FR2987116A1 - Dispositif de capteur pour detecter les angles de rotation d'un composant rotatif d'un vehicule - Google Patents

Abstract

Dispositif de capteur pour détecter les angles de rotation d'un composant rotatif (10) d'un véhicule dont la périphérie est couplée à un générateur de valeur de mesure (20) qui, en liaison avec un capteur (26), génère un signal représentant l'angle de rotation du composant rotatif (10). Le générateur de valeur de mesure (20) est un convertisseur de mouvement transformant la rotation (12) du composant rotatif (10) en une translation (24) du générateur (20). Le capteur (26) monté à côté du générateur (20) surveille toute la plage de translation du générateur (20) et détermine la position actuelle du générateur (20) dans sa plage de translation . Cette position représente l'angle de rotation du composant rotatif (10).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de cap- teur pour détecter les angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule et dont la périphérie est couplée à un générateur de valeur de mesure qui, en liaison avec au moins un capteur, génère un signal re- présentant l'angle de rotation du composant rotatif. Etat de la technique Les capteurs d'angle de direction, connus, utilisent une roue de comptage pour déterminer le nombre de rotations du volant de direction par une détection sans contact à l'aide de capteurs de champ magnétique. Un tel système a toutefois l'inconvénient que lorsque l'allumage est coupé, il faut fournir un courant de repos pour pouvoir reconnaître la rotation du volant. Dans le cas d'une non utilisation prolongée du véhicule, ce courant décharge de la batterie du véhicule. Mais si l'on ne peut fournir un tel courant de repos, on ne pourra plus dé- terminer de manière univoque l'angle de braquage s'il y a pivotement du volant alors que l'allumage est coupé ou que la batterie est débranchée. Le document DE 10 2007 052 162 A 1 décrit par exemple une installation de mesure pour une détection sans contact d'angle de rotation ou d'une course linéaire ainsi qu'un module de pédale équipé d'une telle installation de mesure. L'angle de rotation ou la course linéaire ainsi détectés résultent du mouvement relatif entre au moins deux éléments précontraints l'un par rapport à l'autre en position de repos par un moyen élastique ou ressort. Les ressorts ont des spires en une matière électro-conductrice si bien que le mouvement relatif des éléments génère une variation de longueur du ressort. Au moins une partie des spires du ressort est entourée par une bobine magnétique qui fait partie d'un circuit oscillant avec un condensateur. Une installation d'exploitation fournit un signal pour détecter et calculer le mouvement relatif, en fonction de la variation de la fréquence de résonance du cir- cuit oscillant, provoquée par la variation de longueur du ressort générée par le mouvement relatif des éléments. Pour transformer le mouvement relatif du levier de la pédale d'accélérateur d'un bloc de palier en un mouvement linéaire plus simple pour l'application du principe de me- sure, les ressorts sont reliés par une extrémité à une surface d'appui du bloc de palier et l'autre extrémité s'appuie sur un bras du levier de pédale d'accélérateur formant ainsi un bras de levier par rapport à l'axe de pivotement entre le levier de pédale d'accélérateur et le bloc de palier. Le document DE 10 2008 011 448 A 1 décrit un dispositif pour détecter un angle de rotation comportant des générateurs et des capteurs qui, en fonction de la variation de l'angle de rotation, détectent les variations d'une grandeur physique générée par un composant rotatif ; cette grandeur physique est détectée comme signal exploitable de manière numérique. Au moins par sa périphérie, le composant rotatif est couplé en rotation à des satellites rotatifs de périphérie plus petite, de préférence à un capteur angulaire qui entraîne un disque hypercycloïdal ou un pignon denté hypocycloïdal également en rotation par une transmission hypocycloïdale couplée axialement ; la vitesse de rotation est démultipliée par la transmission hypocycloïdale pour en déduire la vitesse de rotation du composant rotatif et l'angle de braquage, absolu, pour plusieurs rotations effectuées par le volant à l'aide d'un système de capteur rotatif. