FR2753761A1 - Oscillation damping method for mobile element - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de mesure et le problème de l'amortissement des oscillations d'un élément mobile de ces dispositifs, en particulier l'amortissement d'un bras mobile de capteur ou l'amortissement d'une aiguille mobile de dispositif indicateur. Elle vise un procédé et un dispositif d'amortissement des oscillations d'un tel élément mobile. The present invention relates to the field of measuring devices and the problem of damping the oscillations of a mobile element of these devices, in particular the damping of a movable sensor arm or the damping of a movable needle. indicating device. It relates to a method and a device for damping the oscillations of such a mobile element.
Le problème de l'amortissement des oscillations d'un élément mobile dans les dispositifs de mesure est un problème classique. On connaît des dispositifs d'amortissement d'oscillations dans lesquels un bain d'huile sert à freiner les mouvements d'un tel élément mobile. Ainsi, dans les galvanomètres, le cadre magnétique mobile est généralement relié à un frein papillon plongé dans un bain d'huile. La viscosité de l'huile permet un freinage des mouvements du cadre rotatif. On obtient ainsi un mouvement amorti de l'aiguille indicatrice vers la position correspondant à la mesure, évitant que le cadre n'oscille longtemps autour de la position de mesure. The problem of damping the oscillations of a movable element in measuring devices is a classic problem. There are known oscillation damping devices in which an oil bath serves to slow down the movements of such a mobile element. Thus, in galvanometers, the mobile magnetic frame is generally connected to a butterfly brake immersed in an oil bath. The viscosity of the oil allows the movements of the rotary frame to be braked. There is thus obtained a damped movement of the indicator needle towards the position corresponding to the measurement, preventing the frame from oscillating for a long time around the measurement position.
Cependant, si la valeur de l'amortissement est trop élevée, l'aiguille indicatrice peut se bloquer avant d'atteindre la position correspondant à la valeur exacte de la mesure. La valeur de la viscosité de l'huile est donc essentielle pour obtenir un mouvement suffisament amorti et raccourcir la durée d'établissemnt de la mesure pour l'observateur, sans que les frottements ne faussent l'indication de la mesure.However, if the value of the damping is too high, the indicator needle may lock before reaching the position corresponding to the exact value of the measurement. The value of the viscosity of the oil is therefore essential in order to obtain a sufficiently damped movement and to shorten the duration of establishment of the measurement for the observer, without friction rubbing the indication of the measurement.
Un problème similaire existe inversement dans certains capteurs ou jauges comportant un élément mobile soumis à des vibrations ou des oscillations parasites. Par exemple, les jauges de carburant de véhicule automobile comportent un bras relié à un flotteur et à un dispositif de mesure de position du bras. Dans le réservoir de carburant de tels véhicules automobiles, les vibrations et les cahots provoquent des oscillations du niveau de carburant. La position du bras oscille donc autour d'un niveau moyen correspondant au volume réel de carburant. Conversely, a similar problem exists in certain sensors or gauges comprising a mobile element subjected to parasitic vibrations or oscillations. For example, motor vehicle fuel gauges include an arm connected to a float and to an arm position measuring device. In the fuel tank of such motor vehicles, vibrations and bumps cause the fuel level to oscillate. The position of the arm therefore oscillates around an average level corresponding to the actual volume of fuel.
Pour donner une mesure stable, certains dispositifs de mesure prévoient un filtrage électronique du signal électrique issu du dispositif de mesure. On connaît également des dispositifs d'amortissement mécanique du bras. Le bras peut par exemple être relié à un frein plongé dans un bain d'huile ou de silicone. Comme l'amortissement d'un bras de jauge de véhicule automobile doit être important, le freinage du bras doit être fort.To give a stable measurement, some measurement devices provide electronic filtering of the electrical signal from the measurement device. Mechanical damping devices of the arm are also known. The arm can for example be connected to a brake immersed in an oil or silicone bath. As the damping of a motor vehicle gauge arm must be significant, the braking of the arm must be strong.
