subies par la zone 7.
De façon connue, ce montage permet de délivrer les variations ΔRj de la résistance Rj. La figure 3 représente le montage pour la résistance Ri de la jauge 8 numérotée 1 , mais des montages similaires sont prévus pour chaque jauge 8. Dans un exemple de réalisation, la résistance de complément RCi présente la même dérive en température que la résistance Rj de la jauge 8 de sorte à améliorer la précision de la mesure de ΔRj.
En outre, le dispositif de mesure 9 peut comprendre, à la sortie de chaque pont, un amplificateur différentiel dont le gain est ajustable de sorte à pouvoir corriger l'intensité respective des signaux mesurés, en fonction notamment de la distance respective entre les jauges 8 et le chemin de roulement 3.
Par ailleurs, le dispositif de mesure 9 peut comprendre en outre un étage de filtrage des signaux. En sortie du dispositif de mesure 9, les trois signaux Vj sont donc fonction de ΔRj.
Le dispositif de calcul 10 est alimenté avec les signaux Vj de sorte, à partir de la formule de Fourier inverse développée ci-dessous, à obtenir :
Figure imgf000010_0001
x[0], x[1] et x[2] étant les trois points de mesure.
Or, d'autre part on a : [l] = — x (sin ωt - j cos ωt)
Et donc l'amplitude A vaut :
Figure imgf000010_0002
Cette expression permet donc de calculer à tout instant l'amplitude A de la sinusoïde de déformation en fonction des mesures en continu de x[0], x[1] et x[2] qui représentent les valeurs instantanées des trois signaux Vj. Selon le deuxième mode de réalisation représenté sur les figures 4a et 4b, le dispositif de mesure 9 comprend un montage en boucle de courant entre les N jauges 8 (N = 3 sur la figure 4b) et une résistance de référence Rref dont la valeur est fixe en fonction des déformations subies par la zone 7. Le montage comprend en outre des amplificateurs différentiels 11 agencés de sorte à obtenir des signaux Vj compensés en dérive par la valeur de la résistance de référence Rref.
Dans le cas où les valeurs initiales Roi des résistances Rj sont égales à la valeur de la résistance de référence Rref, la compensation en dérive permet de centrer sur zéro les signaux Vj de sorte qu'ils se présentent sous la forme : Vj = Gj[ΔRjSin(ωt + 2(i-1)π/n)]i, i étant le courant dans la boucle.
Selon une réalisation la résistance de référence Rref présente la même dérive en température que les résistances Rj de sorte à améliorer la précision de la mesure des signaux.
Selon le mode de réalisation représenté, le dispositif de mesure 9 comprend deux étages d'amplificateurs différentiels 11, le premier étage délivrant les variations des résistances Rj qui sont égales à Roi + [ΔRjSin(ωt + 2(i-1)π/n)] et le deuxième étage délivrant les signaux Vj.
En outre, les amplificateurs différentiels 11 du deuxième étage peuvent présenter un gain ajustable Gj de sorte à pouvoir corriger l'intensité respective des signaux mesurés, en fonction notamment de la distance respective entre les jauges 8 et le chemin de roulement 3.
Les signaux Vj sont alors utilisés dans le dispositif de calcul 10 conformément à ceux délivrés par le dispositif de mesure 9 selon le premier mode de réalisation, de sorte à en déduire l'amplitude A. En relation avec la figure 1 , on décrit l'agencement du roulement représenté dans lequel les jauges 8 sont disposées sur un substrat 12 qui est fixé sur la zone de déformation 7 de la bague fixe 1. Le substrat 12 est rigidement fixé à la bague fixe 1 , par exemple par collage ou soudage, de sorte qu'il a également pour fonction de transmettre les déformations entre la bague fixe 1 et les jauges 8.