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de cap- teur de véhicule du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le géné- rateur de valeur de mesure est un convertisseur de mouvement transformant la rotation du composant rotatif en une translation du générateur à côté duquel est monté ce capteur surveillant toute la plage de translation du générateur et déterminant la position actuelle du gé- nérateur dans la plage de translation, position qui représente l'angle de rotation du composant rotatif. Le dispositif de capteur selon l'invention a l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique que la conversion du mouvement de rotation en une variation mécanique de course ou de translation donne toujours une position de rotation univoque même si le composant rotatif effectue plusieurs tours. De façon avantageuse, en cas de défaillance du circuit électronique, le mouvement de rotation reste conservé par la position de la course mécanique. Grâce à la course mécanique ou translation, même lorsque l'allumage est coupé ou que la batterie est débranchée, on conserve l'angle de rotation absolu correct, ce qui permet en même temps un fonctionnement particulièrement ou une détection particulièrement surs de l'angle de rotation par la détection de la position dans la plage de translation. La simplification mécanique constitue un autre avantage économique. De façon préférentielle, le dispositif de capteur selon l'invention est utilisé pour déterminer l'angle de braquage ou de direc- tion d'un véhicule. Le composant rotatif ou pignon denté est de préférence couplé au volant ou à la colonne de direction du véhicule par une liaison solidaire en rotation. Les modes de réalisation de la présente invention transforment le mouvement de guidage ou de braquage en une course variable ou une translation détectés sans contact par une dé- termination de position transformée en un angle de braquage ou de direction. Les modes de réalisation de l'invention correspondent à un dispositif de capteur pour détecter les angles de rotation d'un com- as posant rotatif d'un véhicule. Le composant rotatif est couplé par sa pé- riphérie à un générateur de valeur de mesure qui, en liaison avec au moins un capteur, génère un signal représentant l'angle de rotation du composant rotatif. Selon l'invention, le générateur de valeur de mesure est un convertisseur de mouvement transformant la rotation du compo- 20 sant rotatif en une translation du générateur. Le capteur est installé sur le côté du générateur de valeur de mesure dont il surveille toute la plage de translation et détermine la position actuelle du générateur dans cette plage de translation qui représente l'angle de rotation du composant rotatif. 25 Suivant une caractéristique particulièrement avanta- geuse, le générateur de valeur de mesure transforme la rotation du composant rotatif en une translation axiale du générateur par rapport au composant rotatif. Le générateur de valeur de mesure comporte par exemple un pignon monté par son filetage intérieur de façon mobile lon- 30 gitudinalement sur le filetage extérieur correspondant d'un goujon en étant positionné pour que la couronne dentée (première couronne dentée) du composant rotatif engrène avec la couronne dentée (seconde couronne dentée) du pignon et que le pignon reçoive le mouvement de rotation représentant la rotation du composant rotatif en exécutant un 35 mouvement de vissage sur le goujon suivant la plage de translation.