Certains dispositifs de freinage comportent ainsi un peigne mobile en translation ou en rotation dans une chambre cloisonnée fixe. Certain braking devices thus comprise a comb movable in translation or in rotation in a fixed partitioned chamber.
Dans de tels dispositifs, chaque lame du peigne entrainé par le bras de jauge, se déplace entre deux cloisons parallèles très proches. In such devices, each blade of the comb driven by the gauge arm moves between two very close parallel partitions.
La chambre cloisonnée est remplie d'huile de sorte que chaque lame est plongée dans un bain d'huile formé entre les cloisons. Lorsque les lames du peigne se déplacent, l'huile est refoulée d'un côté des lames vers le côté opposé. Comme l'espace entre une lame et les deux cloisons adjacentes est très réduit, cet écoulement forcé provoque un très fort freinage du peigne. The partitioned chamber is filled with oil so that each blade is immersed in an oil bath formed between the partitions. When the comb blades move, the oil is forced from one side of the blades to the opposite side. As the space between a blade and the two adjacent partitions is very small, this forced flow causes very strong braking of the comb.
La viscosité de l'huile ou du silicone est soigneusement choisie pour amortir suffisament les oscillations sans bloquer ou retarder excessivement les mouvements du bras, dont la mesure serait alors faussée. The viscosity of the oil or silicone is carefully chosen to sufficiently dampen the oscillations without excessively blocking or delaying the movements of the arm, the measurement of which would then be distorted.
Ainsi, il serait gênant que le mouvement du bras de jauge soit amorti au point que suite au plein de carburant, la mesure n'indiquerait pas le plein du réservoir.Thus, it would be embarrassing for the movement of the gauge arm to be damped to the point that after filling up with fuel, the measurement would not indicate the filling of the tank.
On constate que les dispositifs d'amortissement connus ne permettent pas de s'adapter à des amplitudes variables d'oscillations. It is noted that the known damping devices do not make it possible to adapt to variable amplitudes of oscillations.
Un but de la présente invention est de supprimer de tels inconvénients. An object of the present invention is to eliminate such drawbacks.
Ce but est atteint selon l'invention en utilisant un bain d'huile à viscosité variable, la viscosité de l'huile étant modifiée en appliquant un champ électromagnétique. This object is achieved according to the invention by using an oil bath with variable viscosity, the viscosity of the oil being modified by applying an electromagnetic field.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, qui s'appuie, de façon non limitative, sur un exemple de mise en oeuvre du procédé d'amortissement variable dans un dispositif de jauge de carburant. The invention will be better understood on reading the following description, which is based, without limitation, on an example of implementation of the variable damping method in a fuel gauge device.
La mesure du niveau de carburant sur un véhicule automobile comporte typiquement un dispositif de mesure ayant une jauge avec un bras mobile verticalement autour d'un axe de rotation. Le bras comporte un flotteur à son extrémité, de telle sorte que la position du bras corresponde au niveau de carburant que l'on veut mesurer. Measuring the fuel level on a motor vehicle typically includes a measuring device having a gauge with an arm movable vertically about an axis of rotation. The arm has a float at its end, so that the position of the arm corresponds to the level of fuel to be measured.
Le flotteur de la jauge se déplace de préférence verticalement dans la partie centrale du réservoir. Cette partie est en effet soumise à des amplitudes d'oscillations réduites du niveau de carburant par rapport aux oscillations du niveau le long de parois latérales du réservoir.The gauge float preferably moves vertically in the central part of the tank. This part is in fact subjected to amplitudes of reduced oscillations of the fuel level compared to the oscillations of the level along the side walls of the tank.
Le procédé selon l'invention permet un amortissement variable des oscillations en prévoyant de freiner le mouvement d'un instrument mobile en utilisant une huile ayant une viscosité modifiable par un champ électro-magnétique. The method according to the invention allows variable damping of the oscillations by providing for braking the movement of a mobile instrument using an oil having a viscosity which can be modified by an electromagnetic field.
