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FR3152432A1 - Organe de suspension - Google Patents

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FR3152432A1
FR3152432A1 FR2309144A FR2309144A FR3152432A1 FR 3152432 A1 FR3152432 A1 FR 3152432A1 FR 2309144 A FR2309144 A FR 2309144A FR 2309144 A FR2309144 A FR 2309144A FR 3152432 A1 FR3152432 A1 FR 3152432A1
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suspension
piezoelectric
vehicle
substrate
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FR2309144A
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English (en)
Inventor
Abderrahman OUAKKA
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Sogefi Suspensions SA
Original Assignee
Sogefi Suspensions SA
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Publication date
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Priority to PCT/FR2024/051028 priority patent/WO2025046180A1/fr
Priority to US18/815,873 priority patent/US20250080012A1/en
Priority to CN202411209623.XA priority patent/CN119532356A/zh
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Abstract

Organe de suspension pour véhicule routier permettant de convertir au moins une partie des vibrations et/ou des contraintes mécaniques en électricité, ainsi qu’un procédé de fabrication d’un tel organe de suspension, l’organe de suspension comprenant au moins un élément de suspension ou au moins un élément d’interface, configuré pour participer à la fixation d’au moins un élément de suspension du véhicule, et au moins une nappe bidimensionnelle (10), continue, intégrée dans ou recouvrant une surface de l’élément de suspension ou de l’élément d’interface, dans lequel ladite au moins une nappe bidimensionnelle (10) comprend au moins une couche piézoélectrique (20), comprenant des fibres piézoélectriques collectivement orientées dans une direction commune de manière à convertir en électricité au moins une partie des vibrations et/ou des contraintes mécaniques subies par l’élément de suspension (1) au cours du fonctionnement du véhicule, et une couche collectrice (30), conductrice électrique, recouvrant la couche piézoélectrique (20) de manière à collecter l’électricité produite par les fibres piézoélectriques. Fig. 2.

Description

Organe de suspension
Le présent exposé concerne un organe de suspension pour véhicule routier permettant de convertir au moins une partie des vibrations et/ou des contraintes mécaniques en électricité, ainsi qu’un procédé de fabrication d’un tel organe de suspension.
Les éléments de suspension des véhicules, incluant notamment les ressorts hélicoïdaux de suspension et les barres stabilisatrices antiroulis, sont conçus pour présenter un comportement élastique permettant de réduire les cahots et vibrations ressenties au sein de la cabine du véhicule. Ces éléments de suspension subissent donc des déformations et des vibrations importantes en fonctionnement. C’est également le cas des éléments d’interface permettant de fixer ces éléments de suspension sur le châssis ou le train roulant du véhicule.
Naturellement, ces déformations et vibrations entraînement en temps normal des pertes énergétiques significatives qui sont dissipées essentiellement par frottement. On estime ainsi, pour un véhicule thermique, que 3 à 15% de l’énergie développée dans le moteur est ainsi dissipée dans la suspension du véhicule, les pertes s’élevant même de 8 à 39% si l’on ne compte que l’énergie mécanique effectivement produite par le moteur, c’est-à-dire si l’on exclut les pertes liées à l’échappement (33%) et au refroidissement du moteur (29%).
Il serait donc souhaitable de pouvoir valoriser au moins une partie de cette énergie dissipée dans la suspension. A cette fin, plusieurs solutions ont déjà été proposées par le passé mais elles ne sont pas pleinement satisfaisantes.
Par exemple, certaines solutions visent à installer un générateur électrique au niveau du ressort hélicoïdal de suspension ou de son amortisseur, en convertissant par exemple la pression hydraulique de l’amortisseur en couple dans un moteur hydraulique ou en convertissant le déplacement linéaire du ressort ou de l’amortisseur en une rotation à l’aide d’une crémaillère et d’un pignon. Toutefois, ces solutions nécessitent de rajouter des éléments lourds et encombrants, ce qui finalement pénalise le gain espéré de la récupération d’énergie.
D’autres solutions proposent de récupérer cette énergie de déplacement par induction, en installant par exemple une bobine, solidaire d’une extrémité du ressort, autour d’un aimant, solidaire de l’autre extrémité du ressort. Toutefois, ces solutions sont également encombrantes et difficiles à mettre en œuvre en pratique.