Ainsi, le mouvement de rotation transmis par le composant rotatif au pignon est transformé en une variation de hauteur du pignon du générateur de valeur de mesure qui est mesurée par un capteur comme position du générateur dans la plage de translation.

De façon avantageuse, la résolution de l'angle de rotation du composant rotatif ainsi déterminée se prédéfinit par le rapport de démultiplication du composant rotatif, de préférence en forme de pignon denté et du générateur de valeur de mesure et/ou par le pas du filetage intérieur et/ou du filetage extérieur du goujon. Le filetage permet d'adapter la variation de hauteur découplée du rapport de démultiplica- tion en plus selon la caractéristique du capteur servant à déterminer la position. De plus, le générateur de valeur de mesure peut être chargé par la force d'un ressort généré par une tige élastique pour réduire le jeu axial.

Selon une caractéristique avantageuse le dispositif de capteur comporte plusieurs capteurs à courants de Foucault ayant chacun au moins une bobine pour générer un champ magnétique et l'unité d'exploitation et de commande détermine la position actuelle du générateur de valeur de mesure dans la plage de translation en exploitant les champs magnétiques générés. Chaque capteur de courants de Foucault comporte par exemple deux bobines générant des champs magnétiques et l'unité d'exploitation et de commande fait une exploitation différentielle des champs magnétiques générés par les deux bobines pour déterminer la position actuelle du générateur de valeur de mesure dans la plage de translation. Selon un autre développement avantageux du dispositif de capteur selon l'invention, au moins un capteur détecte en plus la position des dents de la seconde couronne dentée du pignon du générateur de valeur de mesure et ce signal est exploité par l'unité d'exploitation et de commande pour déterminer l'angle de rotation. Selon un autre développement avantageux du dispositif de capteur selon l'invention, dans le capteur de courants de Foucault correspondant, les deux bobines sont disposées par exemple l'une au-dessus de l'autre, sur un axe vertical commun parallèle à l'axe de rota- tion du générateur de valeur de mesure. La structure des dents du pi- gnon du générateur de valeur de mesure et la détection par un capteur de courants de Foucault permet une détection univoque de l'angle de rotation. Pour éliminer le caractère non univoque, les bobines sont non pas alignées l'une au-dessus de l'autre mais à différentes hauteurs et sur des axes verticaux différents, parallèles à l'axe de rotation du géné- rateur de valeur de mesure. On obtient ainsi deux signaux avec des phases différentes par rapport à la position du pignon et on peut exploiter la position des dents du pignon par l'unité d'exploitation et de commande.

Selon une variante, pour éviter le caractère non équi- voque, on commande un fonctionnement alterné dans le temps des bobines différentielles. L'unité d'exploitation et de commande, commande les deux bobines du capteur de courants de Foucault, d'abord de façon décalée dans le temps, l'une par rapport à l'autre, puis de façon simul- tanée pour détecter et exploiter les champs magnétiques ainsi formés différemment. L'unité d'exploitation et de commande effectue globalement trois mesures avec chaque fois trois champs magnétiques de formes différentes permettant d'éliminer le caractère non univoque. La commande des bobines se fait par une commutation appropriée ou par une variation sinusoïdale de l'intensité des courants dans les bobines avec un déphasage entre les bobines. L'exploitation différentielle permet avantageusement de compenser les influences parasites telles que par exemple la variation de température. De plus, l'utilisation de plusieurs capteurs ou babines permet avantageusement une détermination redondante de l'angle de rotation du composant rotatif. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de dispositifs de capteur pour la détec- tion d'angle de rotation représentés dans les dessins annexés dans les- quels les mêmes composants ou éléments de même fonction ou de fonction analogue portent les mêmes références.35 Ainsi : la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un exemple de réalisation d'un dispositif de capteur selon l'invention occupant une première position, la figure 2 est une vue en perspective schématique de l'exemple de réalisation du dispositif de capteur selon l'invention occupant une seconde position, la figure 3 est une vue de détail schématique du dispositif de capteur des figures 1 ou 2, la figure 4 est une vue de dessus schématique d'un générateur de valeur de mesure du dispositif de capteur des figures 1 et 2 selon l'invention, la figure 5 est une vue schématique d'un premier exemple de réalisation d'un capteur de courants de Foucault à deux bobines pour le dispositif de capteur des figures 1 et 2 selon l'invention, la figure 6 est une vue schématique de détail d'un second exemple de réalisation d'un capteur de courants de Foucault à deux bobines pour le dispositif de capteur selon les figures 1 et 2 de l'invention.

Description de modes de réalisation de l'invention Selon les figures 1 à 6, chaque mode de réalisation d'un dispositif de capteur 1 selon l'invention pour la détection d'angle de rotation comportent un composant rotatif 10 d'un véhicule, un générateur de valeur de mesure 20 et au moins un capteur 26 dont le signal de sortie est exploité par une unité d'exploitation et de commande 30. Le composant rotatif 10 est couplé par sa périphérie au générateur de valeur de mesure 20 qui, en liaison avec au moins un capteur 26, génère un signal représentant l'angle de rotation du composant ou pièce rotative 10 et transmet le signal à l'unité d'exploitation et de commande 30.

