Brevet FR2549955A1 — publié le 19850201

-1 CAPTEUR DE DEPLACENEN:T ANGULAIRE, NOTAMMENT POUR LA DETEC TION DU COUPLE DANS LES DIRECTIONS ASSISTEES. La présente invention a pour objet un capteur de déplacement angulaire applicable notamment à la détection du couple exercé par le conducteur sur le volant d'un véhicule automobile muni d'une direction assistée. Cette détection de couple, sur les véhicules actuellement fabri10 qués, est obtenue en insérant un arbre de torsion entre le volant et l'arbre de direction, ce qui permet le dégagement de lumières dans une valve hydraulique rotative Les variations obtenues en sortie de la valve pilotent un vérin lié à la barre de direction. Cette technique s'est avérée très fiable et relativement satisfaisante, mais l'assistance fournie par ce type de direction est trop élevée lorsque le véhicule roule à une vitesse appréciable. Il existe des dispositifs entièrement hydrauliques qui permettent de corriger ce défaut, mais ces dispositifs de correction augmen20 tent encore le prix du produit. Une solution à ce problème consiste à recourir à des capteurs permettant de mesurer relativement précisément le couple exercé par le conducteur sur le volant et à moduler l'assistance fournie en 25 fonction du couple mesuré et de la vitesse du véhicule L'assistance peut être fournie soit par des moyens hydrauliques, soit par des moyens électriques. La demande de brevet FR -A 2 472 174 décrit une installation pour mesurer sans contact un angle de rotation et/ou un couple sur un arbre fixe ou en rotation Cette installation comprend deux disques d'induction coaxiaux identiques pourvus d'échancrures en forme de secteurs et susceptibles de tourner l'un par rapport à l'autre A ces deux disques est associée une, ou de préférence, 35 deux bobines également en forme de disques et parcourues par un 4 I:576 courant alternatif à haute fréquence La ou les bobines induisent dans les disques des courants de Foucault dont l'intensité est fonction de leur p sition angulaire relative, courants qui euxmêmes influencent -'inductance de la ou des bobines En exploi5 tant cette variation d'inductance par des moyens connus, on obtient une image de la position angulaire relative des deux disques Une telle installation peut être ainsi appliquée à la mesure de couple, notamment pour une direction assistée, en rendant l'un des disques solidaires du volant et l'autre de l'arbre de torsion interposé entre le volant et l'arbre de direction. Cette installation présente toutefois l'inconvénient de ne pas permettre la reconnaissance du sens de la déviation angulaire mesurée et de ne pas posséder de vrai zéro physique. 15 La présente invention vise à fournir un capteur de déplacement angulaire particulièrement adapté à la détection du couple sur des pièces tournantes, notamment du couple exercé par un conducteur sur la colonne de direction d'un véhicule automobile, et qui 20 permette d'éviter les inconvénients précités de l'installation décrite dans la demande de breyet FR 2 472 174. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur de déplacement angulaire et/ou de couple sans contact, caractérisé en ce qu'il 25 comprend deux disques coaxiaux susceptibles de tourner l'un par rapport à l'autre d'un angle à détecter et portant sur leurs facesen regard des bobines planes en forme de secteurs spiralés bobinées alternativement dans un sens et dans l'autre et dont la mutuelle induction varie en fonction de la position angulaire 30 relative des disques de détection, au moins un transformateur tournant pour alimenter l'un des casques de détection, un circuit d'alimentation du primaire du transformateur tournant et un circuit de traitement du signal recueilli sur l'un des disques de détection. 49398 X 1676 -3 Un exemple de réalisation de l'invention sera maintenant décrit en se référant aux dessins annexes donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels: la figure I est une vue en perspective éclatée d'un capteur selon un mode de réalisation de l'invention la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du capteur de la figure 1; la figre 3 A est une vue de la face avant d'un disque support sur lequel sont représentées des bobines de détection; la figure 3 B est une vue de la face arrière du disque support sur lequel sont représentés les contacts de raccordement des bobines de détection; les figures 4 A et 4 B représentent respectivement une vue de la face avant et de la face arrière d'un disque support consti20 tuant un transformateur tournant; la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation du capteur selon l'invention; et la figure 6 est un schéma électrique équivalent d'un capteur selon l'invention associé à un circuit d'exploitation En se reportant aux figures 1 et 2, le capteur représenté comprend une enveloppe protectrice fixe constituée de deux parties tubu30 laires 1 et 10 vissées l'une avec l'autre et montée sur un arbre de torsion 3 par l'intermédiaire de deux roulements à bille 2. L'arbre de torsion 3 est donc libre en rotation par