Enfin, d’autres solutions encore proposent de mettre en place un ou plusieurs éléments piézoélectriques sur l’élément de suspension ou sur un élément écrasé par ce dernier. Toutefois, à ce jour, les solutions connues mettant en œuvre des éléments piézoélectriques ne permettent pas de produire un courant véritablement exploitable. En effet, dans la plupart des configurations connues, l’élément piézoélectrique est installé ponctuellement et ne génère donc qu’une faible différence de potentiel, et uniquement lorsqu’il est sollicité dans la bonne direction. Ces éléments piézoélectriques sont donc généralement relégués à des fonctions de capteur de compression sans véritable potentiel de valorisation énergétique.
Il existe donc un réel besoin pour un organe de suspension permettant de convertir au moins une partie des vibrations et/ou des contraintes mécaniques en électricité, ainsi qu’un procédé de fabrication d’un tel organe de suspension, et qui soient dépourvus, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux configurations précitées.
Le présent exposé concerne un organe de suspension pour véhicule routier, comprenant
au moins un élément de suspension, présentant un comportement élastique de manière à agir comme un ressort de suspension au cours du fonctionnement du véhicule, ou au moins un élément d’interface, configuré pour participer à la fixation d’au moins un élément de suspension du véhicule présentant un comportement élastique de manière à agir comme un ressort de suspension au cours du fonctionnement du véhicule, et
au moins une nappe bidimensionnelle, continue, intégrée dans l’élément de suspension ou l’élément d’interface ou recouvrant au moins une surface d’interface de l’élément de suspension ou de l’élément d’interface, ladite surface d’interface étant prévue pour être en contact avec un autre organe du véhicule au cours du fonctionnement du véhicule,
dans lequel ladite au moins une nappe bidimensionnelle comprend au moins :
- une couche piézoélectrique, comprenant des fibres piézoélectriques collectivement orientées dans une direction commune de manière à convertir en électricité au moins une partie des vibrations et/ou des contraintes mécaniques subies par l’élément de suspension au cours du fonctionnement du véhicule, et
- une couche collectrice, conductrice électrique, recouvrant la couche piézoélectrique de manière à collecter l’électricité produite par les fibres piézoélectriques.
Grâce à la configuration proposée, dans laquelle des fibres piézoélectriques sont réparties et orientées de manière uniforme au sein d’une couche d’une nappe bidimensionnelle, il est possible de récupérer en moyenne une tension électrique satisfaisante et valorisable. En effet, puisque des fibres piézoélectriques sont réparties dans toute la nappe, la probabilité qu’à tout moment un nombre significatif de fibres soient sollicitées dans la bonne direction, et génèrent donc une différence de potentiel, augmente fortement. La différence de potentiel récupérable, et sa stabilité dans le temps, augmente d’autant plus avec la surface couverte par la nappe, et donc avec le nombre de fibres piézoélectriques présentes. En particulier, en disposant sur une grande surface une telle nappe enfermant continument des fibres piézoélectriques, on favorise la récupération de différents types de contraintes, ne s’exerçant pas avec la même amplitude selon la zone considérée.
En particulier, puisque la couche collectrice est connectée électriquement à l’ensemble des fibres piézoélectriques de la couche piézoélectrique, formant ainsi une électrode supérieure, il est possible de capter et d’amplifier, selon la surface de la nappe et donc le nombre de fibres piézoélectriques, les vibrations qui sont habituellement difficilement valorisables du fait de leur faible amplitude.
Par ailleurs, une telle nappe piézoélectrique est facile à mettre en œuvre et peut couvrir une grande surface sans difficulté accrue. En effet, la nappe piézoélectrique peut être préparée en amont et simplement installée lors du montage de l’organe de suspension ; elle peut également être directement intégrée à l’élément de suspension ou à l’élément d’interface lors de sa fabrication.
En particulier, une telle configuration n’ajoute que très peu de masse et bénéficie d’un encombrement minimal : il est ainsi possible de mettre en place une telle nappe piézoélectrique dans une conception d’organe de suspension déjà existante sans adaptation particulièrement importante. Une telle nappe peut même jouer un rôle de protection de l’élément de suspension ou de l’élément d’interface et remplacer alors un revêtement de protection habituellement prévu sur cet élément.