Selon l'invention, le générateur de valeur de mesure 20 est un conver- tisseur de mouvement transformant la rotation 12 du composant rotatif 10 en une translation 24 du générateur de valeur de mesure 20 ; au moins un capteur 26 est prévu sur le côté du générateur 20 surveillant toute la plage de translation du générateur 20. Le capteur 26 détermine la position actuelle ou instantanée du générateur 20 dans la plage de translation. Cette position représente l'angle de rotation du composant rotatif 10. Les formes de réalisation du dispositif de capteur 1 selon l'invention peuvent être des capteurs d'angle de braquage pour déter- miner l'angle de braquage ou de direction d'un véhicule. Le composant rotatif 10 est alors par exemple un pignon denté couplé solidairement en rotation, de préférence au volant et/ou à la colonne de direction du véhicule. Comme cela apparaît en outre aux figures 1 à 4, le géné- rateur de valeur de mesure 20 de l'exemple de réalisation du dispositif de capteur 1 selon l'invention comporte un pignon 20a mobile longitudinalement sur un goujon 22 par son filetage intérieur 20.3 engrenant avec le filetage extérieur 22.1 correspondant. Le générateur de valeur de mesure 20 en forme de pignon 20a est positionné pour engrener avec une première couronne dentée 14 du composant rotatif 10 en forme de roue dentée engrenant avec une seconde couronne dentée 20.1 du pignon 20a. La rotation 12 du composant rotatif 10 est ainsi transmise au pignon 20a du générateur de valeur de mesure 20 qui change de position dans la direction axiale 24 sous l'effet de ce mouvement de rotation 12'. Cela signifie que le pignon 20a reçoit le mouvement de rotation 12' représentant la rotation 12 du composant rotatif 10 et tourne par rapport au goujon 22 suivant un mouvement hélicoïdal 24 suivant la plage de translation ; la rotation 12, 12' (ou mouvement de rotation) est ainsi transformée en une translation axiale 24 sous la forme d'une variation de hauteur du générateur de valeur de mesure 20. La comparaison entre les figures 1 et 2, montre que le sens de rotation représenté pour la rotation 12 du composant rotatif 10 modifie vers le haut la position du pignon 20a du générateur de valeur de mesure 20 dans la plage de translation. La résolution de l'angle de rotation déterminée par le com- posant rotatif 10 peut être prédéterminée par exemple par le rapport de transmission entre le composant rotatif 10 et le pignon la du générateur de valeur de mesure 20 et/ou par le pas du filetage intérieur 20.3 et/ou du filetage extérieur 22.1 du goujon 22. Le générateur de valeur de mesure 20 ou le pignon 20a peuvent être chargés par la force d'un ressort, par exemple sous la forme d'une tige élastique de façon à réduire le jeu axial. En transformant la rotation ou mouvement 12 de bra- quage ou de direction en une translation mécanique 24 du générateur de valeur de mesure 20 dont on détermine la position dans la plage de translation, on aura toujours une position de rotation univoque ou un angle de braquage ou de direction univoque même si le volant effectue plusieurs rotations et, en cas de défaillance du circuit électronique, le mouvement de rotation transformé mécaniquement en un changement de hauteur reste ainsi conservé. Grâce à la translation mécanique 24, même lorsque l'allumage est coupé ou que la batterie est débranchée, on conserve l'angle de rotation absolu correct et en même temps, on a un fonctionnement ou une détection particulièrement surs de l'angle de rotation ou angle de braquage par la détection de position.

Comme cela apparaît en outre aux figures 1 à 4, le cap- teur 26 comporte plusieurs capteurs de courants de Foucault 26.1-26.5 ayant chacun au moins une bobine 27.1, 27.2 pour générer un champ magnétique 28. L'unité d'exploitation et de commande 30 détermine la position actuelle du générateur de valeur de mesure 20 dans sa plage de translation en exploitant les champs magnétiques générés 28. Pour augmenter la résolution, le capteur 26 saisit en plus la position des dents 20.2 de la seconde couronne dentée 20.1 du pignon 20a du générateur de valeur de mesure 20 et l'unité d'exploitation et de commande 30 exploite cette information pour une détermination plus précise de l'angle de rotation. L'utilisation de capteurs de courants de Foucault 26.1-26.5 permet une implémentation économique avantageuse de la mesure de position. On peut également utiliser d'autres procédés de mesure pour déterminer la position du générateur de valeur de mesure 20.