En effet, certains fluides non conducteurs, comportant des particules polarisables, ont la propriété de voir leur viscosité modifiée par un champ électrique. Indeed, certain non-conductive fluids, comprising polarizable particles, have the property of having their viscosity modified by an electric field.
Une telle composition est par exemple formée de polymères ou de gel de silice dispersés dans une huile de silicone.Such a composition is for example formed from polymers or silica gel dispersed in a silicone oil.
Sous l'influence d'un champ électrique, les particules polarisées forment des chaînes entre les électrodes et la viscosité augmente. La viscosité est donc modifiable en fonction de la tension appliquée.Under the influence of an electric field, the polarized particles form chains between the electrodes and the viscosity increases. The viscosity can therefore be modified as a function of the applied voltage.
D'autres corps huileux, appelés ferrofluides ont des propriétés semblables. Cependant c'est l'application d'un champ magnétique qui modifie leur viscosité. Other oily bodies, called ferrofluids, have similar properties. However, it is the application of a magnetic field that changes their viscosity.
Dans la présente, l'expression huile rhéologique" sera utilisée, de façon générale, pour désigner des corps ayant, aux températures ambiantes, une viscosité comparable aux huiles, celle-ci pouvant être modifiée par un champ magnétique ou par un champ électrique. Cependant l'expression "huile" n'implique pas que le corps soit un corps gras au sens ou l'entend la chimie organique, tout fluide ayant une viscosité moyenne et modifiable par champ électromagnétique étant visé par l'expression "huile rhéologique". In the present, the expression rheological oil "will be used, generally, to designate bodies having, at ambient temperatures, a viscosity comparable to oils, the latter being able to be modified by a magnetic field or by an electric field. the expression "oil" does not imply that the body is a fatty substance in the sense understood by organic chemistry, any fluid having an average viscosity and modifiable by electromagnetic field being referred to by the expression "rheological oil".
Pour distinguer parmi les huiles rhéologiques les ferrofluides et les huiles ayant une viscosité modifiable par un champ électrique, nous appelerons ces dernières huiles électro-rhéologiques. To distinguish among rheological oils ferrofluids and oils having a viscosity which can be modified by an electric field, we will call these latter electro-rheological oils.
De plus, l'expression "champ électromagnétique" désigne généralement dans la présente, un champ ayant des composantes électriques et des composantes magnétiques aussi bien qu'un champ électrique pur ou un champ magnétique pur. In addition, the term "electromagnetic field" generally refers herein to a field having electrical components and magnetic components as well as a pure electric field or a pure magnetic field.
Le procédé selon l'invention prévoit donc de former un bain d'huile dans lequel les mouvements de l'instrument mobile sont freinés, en utilisant une huile rhéologique. Le bras de jauge à dispositif d'amortissement selon l'invention peut par exemple être monté en rotation sur un axe et relié à un piston d'amortisseur, le cylindre d'amortisseur étant rempli d'huile rhéologique. Selon un autre exemple, le bras de jauge peut être relié à un frein en forme de papillon, ce frein étant plongé dans un bain d huile rhéologique. The method according to the invention therefore provides for forming an oil bath in which the movements of the mobile instrument are slowed down, using a rheological oil. The damping device gauge arm according to the invention can for example be mounted in rotation on an axis and connected to a damper piston, the damper cylinder being filled with rheological oil. According to another example, the gauge arm can be connected to a butterfly-shaped brake, this brake being immersed in a bath of rheological oil.
Le mode de réalisation préféré de l'invention comporte un dispositif d'amortissement à peigne mobile dans une chambre cloisonnée fixe. La chambre cloisonnée est, selon l'invention, remplie d'huile rhéologique. The preferred embodiment of the invention comprises a damping device with a movable comb in a fixed partitioned chamber. The partitioned chamber is, according to the invention, filled with rheological oil.