Dans le présent exposé, on comprend qu’une nappe bidimensionnelle est une nappe s’étendant selon deux directions orthogonales, une direction principale et une direction transverse, l’épaisseur de la nappe bidimensionnelle étant négligeable par rapport à chacune de ces deux directions. On comprend en outre que, la nappe pouvant être flexible, ces deux directions d’extension peuvent être curvilignes. En particulier, on comprend que l’une de ces deux directions peut se refermer sur elle-même et former ainsi une boucle : c’est notamment le cas lorsque la nappe forme une gaine tubulaire, la direction transverse de la nappe se refermant sur elle-même, ou lorsque la nappe forme un anneau, la direction principale de la nappe se refermant sur elle-même.
Dans le présent exposé, on comprend que les fibres piézoélectriques sont collectivement orientées dans une direction donnée lorsque, en moyenne, les fibres sont orientées dans cette direction et que pas plus de 10% des fibres s’écartent individuellement de plus de 10° de cette direction.
Dans certains modes de réalisation, les fibres piézoélectriques possèdent une longueur inférieure à 500µm, éventuellement inférieure à 70µm. En particulier, ces gammes de longueur permettent de réduire le risque de délaminage des couches de la nappe bidimensionnelle, un tel délaminage pouvant arriver lorsque les fibres piézoélectriques sont trop longues.
Dans certains modes de réalisation, les fibres piézoélectriques possèdent un diamètre inférieur à 10µm, éventuellement inférieur à 700 nm.
Dans certains modes de réalisation, les fibres piézoélectriques comprennent des fibres de titano-zirconate de plomb (PZT), de polyfluorure de vinyle (PVF), de polyfluorure de vinylidène (PVDF), de polychlorure de vinyle (PVC), ou de titanate de baryum. Par exemple, la couche piézoélectrique peut comprendre des réseaux de nanofils de titanate de baryum. Eventuellement, toutes les fibres piézoélectriques sont réalisées dans le même matériau.
Dans certains modes de réalisation, l’orientation des fibres piézoélectriques est orthogonale à la couche collectrice. Cette orientation peut également être orthogonale au substrat.
Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur de la couche piézoélectrique est supérieure à 70µm, éventuellement supérieure à 500 µm.
Dans le présent exposé, sauf précision contraire, lorsque l’on indique qu’un paramètre est supérieur, respectivement inférieur, à une valeur donnée, on entend ici inclure le cas où ledit paramètre est égal à la valeur donnée.
Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur de la couche piézoélectrique est inférieure à 500 µm, éventuellement inférieure à 70µm.
Dans certains modes de réalisation, la couche collectrice comprend des cristaux de phosphate. De tels cristaux de phosphate améliorent grandement l’adhésion d’une éventuelle couche polymère sur la couche collectrice.
Dans certains modes de réalisation, la couche collectrice comprend au moins un élément métallique parmi le zinc (Zn), le manganèse (Mn), le cuivre (Cu) et le nickel (Ni). Un tel élément métallique permet de favoriser la conduction électrique de la couche électrique.
Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur de la couche collectrice est supérieure à 5 µm, éventuellement supérieure à 20 µm.
Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur de la couche collectrice est inférieure à 50 µm, éventuellement inférieure à 25 µm.
Dans certains modes de réalisation, l’organe de suspension comprend un premier câble de connexion, conducteur électrique, connecté électriquement sur la couche collectrice. Il peut notamment être collé sur la couche collectrice.
Dans certains modes de réalisation, l’organe de suspension comprend une pluralité de couches piézoélectriques, comprenant chacune des fibres piézoélectriques collectivement orientées dans une direction commune, une couche d’interface, conductrice électrique, étant intercalée entre chaque couche piézoélectrique. En particulier, toutes les couches piézoélectriques peuvent être identiques et orientées dans le même sens. Dans un tel cas, la couche collectrice recouvre la couche piézoélectrique la plus haute et le substrat, ou une éventuelle couche de base, forme le socle de la couche piézoélectrique la plus basse. Superposer ainsi plusieurs couches piézoélectriques en série permet d’augmenter la tension produite par la nappe bidimensionnelle.
Dans certains modes de réalisation, une couche piézoélectrique s’étend directement depuis le substrat formé par l’élément de suspension ou de l’élément d’interface, ce substrat étant conducteur électrique. Une telle configuration permet de se servir du substrat lui-même comme électrode inférieure connectée à l’ensemble des fibres piézoélectriques de la couche piézoélectrique la plus basse.
Dans certains modes de réalisation, l’organe de suspension comprend un deuxième câble de connexion, conducteur électrique, connecté électriquement sur le substrat. Il peut notamment être soudé ou brasé sur le substrat.