Selon les figures 3 et 5, schématisant tous les capteurs de courants de Foucault 26.1-26.5, on a un capteur intermédiaire 26.3 situé au niveau du pignon 20a du générateur de valeur de mesure 20. Comme cela apparaît en outre aux figures 3 et 5, le capteur de courants de Foucault 26.3 comporte deux bobines 27.1, 27.2 générant des champs magnétiques 28 correspondants ; l'unité d'exploitation et de commande 30 effectue une exploitation différentielle des champs magnétiques 28 générés par les deux bobines 27.1, 27.2 pour déterminer la position actuelle du générateur 20 dans sa plage de translation. Dans le premier exemple de réalisation présenté, les deux bobines 27.1, 27.2 du capteur de courants de Foucault 26.3 sont à des hauteurs diffé- rentes sur un même axe vertical. Cet axe est parallèle à l'axe de rotation du générateur 20. La réalisation avec deux bobines 27.1, 27.2 permet à l'unité d'exploitation et de mesure 30 d'effectuer une exploitation différentielle pour éliminer les influences parasites telles que la tempéra- ture. Ainsi, les deux bobines 27.1, 27.2 peuvent être branchées et coupées alternativement de sorte que chaque fois l'autre bobine permette des mesures non influencées. Les capteurs de courants de Foucault 26.1-26.5 peuvent être réalisés par exemple selon un procédé micromécanique, en silicium ou directement sur une plaque de circuit.

La variante de plaque de circuit pourrait ainsi offrir un autre avantage d'économie. Différentes formes de bobines telles que par exemple des formes rondes ou rectangulaires mais également des formes complexes sont réalisables. La structure dentée du pignon 20a et la détection par les courants de Foucault 26.1-26.5 rend la détection de l'angle de rota- tion non univoque. Comme cela apparaît en outre à la figure 6, les deux bobines 27.1', 27.2' du capteur de courants de Foucault 26' représentatif du second exemple de réalisation ne sont pas superposées comme à la figure 5 mais décalées à différentes hauteurs et sur des axes verticaux différents, chacun parallèle à l'axe de rotation du générateur 20. Cette disposition permet à l'unité d'exploitation et de commande 30 d'éliminer le caractère non univoque. Grâce à cette disposition, l'unité d'exploitation et de commande 30 reçoit deux signaux déphasés rapportées à la position du pignon 20a et à la position des dents 20.2 de la seconde couronne dentée 20.1. Selon une variante pour réduire l'absence d'univocité l'unité d'exploitation et de commande 30 commande les bobines 27.1, 27.2 des capteurs de courants de Foucault 26.1-26.5 alternativement et simultanément (A, B, AB, A, B, AB, ...). On a ainsi en tout trois mesures avec chaque fois des champs magnétiques 28 différents qui éliminent la non unicité. La commande des bobines 27.1, 27.2 peut se faire par une commutation correspondante ou par une variation sinusoïdale des courants dans les bobines avec un déphasage approprié entre les bobines. Les formes de réalisation de l'invention correspondent à un dispositif de capteur pour détecter les angles de rotation d'un com- posant ou d'une pièce rotative d'un véhicule, et qui, en transformant le mouvement de rotation en un mouvement mécanique de translation, fournissent une position de rotation univoque même si le composant rotatif tourne sur plusieurs tours. De façon avantageuse, en cas de dé- faillance des circuits électroniques, le mouvement de rotation reste con- servé de façon inchangée dans sa position mécanique déplacée. Grâce à ce changement de position mécanique, même lorsque l'allumage est coupé ou que la batterie est débranchée, on conserve l'angle de rotation absolu, ce qui permet un fonctionnement et une détection particulière- ment surs de l'angle de rotation par une saisie de position.20 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Dispositif de capteur 10 Composant rotatif 12 Sens de rotation du composant rotatif 10 12' Mouvement de rotation 14 Couronne dentée 20 Générateur de valeur de mesure 20a Pignon 20.3 Filetage intérieur 22 Goujon 22.1 Filetage extérieur 22.2 Dent de la seconde couronne dentée 20.1 24 Translation axiale 26 Capteur 26.1-26.5 Capteurs de courants de Foucault 27.1, 27.2 Bobines 28 Champ magnétique 30 Unité d'exploitation et de commande20