Chaque lame du peigne mobile est plongée dans un bain d'huile rhéologique respectif formé dans l'espace entre les cloisons. Each blade of the movable comb is immersed in a respective rheological oil bath formed in the space between the partitions.
L'espacement de la lame et des cloisons est très réduit de sorte que lorsque cette lame du peigne est entrainée par les mouvements du bras de jauge, l'huile freine son déplacement. En utilisant une huile rhéologique, le freinage pourra être plus ou moins élevé selon la valeur de la viscosité de l'huile. The spacing of the blade and the partitions is very reduced so that when this blade of the comb is driven by the movements of the dipstick arm, the oil brakes its movement. Using a rheological oil, the braking may be higher or lower depending on the value of the viscosity of the oil.
En effet, quand on applique un champ électromagnétique, les molécules ou les particules sensibles contenues dans l'huile forment des chaînes polymériques et entravent le mouvement de la lame. In fact, when an electromagnetic field is applied, the sensitive molecules or particles contained in the oil form polymer chains and hinder the movement of the blade.
Ainsi, une huile électro-rhéologique contient des molécules polaires qui peuvent former des chaînes polymériques lorsqu'un champ électrique est appliqué, modifiant ainsi la viscosité. Thus, an electro-rheological oil contains polar molecules which can form polymer chains when an electric field is applied, thus modifying the viscosity.
De même, les ferrofluides contiennent des particules magnétiques ou magnétisables qui présentent une affinité accrue sous l'effet d'un champ magnétique, ce qui modifie la viscosité. Likewise, ferrofluids contain magnetic or magnetizable particles which have an increased affinity under the effect of a magnetic field, which modifies the viscosity.
L'invention, prévoit donc des moyens d'application de champ électromagnétique à travers l'huile. The invention therefore provides means for applying the electromagnetic field through the oil.
Dans le mode de réalisation préféré, les cloisons de la chambre du dispositif d'amortissement sont des électrodes métalliques. Chaque électrode peut être portée à un potentiel différent pour permettre l'apparition d'un champ électrique transversal aux cloisons. In the preferred embodiment, the partitions of the chamber of the damping device are metal electrodes. Each electrode can be brought to a different potential to allow the appearance of an electric field transverse to the partitions.
Les lames du peigne sont parallèles aux cloisons et ont une certaine épaisseur par rapport à l'intervalle séparant les cloisons pour limiter la "lumière" d'écoulement de l'huile. Elles se déplacent parallèlement aux cloisons. The blades of the comb are parallel to the partitions and have a certain thickness with respect to the interval separating the partitions to limit the "light" of oil flow. They move parallel to the partitions.
Ainsi, lorsque le champ électrique est appliqué, la viscosité de l'huile est modifiée et l'écoulement de l'huile subit alors un freinage plus important et l'amortissement du bras de jauge mobile relié au peigne est augmenté. Thus, when the electric field is applied, the viscosity of the oil is modified and the flow of the oil then undergoes greater braking and the damping of the movable gauge arm connected to the comb is increased.
D'autre dispositifs de freins ou d'amortissement, connus de l'homme de métier, pourront être adaptés pour comporter un amortissement par bain d'huile rhéologique sans sortir du cadre de l'invention. Other brake or damping devices known to those skilled in the art can be adapted to include damping by rheological oil bath without departing from the scope of the invention.
Selon l'invention, la viscosité de l'huile, donc le degré d'amortissement des mouvements de l'instrument mobile, sera modifié en appliquant un champ électromagnétique à travers l'huile. According to the invention, the viscosity of the oil, therefore the degree of damping of the movements of the mobile instrument, will be modified by applying an electromagnetic field through the oil.