Dans certains modes de réalisation, l’organe de suspension comprend une couche de base, conductrice électrique, une couche piézoélectrique s’étendant depuis la couche de base. Une telle configuration permet de former une électrode inférieure connectée à l’ensemble des fibres piézoélectriques de la couche piézoélectrique la plus basse, notamment lorsque le substrat n’est pas conducteur.
Dans certains modes de réalisation, l’organe de suspension comprend un deuxième câble de connexion, conducteur électrique, connecté électriquement sur la couche de base. Il peut notamment être collé, soudé ou brasé sur la couche de base.
Dans certains modes de réalisation, l’organe de suspension comprend une couche de protection, isolante électrique, recouvrant la couche collectrice. Une telle couche de protection permet d’isoler électriquement l’ensemble afin de réduire le risque de court-circuit. Cette couche de protection peut également protéger l’élément de suspension ou l’élément d’interface contre des agressions mécaniques, physiques et/ou chimiques de son environnement. En particulier, cette couche de protection peut jouer un rôle de protection contre la corrosion et/ou contre des impacts tels que des impacts de graviers lors du roulage du véhicule.
Dans certains modes de réalisation, la couche de protection est réalisée en matériau polymérique, par exemple en époxy.
Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur la couche de protection est supérieure à 120µm.
Dans certains modes de réalisation, la nappe bidimensionnelle prend la forme d’une gaine entourant l’élément de suspension ou de l’élément d’interface. Une telle gaine peut alors jouer en outre un rôle de protection de l’élément de suspension ou de l’élément d’interface.
Dans certains modes de réalisation, la nappe bidimensionnelle est déposée, couche par couche, directement sur l’élément de suspension ou l’élément d’interface.
Dans certains modes de réalisation, la nappe bidimensionnelle est rapportée, de préférence par collage, sur l’élément de suspension ou l’élément d’interface.
Dans certains modes de réalisation, l’élément de suspension ou l’élément d’interface est surmoulé sur la nappe bidimensionnelle.
Dans certains modes de réalisation, la nappe bidimensionnelle est intercalée entre deux composants de l’élément d’interface, par exemple entre une armature et une couche élastomère en contact avec l’élément de suspension.
Dans certains modes de réalisation, l’élément de suspension est un ressort hélicoïdal, et ladite au moins une nappe bidimensionnelle recouvre au moins une portion de la surface externe du ressort hélicoïdal.
Dans certains modes de réalisation, ladite au moins une nappe bidimensionnelle recouvre au moins une portion d’extrémité du ressort hélicoïdal, de préférence sur au moins 5 cm, de préférence encore sur au moins 10 cm. La portion d’extrémité du ressort hélicoïdal est en effet la portion qui subit le plus de contraintes, notamment parce qu’elle est en appui contre un élément rigide du véhicule.
Dans certains modes de réalisation, ladite au moins une nappe bidimensionnelle recouvre au moins une portion médiane du ressort hélicoïdal, de préférence sur au moins 5 cm, de préférence encore sur au moins 10 cm. Les spires actives du ressort, situées à distance des extrémités et bénéficiant donc d’une plus grande liberté de mouvement, sont en effet les spires qui subissent le plus de vibrations.
Dans certains modes de réalisation, ladite au moins une nappe bidimensionnelle recouvre l’intégralité de la surface externe du ressort hélicoïdal.
Dans certains modes de réalisation, l’élément de suspension est une barre stabilisatrice, et ladite au moins une nappe bidimensionnelle recouvre au moins une portion de la surface de la barre stabilisatrice prévue pour être maintenue par un palier du véhicule.
Dans certains modes de réalisation, l’élément d’interface est un palier configuré pour être monté autour d’une barre stabilisatrice du véhicule.
Dans certains modes de réalisation, ladite au moins une nappe bidimensionnelle recouvre au moins une portion de la surface interne du palier, prévue pour maintenir la barre stabilisatrice.
Dans certains modes de réalisation, ladite au moins une nappe bidimensionnelle est intercalée entre deux composants du palier, de préférence entre une armature et une couche élastomère en contact avec la barre stabilisatrice.
Dans certains modes de réalisation, le palier comprend au moins une bride comportant une portion en berceau et deux pattes de fixation, et ladite au moins une nappe bidimensionnelle recouvre au moins la portion en berceau, et de préférence également la surface interne des pattes de fixation.