rapport à l'enveloppe protectrice 1, 10 49398 t '676 -4 Des s pports 4 et 5, solidaires chacun de l'une des extrémités de l'arbre de torsion 3, sont susceptibles de tourner relativement l'un par rapport à l'autre sous l'effet de la torsion de l'arbre 3. Des disques identiques de détection 7 a et 7 b présentant des bobinages plans en regard 8 sont fixes respectivement sur les supports 4 et 5 Les disques 7 a et 7 b sont en matériau isolant et présentent sur l'une de leurs faces les bobinages 8 constitués de bobines régulièrement réparties et sur leur autre face des contacts 9 de 10 raccordement connectés électriquement aux bobines par des trous prévus dans l'épaisseur des disques et présentant une métallisation. Aux disques bobinés 7 a et 7 b sont associés respectivement des transformat urs tournants 6 a et 6 b comprenant, le premier 6 a, deux disques bobinés identiques lia et 12 a et, le second 6 b, également deux disques bobinés identiques llb et 12 b Le disque Ila constituant le primaire du premier transformateur 6 a est fixé à l'enveloppe 1, 10 tandis que son secondaire 12 a est solidaire en rota20 tion du support 4 De manière similaire, le disque llb constituant le primaire du second transformateur 6 b est solidaire en rotation du su F ort 5 tandis que son secondaire 12 b est fixé à l'enveloppe 1, 10. Les figures 3 A et 3 B représentent plus en détails respectivement les faces bobinées et pourvues de contacts de raccordement des disques identiques 7 a et 7 b Les bobines 8, en nombre pair, sont bobinées respectivement les unes après les autres en sens inverse et peuvent prendre la forme de secteurs spiralés Ainsi, la sur30 face de recouvrement mutuelle des secteurs spiralés bobinés sur les disques 7 a et 7 b respectivement se modifie quand ces derniers tournent l'un par rapport à l'autre. De mme, les figures 4 A et 4 B montrent respectivement les faces 35 bobinées et pourvues de contacts de raccordement des disques 49398 1676 -5 identi ues 11 a, 12 a, llb et 12 lb formant les deux transformateurs tournants Ces disques sont réalises en matériau électriquement isolant et sont couplés deux à deux par la mutuelle induction due à leurs bobinages en regard 13 présentant la forme d'une spirale ou de cercles concentriques à l'axe de rotation de l'arbre de torsion 3 L'autre face des disques lla, 12 a, llb, 12 b présente des contacts de raccordement 14 connectés électriquement aux bobinages 13 par des trous prévus dans l'épaisseur des disques et présentant une métallisation. Les disques 12 a et 7 a sont connectés électriquement l'un avec l'autre par l'intermédiaire de leurs contacts de raccordement 14 et 9 et il en va de même pour les disques 7 b et llb. Enfin, er se reportant à nouveau à la figure 2, le disque lla est connecté électriquement à deux conducteurs d'alimentation 15 et le disque 12 b par deux conducteurs 16 à un circuit électronique 17 de traitement du signal recueilli au secondaire 12 b du transformateur 6 b. En fonctionnement, le primaire fixe lla du transformateur 6 a, auquel est appliqué un signal haute fréquence E par les conducteurs 15, engendre dans le bobinage du secondaire tournant 12 a une force électromotrice d'induction qui est indépendante de la rota25 tion du disque 12 a grâce à la symétrie des bobinages des disques lla et 12 a De même, le disque primaire 7 a, alimenté par le secondaire 12 a du transformateur 6 a, engendre dans le disque secondaire 7 b une force électromotrice d'induction qui, elle, est d'autant plus élevée que les surfaces des bobines du disque secondaire 7 b 30 recouvrent plus complètement celles des bobines du disque primaire 7 a Cette force électromotrice est recueillie par l'intermédiaire du transformateur 6 b sur les conducteurs 16 qui l'appliquent au circuit électronique 17 Celui-ci, de type connu, effectue un traitement approprié pour fournir un signal représentatif du décalage 35 49398 i 'ce angulaire entre les disques 7 a et 7 b ou, par un étalonnage approprié, du couple exercé sur l'arbre de torsion 3. Le schéma électrique équivalent de la figure 6 permet de mieux expliciter ce fonctionnement Sur cette figure, les inductances des différents bobinages ont été représentées sous forme d'une résistance pure associée en série à une inductance pure Le circuit électronique fournissant le signal haute fréquence E est raccordé à un circuit oscillant 21 constitué d'une capacité C 1, 10 d'une résistance R 1 et d'une inductance L 1 représentant le prmaire il a du transformateur 6 a Ce signal est transmis par le transformateur tournant 6 a aux circuits 22, 23, 24 et 25 qui sont libres en rotation et dans lesquels les inductances L 2, L 3, L 4 et L 5 et les résistances associées correspondant aux bobinages des 15 disques 12 a, 7 a, 7 b et 11 b respectivement. Le dispositif de détection D, représenté par les inductances L 3 et L 4 (disques 7 a et 7 b), module l'amplitude du signal reçu en fonction de l'écart angulaire c\ existant entre les deux disques 20 7 a et 7 b Ce signal haute fréquence modulé en amplitude S est récupéré, via le transformateur tournant 6 b_,aux bornes de la capacité C 6 par le circuit électronique 17 de type connu qui peut être, par exemple, un démodulateur synchrone ou un détecteur de crête à diodes associé à un détecteur de phase. 