Bien que les jauges 8 décrites ci-dessus soient à base d'éléments résistifs, d'autres jauges 8, par exemple des capteurs choisis parmi les capteurs à ondes acoustiques de surface et les capteurs de champ magnétique, peuvent être utilisées dans le cadre de l'invention à condition qu'elles délivrent un signal fonction d'une déformation. En particulier, les capteurs de champ magnétique peuvent être basés sur des éléments sensibles de type magnétorésistance, magnétorésistance géante, effet Hall, magnétorésistance à effet tunnel, couches magnétostrictives.
Dans le mode de réalisation représenté, les jauges 8 sont sérigraphiées en couche épaisse sur le substrat 12, par exemple en céramique. En particulier, une technologie de type circuit hybride permet d'intégrer le dispositif de mesure 9 et le dispositif de calcul 10 sur le substrat 12. En outre, la sérigraphie permet un bon ajustage de la valeur des résistances ainsi qu'une bonne sensibilité aux déformations, tout en assurant un positionnement précis des résistances sur le substrat 12.
Concernant les résistances de complément R, RCj ou de référence RrΘf mentionnées ci-dessus, elles peuvent être sérigraphiées sur une zone non sollicitée du substrat 12 ou être insensibles à la contrainte, par exemple formées d'un composant discret, de sorte à présenter une valeur fixe en fonction des déformations subies par la zone 7 tout en présentant la même dérive en température que la résistance Rj.
La zone de déformation 7 est usinée de sorte à être sensiblement plane et à s'étendre au dessus des deux rangées de billes 2. Dans cette réalisation, les jauges 8 ne sont pas à equidistance du chemin de roulement 3, de sorte que l'amplitude de la déformation mesurée est fonction de la jauge 8 considérée. Comme mentionné ci-dessus, les gains des amplificateurs différentiels 11 peuvent être ajustés pour égaliser l'amplitude des signaux de sortie. En variante, on peut prévoir que les jauges 8 soient fixées directement sur la surface courbe de la bague fixe 1 , par exemple les jauges 8 peuvent être de type trames pelliculaires, ce qui permet d'égaliser de construction toutes les distances entre les jauges 8 et le chemin de roulement 3.
Dans la réalisation représentée, les jauges 8 de deux systèmes de détermination sont intégrées sur le même substrat 12 de sorte, au voisinage de chaque chemin de roulement 3, qu'au moins un système de détermination soit prévu pour déterminer l'amplitude des déformations de la zone 7.
En particulier, les jauges 8 sont disposées sur la périphérie extérieure de la bague fixe 1 , sensiblement en regard de chacun des chemins de roulement 3 de sorte à augmenter l'intensité des signaux à mesurer. Ainsi, le substrat 12 portant les jauges 8 permet de déterminer l'amplitude des déformations induites respectivement par essentiellement une rangée de billes 2, et ce dans un même plan axial.
A condition qu'elles soient disposées sur une zone 7 se déformant sous l'effet du passage des billes 2, le positionnement des jauges 8 n'est pas critique selon l'invention, ce qui permet de simplifier grandement l'étape de fixation du système de détermination sur la bague fixe 1.
Le roulement peut comprendre au moins trois (huit dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 : quatre visibles et quatre disposés symétriquement à l'arrière du roulement) systèmes de détermination de l'amplitude des déformations de respectivement une zone 7 de la bague fixe 1 , lesdits systèmes étant connectés ou destinés à être connectés à un calculateur apte à calculer, en fonction des amplitudes déterminées, les efforts appliqués lors de la rotation sur la bague fixe 1 et/ou sur un élément solidaire de la bague tournante. En particulier, un tel calculateur est décrit dans le document FR-2 839 553 issu de la demanderesse.