Dans certains modes de réalisation, le palier comprend au moins une contreplaque, distincte de la bride et configuré pour être rapporté contre l’étier, et au moins une deuxième nappe bidimensionnelle recouvre au moins une portion de la surface interne de la contreplaque.
Dans certains modes de réalisation, l’élément de suspension comprend au moins un œillet de fixation, et ladite au moins une nappe bidimensionnelle recouvre au moins une portion de la surface interne de l’œillet de fixation. Dans un tel cas, l’élément de suspension peut, par exemple, être une barre stabilisatrice ou un ressort à lame.
Dans certains modes de réalisation, l’élément d’interface est un palier configuré pour être monté dans un œillet d’un élément de suspension du véhicule, par exemple d’un ressort à lame ou d’une barre stabilisatrice.
Dans certains modes de réalisation, ladite au moins une nappe bidimensionnelle recouvre au moins une portion de la surface interne ou de la surface externe du palier.
Dans certains modes de réalisation, ladite au moins une nappe bidimensionnelle est intercalée entre deux composants du palier, de préférence entre une armature et une couche élastomère.
Dans certains modes de réalisation, l’élément d’interface est un élément d’appui pour ressort hélicoïdal configuré pour être monté à une extrémité d’un ressort hélicoïdal et être bloqué sur une coupelle.
Dans certains modes de réalisation, ladite au moins une nappe bidimensionnelle recouvre au moins une portion de la surface externe de l’élément d’appui, prévue pour être en contact avec la coupelle.
Dans certains modes de réalisation, ladite au moins une nappe bidimensionnelle est intercalée entre deux composants de l’élément d’appui, de préférence entre une portion d’appui en contact avec le ressort hélicoïdal et une portion d’embase en contact avec la coupelle.
Le présent exposé concerne également un procédé de fabrication d’un organe de suspension pour véhicule routier, comprenant les étapes suivantes :
fourniture d’un substrat, destiné à former un élément de suspension, présentant un comportement élastique de manière à agir comme un ressort de suspension au cours du fonctionnement du véhicule, ou un élément d’interface, configuré pour participer à la fixation d’au moins un élément de suspension du véhicule présentant un comportement élastique de manière à agir comme un ressort de suspension au cours du fonctionnement du véhicule,
dépôt d’une couche piézoélectrique, comprenant des fibres piézoélectriques, sur le substrat ou sur une couche de base s’étendant sur le substrat,
polarisation des fibres piézoélectriques de manière à ce qu’elles s’orientent collectivement dans une direction commune,
dépôt d’une couche collectrice, conductrice électrique, sur la couche piézoélectrique.
Un tel procédé permet alors d’obtenir un organe de suspension tel que présenté ci-avant, avec tous les avantages offert par ce dernier.
Dans certains modes de réalisation, le dépôt de la couche de fibres piézoélectriques est réalisé pour poudrage, projection ou trempe dans un bain fluidisé.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de grenaillage du substrat ou de la couche de base. Cette étape de grenaillage peut avoir lieu avant et/ou après l’étape de dépôt de la couche piézoélectrique. Réalisé avant le dépôt des fibres piézoélectriques, les reliefs formés par le grenaillage permettent de favoriser l’accroche des fibres lors de leur dépôt ; réalisé après le dépôt des fibres piézoélectriques, les impacts causés par le grenaillage renforcent la fixation des fibres sur le substrat ou la couche de base.
Dans certains modes de réalisation, le substrat présente, après l’étape de grenaillage, une rugosité Rt comprise entre 5 et 30 µm, de préférence entre 10 et 20 µm.
Dans certains modes de réalisation, le dépôt de la couche collectrice est réalisé par phosphatation, par exemple dans un bain. Une telle étape permet en outre d’inclure des cristaux de phosphate dans la couche collectrice, ce qui favorisera l’accroche d’une éventuelle couche polymère sur la couche collectrice.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de dépôt d’une couche protectrice, isolante électrique, sur la couche piézoélectrique. Une telle couche de protection permet d’isoler électriquement l’ensemble afin de réduire le risque de court-circuit. Cette couche de protection peut également protéger l’élément de suspension ou l’élément d’interface contre des agressions mécaniques, physiques et/ou chimiques de son environnement. En particulier, cette couche de protection peut jouer un rôle de protection contre la corrosion et/ou contre des impacts tels que des impacts de graviers lors du roulage du véhicule.