Si on utilise une huile électro-rhéologique, l'invention prévoit, bien sûr, d'appliquer un champ électrique à travers l'huile. Un dispositif selon l'invention comporte par exemple une chambre cloisonnée ou une cuve ou un cylindre d'amortisseur contenant une telle huile et des électrodes plongées dans le bain d'huile et traversées par un courant électrique, de telle sorte que le champ électrique produit traverse le bain d'huile et modifie sa viscosité. If an electro-rheological oil is used, the invention provides, of course, for applying an electric field through the oil. A device according to the invention comprises for example a partitioned chamber or a tank or a damper cylinder containing such an oil and electrodes immersed in the oil bath and crossed by an electric current, so that the electric field produced crosses the oil bath and changes its viscosity.
Dans le cas où l'huile rhéologique est un ferrofluide, l'invention prévoit d'appliquer un champ magnétique à travers l'huile. Un dispositif selon l'invention comporte par exemple, une cuve ou un cylindre d'amortisseur contenant le bain de ferrofluide et des bobines magnétiques disposées prés de la cuve ou du cylindre, de telle sorte que le champ magnétique traverse le ferrofluide et modifie sa viscosité. In the case where the rheological oil is a ferrofluid, the invention provides for applying a magnetic field through the oil. A device according to the invention comprises, for example, a tank or a damping cylinder containing the ferrofluid bath and magnetic coils arranged near the tank or the cylinder, so that the magnetic field crosses the ferrofluid and modifies its viscosity .
L'invention prévoit de mesurer l'amplitude des oscillations de l'instrument et d'asservir le champ appliqué à travers l'huile sur la mesure de l'amplitude des oscillations. Ainsi, le dispositif selon l'invention comporte de préférence un circuit électrique détectant l'amplitude des oscillations de l'instrument, par exemple l'amplitude des oscillations du signal électrique de sortie de la jauge de carburant. Dans le cas d'utilisation d'un ferrofluide, le circuit électrique commande la valeur du courant appliqué aux bobines pour modifier le champ magnétique appliqué.Le circuit commande ainsi la valeur de la viscosité du ferrofluide et l'amortissement des oscillations en fonction de cette amplitude d'oscillations. Dans le cas d'une huile électrorhéologique, c'est-à-dire une huile dont la viscosité est modifiée par un champ électrique, le circuit commande une tension appliquée aux électrodes pour modifier la viscosité de l'huile électro-rhéologique. Dans ces deux variantes, on réalise ainsi avantageusement un asservissement qui permet, de minimiser l'amortissement lorsque les oscillations du carburant sont faibles, et d'augmenter l'amortissement en fonction, de préférence proportionnelle, de l'amplitude des oscillations. Lorsque l'agitation du véhicule est importante, on obtient ainsi une bonne pondération de la mesure, tandis que lorsque le véhicule est au repos, le bras mobile de jauge est peu amorti et la mesure est quasiment immédiate. The invention provides for measuring the amplitude of the oscillations of the instrument and for controlling the field applied through the oil on the measurement of the amplitude of the oscillations. Thus, the device according to the invention preferably comprises an electrical circuit detecting the amplitude of the oscillations of the instrument, for example the amplitude of the oscillations of the electrical signal output from the fuel gauge. If a ferrofluid is used, the electric circuit controls the value of the current applied to the coils to modify the magnetic field applied. The circuit thus controls the value of the viscosity of the ferrofluid and the damping of the oscillations according to this. amplitude of oscillations. In the case of an electrorheological oil, that is to say an oil whose viscosity is modified by an electric field, the circuit controls a voltage applied to the electrodes to modify the viscosity of the electro-rheological oil. In these two variants, a servo-control is thus advantageously made which makes it possible to minimize the damping when the fuel oscillations are low, and to increase the damping as a function, preferably proportional, of the amplitude of the oscillations. When the agitation of the vehicle is high, a good weighting of the measurement is thus obtained, while when the vehicle is at rest, the movable gauge arm is not very damped and the measurement is almost immediate.