Claims

REVENDICATIONS
1. Roulement comprenant une bague fixe (1), une bague tournante et au moins une rangée de corps roulants (2) disposés dans un chemin de roulement (3) qui est formé entre lesdites bagues de sorte à permettre leur rotation relative, lesdits corps roulants (2) étant équirépartis dans le chemin de roulement (3) avec un écart angulaire λ, ledit roulement comprenant au moins un système de détermination de l'amplitude A des déformations pseudo sinusoïdales d'une zone (7) de la bague fixe (1) qui sont induites lors de la rotation, ledit roulement étant caractérisé en ce que le système de détermination comprend :
- N jauges (8) de contraintes avec N > 3, délivrant chacune un signal fonction de la déformation subie par ladite jauge, lesdites jauges étant équiréparties sur ladite zone avec un espacement égal à λ/N ; - un dispositif de mesure (9) de N signaux Vj qui sont fonction respectivement des variations temporelles du signal émis par chaque jauge (8) lors de la rotation ;
- un dispositif de calcul (10) de l'amplitude A des déformations de la zone (7) en fonction du temps, ledit dispositif utilisant une transformée de Fourier discrète dont les points d'échantillonnage sont les N signaux Vj.
2. Roulement selon la revendication 1 , dans lequel les jauges (8) sont à base d'éléments résistifs de sorte à présenter chacune une résistance électrique Rj qui varie en fonction des déformations subies par ladite jauge.
3. Roulement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (9) comprend, pour chaque jauge (8), un montage en quart de pont de Wheatstone au moyen de trois résistances de complément R, R, Rci dont les valeurs sont fixes en fonction des déformations subies par la zone (7).
4. Roulement selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une résistance de complément RCj présente la même dérive en température que la résistance de la jauge (8).
5. Roulement selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (9) comprend en outre, à la sortie de chaque pont, un amplificateur différentiel dont le gain est ajustable.
6. Roulement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (9) comprend un montage en boucle de courant entre les N jauges (8) et une résistance de référence Rref dont la valeur est fixe en fonction des déformations subies par la zone (7), ledit montage comprenant des amplificateurs différentiels (11) agencés de sorte à obtenir des signaux Vj compensés en dérive par la valeur de la résistance de référence Rref-
7. Roulement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les valeurs initiales R0j des résistances Rj sont égales à la valeur de la résistance de référence Rref.
8. Roulement selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la résistance de référence Rref présente la même dérive en température que les résistances des jauges (8).
9. Roulement selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (9) comprend deux étages d'amplificateurs différentiels (11), le premier étage délivrant les variations des résistances Rj et le deuxième étage délivrant les signaux Vj.
10. Roulement selon la revendication 9, caractérisé en ce que les amplificateurs différentiels (11) du deuxième étage présentent un gain ajustable.
11. Roulement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les jauges (8) sont ou comprennent des capteurs choisis parmi les capteurs à ondes acoustiques de surface et les capteurs magnétiques.
12. Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que les jauges (8) sont disposées sur un substrat (12) qui est fixé sur la zone de déformation (7) de la bague fixe (1).
13. Roulement selon la revendication 12, caractérisé en ce que les jauges (8) sont sérigraphiées en couche épaisse sur le substrat (12).
14. Roulement selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (9) et le dispositif de calcul (10) sont intégrés sur le substrat (12).
15. Roulement selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la zone de déformation (7) est usinée de sorte à être sensiblement plane.
16. Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois systèmes de détermination de l'amplitude des déformations de respectivement une zone (7) de la bague fixe (1).
17. Roulement selon la revendication 16, caractérisé en ce que les systèmes de détermination sont connectés ou destinés à être connectés à un calculateur apte à calculer, en fonction des amplitudes déterminées, les efforts appliqués lors de la rotation sur la bague fixe (1) et/ou sur un élément solidaire de la bague tournante.
18. Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que les jauges (8) sont disposées sur la zone (7) selon une ligne qui s'étend dans la direction générale de la rotation.
19. Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les jauges (8) sont disposées au voisinage d'un chemin de roulement (3).
20. Roulement selon la revendication 19, caractérisé en ce que les jauges (8) sont disposées sur la périphérie extérieure de la bague fixe (1), sensiblement en regard du chemin de roulement (3).
21. Roulement selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce qu'il comprend deux rangées de corps roulants (2) disposés dans respectivement un chemin de roulement (3), dans lequel, au voisinage de chaque chemin de roulement (3), au moins un système de détermination est prévu pour déterminer l'amplitude des déformations d'une zone (7).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2189772A4 (fr) * 2007-09-18 2014-05-07 Ntn Toyo Bearing Co Ltd Palier de roue avec capteur
CN110418939A (zh) * 2017-03-21 2019-11-05 Zf腓特烈斯哈芬股份公司 在底盘构件中的过载识别部