Dans certains modes de réalisation, le dépôt de la couche protectrice est réalisé par poudrage. Au cours d’une telle étape de poudrage, les fibres piézoélectriques se trouvent polarisées entre le substrat et la couche de protection : cette étape de poudrage peut alors constituer l’étape de polarisation des fibres piézoélectriques sans qu’une étape de polarisation distincte ne soit nécessaire.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de connexion durant laquelle un premier câble de connexion, conducteur électrique, est connecté sur la couche collectrice et un deuxième câble de connexion, conducteur électrique, est connecté sur le substrat ou la couche de base. En particulier, cette étape de connexion peut être réalisée avant l’étape de dépôt de la couche protectrice : de cette manière, la couche protectrice peut protéger également ces connexions électriques.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de mise à jour du substrat ou de la couche de base avant l’étape de connexion. Par exemple, la couche piézoélectrique et la couche collectrice peuvent être grattées pour mettre à jour le substrat ou la couche de base. Ceci facilite ensuite l’étape de connexion.
Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples d’organes de suspension et de procédés de fabrication d’un tel organe de suspension. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.
Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé.
Sur ces dessins, d’une figure à l’autre, des éléments (ou parties d’élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. En outre, des éléments (ou parties d'élément) appartenant à des exemples de réalisation différents mais ayant une fonction analogue sont repérés sur les figures par des références numériques incrémentées de 100, 200, etc.
FIG. 1LaFIG. 1est une vue de profil d’un premier exemple d’organe de suspension comprenant un ressort hélicoïdal.
FIG. 2LaFIG. 2est un schéma en coupe de ce premier exemple d’organe de suspension.
FIG. 3LaFIG. 3est une microphotographie d’une couche de fibres piézoélectriques.
FIG. 4LaFIG. 4est un schéma en coupe d’un deuxième exemple d’organe de suspension.
FIG. 5LaFIG. 5est un schéma en coupe d’un troisième exemple d’organe de suspension.
Afin de rendre plus concret l’exposé, des exemples d’organes de suspension et de procédés de fabrication sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.
LaFIG. 1représente un exemple d’organe de suspension pour véhicule 1 comprenant un ressort hélicoïdal 2 et une nappe piézoélectrique 10 prenant la forme d’une gaine entourant le ressort hélicoïdal 2.
LaFIG. 2représente schématiquement en coupe ce même organe de suspension 1. Le ressort hélicoïdal 2 forme le substrat. La nappe piézoélectrique 10 comprenant alors une couche piézoélectrique 20, déposée sur le substrat 2, une couche collectrice 30, recouvrant la couche piézoélectrique 20, et une couche de protection 40, recouvrant la couche collectrice 30. Un premier câble de connexion 51 est connecté sur la couche collectrice 30 tandis qu’un deuxième câble de connexion 52 est connecté sur le substrat 2.
Le ressort hélicoïdal 2 est ici réalisé en métal, plus précisément en acier.
La couche piézoélectrique 20 est formée de fibres piézoélectriques 21, par exemple des fibres de titano-zirconate de plomb (PZT), dont la longueur moyenne est ici égale à 50µm et dont le diamètre moyen est ici égal à 500nm. La couche piézoélectrique 20 possède alors ici une épaisseur égale à 70µm.
La couche collectrice 30 comprend des cristaux de phosphate ainsi que des éléments métalliques, en particulier du zinc, du manganèse et du nickel. La couche collectrice 30 est donc conductrice électrique. Dans cet exemple, l’épaisseur de la couche collectrice 30 est égale à 15µm.
La couche de protection 40 est réalisée en matériau polymère isolant électrique, par exemple en époxy. Dans cet exemple, l’épaisseur de la couche de protection 40 est égale à 120µm.
Un exemple de procédé de fabrication de cet organe de suspension 1 va maintenant être décrit.
Un ressort hélicoïdal 2 est tout d’abord fourni ou fabriqué selon un procédé connu, ce dernier formant le substrat.
Le substrat 2 est ensuite grenaillé afin d’induire des contraintes résiduelles internes pour augmenter la durée de vie du ressort hélicoïdal. Par la même occasion, une rugosité Rt de 15µm en moyenne s’imprime sur la surface.
Des fibres piézoélectriques 21 sont ensuite déposées sur le substrat 2 par poudrage de manière à former la couche piézoélectrique 20. LaFIG. 3illustre de telles fibres piézoélectriques 21 déposées sur un substrat 2.