L'invention prévoit également de supprimer l'application du champ magnétique lorsque l'instrument est au repos. Cette disposition est particulièrement avantageuse dans une application aux jauges de carburant de véhicule automobile, car à la mise sous contact, alors que le véhicule ne bouge pas, on obtient ainsi avantageusement une indication de mesure très rapide du niveau de carburant. Lors du réapprovisionnement en carburant, on peut également obtenir une indication précise et rapide du volume de carburant stocké dans le réservoir. The invention also provides for eliminating the application of the magnetic field when the instrument is at rest. This arrangement is particularly advantageous in an application to the fuel gauges of a motor vehicle, because when the ignition is switched on, while the vehicle is not moving, an indication of very rapid measurement of the fuel level is thus advantageously obtained. When refueling, you can also get an accurate and quick indication of the volume of fuel stored in the tank.
En particulier, une application avantageuse du dispositif selon l'invention est l'étalonnage des dispositifs de mesure. Par exemple, lors du contrôle de l'étalonnage des jauges de mesure de niveau de carburant en fin de fabrication, on peut inhiber l'amortissement du bras de jauge, afin d'effectuer un contrôle plus rapide et plus précis. En l'absence d'une telle inhibition de l'amortissement, le mouvement du bras de jauge entre la position maximale et la position minimale, peut durer dix minutes sous l'effet de la gravité ou nécessiter des actionneurs puissants. L'inhibition de l'amortissement est donc particulièrement avantageuse au cours de l'étalonnage de ces dispositifs. L'amortissement de l'aiguille mobile d'un indicateur de mesure peut également être inhibé lors de l'étalonnage, afin d'effectuer un contrôle plus précis. In particular, an advantageous application of the device according to the invention is the calibration of the measuring devices. For example, when checking the calibration of fuel level gauges at the end of manufacture, the damping of the gauge arm can be inhibited, in order to carry out a faster and more precise control. In the absence of such a damping inhibition, the movement of the gauge arm between the maximum position and the minimum position, may last ten minutes under the effect of gravity or require powerful actuators. Inhibiting damping is therefore particularly advantageous during the calibration of these devices. The damping of the moving hand of a measurement indicator can also be inhibited during calibration, in order to perform more precise control.
Le procédé décrit dans la présente peut être mis en oeuvre dans des dispositifs très variés sans sortir du cadre de l'invention. The process described herein can be implemented in a wide variety of devices without departing from the scope of the invention.
Bien que l'exemple de mise en oeuvre décrive un dispositif de capteur, on comprend aisément que des dispositifs d'amortissement selon l'invention peuvent être appliqués aux dispositif indicateurs de mesure.Par exemple, le tableau de bord d'un véhicule automobile comporte généralement de multiples dispositifs indicateurs comportant des aiguilles mobiles. Ces aiguilles mobiles pourront avoir un amortissement variable en fonction de l'amplitude de leurs mouvements selon l'invention. On voit donc que le procédé et les dispositifs selon l'invention s'appliquent particulièrement aux dispositifs de mesure complets au niveau du capteur ou au niveau du dispositif indicateur. L'amortissement variable selon l'invention peut d'ailleurs être centralisé sur un véhicule automobile, un circuit électronique détectant selon l'invention, l'amplitude des mouvements d'un instrument mobile de référence, comme le bras mobile de jauge de carburant, cette mesure d'amplitude servant à asservir l'amortissement variable de plusieurs autres instruments mobiles, comme les diverses aiguilles mobiles indicatrices de tableau de bord. Although the example of implementation describes a sensor device, it is easily understood that damping devices according to the invention can be applied to measurement indicator devices. For example, the dashboard of a motor vehicle comprises usually multiple indicating devices with movable hands. These movable hands may have a variable damping depending on the amplitude of their movements according to the invention. It can therefore be seen that the method and the devices according to the invention apply particularly to complete measuring devices at the level of the sensor or at the level of the indicating device. The variable damping according to the invention can moreover be centralized on a motor vehicle, an electronic circuit detecting according to the invention, the amplitude of the movements of a mobile reference instrument, such as the mobile fuel gauge arm, this amplitude measurement serving to control the variable damping of several other mobile instruments, such as the various mobile dashboard indicator hands.
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