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2893106B1 (fr) * 2005-11-09 2008-01-04 Snr Roulements Sa Roulement capteur de deformations comprenant au moins trois jauges de contrainte
FR2901018B3 (fr) * 2006-05-12 2008-03-14 Renault Sas Procede de mesure des parametres d'adherence entre la voie d'un vehicule et la chaussee
FR2921621B1 (fr) 2007-10-01 2010-05-07 Renault Sas Dispositif d'assistance de direction d'un vehicule automobile.
FR2921707B1 (fr) 2007-10-01 2010-03-12 Renault Sas Systeme de gestion d'adherence d'une paire de roues motrices de vehicule automobile.
FR2927419B1 (fr) 2008-02-08 2010-06-11 Roulements Soc Nouvelle Procede d'estimation des composantes du torseur d'efforts s'appliquant sur un palier
FR2932542B1 (fr) * 2008-06-12 2010-08-13 Roulements Soc Nouvelle Procede d'estimation d'au moins un etat de fonctionnement d'un palier a roulement

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4203319A (en) * 1977-10-17 1980-05-20 Lechler Gerhard B Apparatus for measuring bearing forces
DE10041093A1 (de) * 2000-08-22 2002-03-14 Bosch Gmbh Robert Sensoranordnung in einem Wälzlager und Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignals der Sensoranordnung
US20020057856A1 (en) * 2000-05-17 2002-05-16 Bailey Ted E. Real time bearing load sensing
US20020062694A1 (en) * 2000-04-10 2002-05-30 Fag Oem Und Handel Ag Rolling bearing with sensing unit which can be remotely interrogated
EP1221589A2 (fr) * 2001-01-04 2002-07-10 Robert Bosch Gmbh Roulement à capteur d'informations pour détecter des grandeurs physiques
US20020194927A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-26 National Aerospace Laboratory Of Japan Bearing load measuring system using double-cylinder type cartridge
US20030145651A1 (en) * 2001-02-02 2003-08-07 Fag Automobiltechnik Ag Wheel bearing for measuring the contact forces between tire and road

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0261268A (ja) * 1988-08-26 1990-03-01 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 造波プール
US6518770B2 (en) * 2000-05-16 2003-02-11 The Texas A&M University System System and method for measuring dynamic loads in a magnetic bearing
FR2812356B1 (fr) * 2000-07-28 2002-12-06 Roulements Soc Nouvelle Roulement comprenant au moins une zone de deformation elastique et ensemble de freinage le comprenant
FR2839553B1 (fr) 2002-05-10 2005-03-18 Roulements Soc Nouvelle Procede de calcul des efforts appliques entre un element tournant et un support sur lequel il tourne

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4203319A (en) * 1977-10-17 1980-05-20 Lechler Gerhard B Apparatus for measuring bearing forces
US20020062694A1 (en) * 2000-04-10 2002-05-30 Fag Oem Und Handel Ag Rolling bearing with sensing unit which can be remotely interrogated
US20020057856A1 (en) * 2000-05-17 2002-05-16 Bailey Ted E. Real time bearing load sensing
DE10041093A1 (de) * 2000-08-22 2002-03-14 Bosch Gmbh Robert Sensoranordnung in einem Wälzlager und Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignals der Sensoranordnung
EP1221589A2 (fr) * 2001-01-04 2002-07-10 Robert Bosch Gmbh Roulement à capteur d'informations pour détecter des grandeurs physiques
US20030145651A1 (en) * 2001-02-02 2003-08-07 Fag Automobiltechnik Ag Wheel bearing for measuring the contact forces between tire and road
US20020194927A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-26 National Aerospace Laboratory Of Japan Bearing load measuring system using double-cylinder type cartridge

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2189772A4 (fr) * 2007-09-18 2014-05-07 Ntn Toyo Bearing Co Ltd Palier de roue avec capteur
CN110418939A (zh) * 2017-03-21 2019-11-05 Zf腓特烈斯哈芬股份公司 在底盘构件中的过载识别部

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