L’ensemble formé du substrat 2 et de la couche piézoélectrique 20 subit ensuite une étape de traitement de surface chimique de protection anti-corrosion du type phosphatation de manière à former la couche collectrice 30 conductrice. Dans d’autres exemples, cette étape peut être aussi réalisée par une opération de conversion chimique dans un bain d’Oxsilan (marque déposée) qui génère une couche très fine et très adhérente à la couche piézoélectrique 20.
Le premier câble de connexion 51 est alors collé sur une première portion de la couche collectrice 30 afin de connecter électriquement le premier câble de connexion 51 avec la couche collectrice 30. Par ailleurs, une deuxième portion de la couche collectrice 30 est grattée, ainsi que la portion de la couche piézoélectrique 20 située juste dessous, afin de mettre le substrat 2 localement à nu. Le deuxième câble de connexion 52 peut alors être soudé sur le substrat 2 dans la zone qui a été mise à nue afin de connecter électriquement le deuxième câble de connexion 52 avec le substrat 2.
Une poudre précurseur est ensuite déposée sur la couche collectrice 30 par poudrage. Au cours de cette étape de poudrage, la poudre précurseur est chargée positivement tandis que le substrat 2 est maintenu à un potentiel négatif. Cette différence de potentiel aboutit à la polarisation des fibres piézoélectriques 21 de la couche piézoélectrique 20 qui s’orientent collectivement selon le gradient de potentiel, donc orthogonalement au substrat 2 et à la couche collectrice 30. L’ensemble est ensuite cuit afin de réticuler la poudre précurseur, aboutissant ainsi à la couche de protection 40.
On obtient ainsi finalement l’organe de suspension 1. Dès lors, lorsque l’organe de suspension 1 subit des déformations ou des vibrations, ces déformations ou vibrations conduisent à modifier l’orientation et/ou la longueur des fibres piézoélectriques 21, ce qui génère une différence de potentiel électrique entre la couche collectrice 30, qui constitue une première électrode, et le substrat 2, qui constitue une deuxième électrode. Les fibres piézoélectriques 21 étant toutes connectées en parallèle entre la couche collectrice 30 et le substrat 2, la différence de potentiel générée entre ces deux électrodes est significative et peut donc être récupérée de manière exploitable par les câbles de connexion 51 et 52.Néanmoins, cette tension électrique étant par construction fortement fluctuante au cours du temps, selon l’amplitude des contraintes et des vibrations subies, il est préférable de connecter un redresseur électrique en aval de la nappe piézoélectrique 10 afin de lisser les fluctuations de la tension générée par la nappe piézoélectrique 10.
LaFIG. 4représente schématiquement en coupe un deuxième exemple d’organe de suspension 101. Dans ce deuxième exemple, le substrat 102 n’est plus conducteur et ne peut donc plus former une électrode connectant les extrémités inférieures des fibres piézoélectriques de la couche piézoélectrique 120.
La nappe piézoélectrique 110 comprend alors, outre une couche piézoélectrique 120, une couche collectrice 130 et une couche de protection 140, toutes analogues à celles du premier exemple, une couche de base 160, conductrice électrique, déposée sur le substrat 102 et sur laquelle est déposée la couche piézoélectrique 120. Ainsi, cette couche de base 160 peut former une électrode inférieure connectant les extrémités inférieures des fibres piézoélectriques de la couche piézoélectrique 120. Le deuxième câble de connexion 152 est alors connecté sur cette couche de base 160.
LaFIG. 5représente schématiquement en coupe un troisième exemple d’organe de suspension 201. Ce troisième exemple est analogue au premier exemple si ce n’est que la nappe piézoélectrique 210 comprend ici deux couches piézoélectriques 221, 222.
Chaque couche piézoélectrique 221, 222 est tout à fait analogue à la couche piézoélectrique 20 du premier exemple. Une couche intermédiaire 229, conductrice électrique, est intercalée entre les deux couches piézoélectriques 221, 222 : la couche intermédiaire 229 est donc connectée, d’une part, aux extrémités supérieures des fibres piézoélectriques de la couche piézoélectrique inférieure 221 et aux extrémités inférieures des fibres piézoélectriques de la deuxième couche piézoélectrique supérieure 222. Le substrat 202, la couche collectrice 230 et la couche de protection 240 sont pour leurs parts analogues à ceux du premier exemple.