25 La figure 5 représente une variante de réalisation qui diffère de celle de la figure 2 par la suppression du second transformateur tournant 6 b Le primaire lla est alors connecté électriquement à un circuit électronique 18 permettant de détecter les variations 30 d'impédance dues aux variations de la mutuelle induction M entre lec disques 7 a et 7 b ou les variations de phase entre le courant et la tension existant dans le primaire lia Au niveau de la figure 6, cette suppression du transformateur 6 b se traduit par celle des composants R 5, L 5, 6 R et C 6. 5 6 49398 I 1676 -7 Le circuit électronique 18 assurant l'alimentation du dispositif et le traitement de l'information recueillie est de type connu et peut être constitué par un oscillateur permettant de transformer une variation d'impédance en variation de fréquence autour d'une fréquence porteuse fo, ou bien un détecteur de phase comparant les variations de phase du courant à celle de la tension prise comme référence. Le capteur qui vient d'être décrit peut être appliqué à la mesure 10 de déplacements angulaires sans contact, mais il est particulièrement adapté à la mesure de déplacements symétriques par rapport à une position initiale dont la définition électrique ne varie pas Le capteur peut en effet présenter des variations de sensibilité, mais la position repère du zéro ne varie pas, ce qui est hautement souhaitable dans le cas de la mesure du couple pour une direction assistée de véhicule automobile En outre, ce capteur permet de détecter le sens de la déviation angulaire car, en raison du bobinage alternativement dans un sens et dans l'autre des bobines 8, des déviations angulaires de sens opposés se traduisent 20 par des variations de signes opposés du signal recueilli. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux seuls modes de réalisation décrits et de nombreuses modifications peuvent y tre a- portées sans sortir de son cadre C'est ainsi, par exemple, que 25 l'on pourrait grouper sur les deux faces opposées d'un même disque les bobinages 13 et 8 des disques 12 a et 7 a; de même, dans l'exemple de la figure 2, les bobinages des disques 7 b et llb pourraient être portés par les faces opposées d'un disque unique. 4 '398 11676 -8 REVE-ZDICATIONS 1 Capteur de déplacement angulaire et/ou de couple sans contact, caractérisé en ce qu'il comprend deux disques coaxiaux électrique5 ment isolants ( 7 a, 7 b) susceptibles de tourner l'un par rapport à l'autre d'un angle à détecter et portant sur leurs faces en regardun nombre pair de bobines planes conductrices ( 8) en forme de secteurs spiralés bobinées alternativement dans un sens et dans l'autre et dont la mutuelle induction varie en fonction de la position angulaire re10 lative des disques de détection ( 7 a, 7 b), au moins un transformateur tournant ( 6 a, 6 b) pour alimenter l'un des disques de détection ( 7 a, 7 b), un circuit ( 18) d'alimentation du primaire ( 11 a) du transformateur tournant et un circuit de traitement ( 17, 18) du signal (S) recueilii sur l'un des disques de détection ( 7 a,7 b) 15 2 Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com-prend un seul transformateur tournant ( 6 a) et en ce que lesdits circuits d'alimentation et de traitement ( 18) sont connectés au primaire ( 11 a) du transformateur tournant ( 6 a). 20 3 Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un premier transformateur tournant ( 6 a) dont le secondaire ( 12 a) est connecté électriquement à l'une des bobines de détection ( 7 a), et un second transformateur tournant( 6 b) dont le pri25 maire ( 11 b) et le secondaire ( 12 b) sont connectés électriquement respectivement à l'autre bobine de détection ( 7 b) et au circuit de traitement ( 17). 4 Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac30 térisé en ce que chaque transformateur tournant ( 6 a, 6 b) est constitué de deux disques identiques électriquement isolants ( 11 a, 12 a, 11 b, 12 b) présentant sur leurs faces en regard des bobinages ( 13) circulaires ou en spirales concentriques à l'axe desdits disques ( 11 a, 12 a, 11 b, 12 b). 49398 I 1676 -9 Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits disques ( 7 a, 7 b, Ila, llb, 12 a, 12 b) présentent, sur leurs faces opposées à celles partant des bobinages ( 8, 13), des contacts de raccordement ( 9, 14) connectés électriquement auxdits bobinages par l'intermédiaire de trous s'étendant dans l'épaisseur des disques et pourvus de métallisation. 6 Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que lesdits disques de détection ( 7 a, 7 b) pré10 sentent sur l'une de leurs faces lesdites bobines ( 8) de détection en forme de secteurs spiralés et sur leur autre face ledit bobinage ( 13) circulaire ou en forme de spirale constituant un primaire ou un secondaire de transformateur tournant. 4539 e 1 ' 76