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1°) Dispositif de capteur pour détecter les angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule dont la périphérie est couplée à un générateur de valeur de mesure (20) qui, en liaison avec au moins un capteur (26), génère un signal représentant l'angle de rotation du composant rotatif (10), dispositif de capteur caractérisé en ce que le générateur de valeur de mesure (20) est un convertisseur de mouvement transformant la rotation (12) du composant rotatif (10) en une translation (24) du générateur de valeur de mesure (20), * ce capteur (26) monté à côté du générateur (20) surveillant toute la plage de translation du générateur (20), et * ce capteur (26) déterminant la position actuelle du générateur (20) dans sa plage de translation, position qui représente l'angle de ro- tation du composant rotatif (10). 2°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de valeur de mesure (20) transforme la rotation (12) du composant rotatif (10) en une translation axiale (24) du générateur de (20) par rapport au composant rotatif (10). 3°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de valeur de mesure (20) comporte un pignon (20a) monté mobile longitudinalement (22) par son filetage intérieur (20.3), sur un goujon ayant un filetage extérieur (22.1) correspondant en étant positionné pour qu'une première couronne dentée (14) du composant rotatif (10) engrène avec une seconde couronne dentée (20.1) du pignon (20a) reprenant le mouvement de rotation (12') représentant la rotation (12) du composant (10) et exécutant un mouvement de vissage (24) dans la plage de translation sur le goujon (22). 4°) Dispositif de capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce quela résolution de l'angle de rotation déterminée du composant rotatif (10) est prédéfinie par le rapport de démultiplication entre le composant rotatif (10) et le générateur de valeur de mesure (20) et/ou par le pas du filetage intérieur (20.3) et/ou du filetage extérieur (22.1) du goujon (22). 5°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (26) comporte plusieurs capteurs de courants de Foucault (26.1-26.5) ayant chacun au moins une bobine (27.1, 27.2) pour géné- rer un champ magnétique (28), * une unité d'exploitation et de commande (30) déterminant la posi- tion actuelle du générateur de valeur de mesure (20) dans la plage de translation en exploitant les champs magnétiques générés (28). 6°) Dispositif de capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur (26) détecte en plus la position des dents de la seconde couronne dentée (20.1) du pignon (20a) du générateur (20), position que l'unité d'exploitation et de commande (30) exploite pour déterminer l'angle de rotation. 7°) Dispositif de capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque capteur de courants de Foucault (26.1-26.5) comporte deux bo- bines (27.1, 27.2) pour générer des champs magnétiques (28) corres- pondants, * l'unité d'exploitation et de commande (30) effectuant une exploita- tion différentielle des champs magnétiques (28) générés par les deux bobines (27.1, 27.2) pour déterminer la position actuelle du générateur (20) dans sa plage de translation. 8°) Dispositif de capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux bobines (27.1, 27.2) sont installées dans le capteur de cou- rants de Foucault (26.3) l'une au-dessus de l'autre et sur un même axevertical parallèle à l'axe de rotation du générateur de valeur de mesure (20). 9°) Dispositif de capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux bobines (27.1', 27.2') dans le capteur de courants de Foucault correspondant (26.3') sont décalées dans différentes positions de hauteur et sur des axes verticaux différents parallèles chacun à l'axe de rotation du générateur de valeur de mesure (20). 10°) Dispositif de capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation et de commande (30) commande les deux bobines (27.1, 27.2, 27.1', 27.2') des capteurs de courants de Foucault (26.3, 26.3') d'abord de façon décalée dans le temps, l'une par rapport à l'autre, puis simultanément et elle saisit et exploite les différents champs magnétiques ainsi formés.20