De cette manière, la nappe piézoélectrique 210 dispose de deux couches piézoélectriques 221, 222 montées en série, ce qui augmente la tension récupérable entre le substrat 202, formant l’électrode inférieure, et la couche collectrice 230, formant l’électrode supérieure. Dans ce troisième exemple, deux couches piézoélectriques 221, 222 sont prévues mais un nombre plus important de couches piézoélectriques pourraient être prévues, en intercalant une couche intermédiaire entre chaque couche piézoélectrique.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.
Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims (12)

  1. Organe de suspension pour véhicule routier, comprenant
    au moins un élément de suspension (2), présentant un comportement élastique de manière à agir comme un ressort de suspension au cours du fonctionnement du véhicule, ou au moins un élément d’interface, configuré pour participer à la fixation d’au moins un élément de suspension du véhicule présentant un comportement élastique de manière à agir comme un ressort de suspension au cours du fonctionnement du véhicule, et
    au moins une nappe bidimensionnelle (10), continue, intégrée dans l’élément de suspension (2) ou l’élément d’interface ou recouvrant au moins une surface d’interface de l’élément de suspension (2) ou de l’élément d’interface, ladite surface d’interface étant prévue pour être en contact avec un autre organe du véhicule au cours du fonctionnement du véhicule,
    dans lequel ladite au moins une nappe bidimensionnelle (10) comprend au moins :
    - une couche piézoélectrique (20), comprenant des fibres piézoélectriques (21) collectivement orientées dans une direction commune de manière à convertir en électricité au moins une partie des vibrations et/ou des contraintes mécaniques subies par l’élément de suspension (1) au cours du fonctionnement du véhicule, et
    - une couche collectrice (30), conductrice électrique, recouvrant la couche piézoélectrique (20) de manière à collecter l’électricité produite par les fibres piézoélectriques (21).
  2. Organe de suspension selon la revendication 1, dans lequel l’orientation des fibres piézoélectrique (21) est orthogonale à la couche collectrice (30).
  3. Organe de suspension la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche collectrice (30) comprend des cristaux de phosphate.
  4. Organe de suspension l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une pluralité de couches piézoélectriques (221, 222), comprenant chacune des fibres piézoélectriques collectivement orientées dans une direction commune, une couche d’interface (229), conductrice électrique, étant intercalée entre chaque couche piézoélectrique (221, 222).
  5. Organe de suspension selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel une couche piézoélectrique (20) s’étend directement depuis le substrat (2) formé par l’élément de suspension ou de l’élément d’interface, ce substrat (2) étant conducteur électrique.
  6. Organe de suspension selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une couche de protection (40), isolante électrique, recouvrant la couche collectrice (30).
  7. Organe de suspension selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la nappe bidimensionnelle (10) prend la forme d’une gaine entourant l’élément de suspension (2) ou de l’élément d’interface.
  8. Procédé de fabrication d’un organe de suspension pour véhicule routier, comprenant les étapes suivantes :
    fourniture d’un substrat (2), destiné à former un élément de suspension, présentant un comportement élastique de manière à agir comme un ressort de suspension au cours du fonctionnement du véhicule, ou un élément d’interface, configuré pour participer à la fixation d’au moins un élément de suspension du véhicule présentant un comportement élastique de manière à agir comme un ressort de suspension au cours du fonctionnement du véhicule,
    dépôt d’une couche piézoélectrique (20), comprenant des fibres piézoélectriques (21), sur le substrat (2) ou sur une couche de base s’étendant sur le substrat,
    polarisation des fibres piézoélectriques (21) de manière à ce qu’elles s’orientent collectivement dans une direction commune,
    dépôt d’une couche collectrice (30), conductrice électrique, sur la couche piézoélectrique (20).
  9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le dépôt de la couche piézoélectrique (20) est réalisé pour poudrage, projection ou trempe dans un bain fluidisé.
  10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, comprenant une étape de grenaillage du substrat (2) ou de la couche de base.
  11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel le dépôt de la couche collectrice (30) est réalisé par phosphatation, par exemple dans un bain.
  12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant une étape de dépôt d’une couche protectrice (40), isolante électrique, sur la couche piézoélectrique (20),
    dans lequel le dépôt de la couche protectrice (40) est réalisée par poudrage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5390949A (en) * 1993-03-08 1995-02-21 The University Of Toledo Active suspension systems and components using piezoelectric sensing and actuation devices
WO2007106057A2 (fr) * 2006-02-15 2007-09-20 Michelin Recherche Et Technique S.A. Système et procédé de production d'énergie électrique à partir des tensions mécaniques dans un système de suspension de véhicule

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