Brevet FR2626369A1 — publié le 19890728

La présente invention concerne un dispositif de mesure du couple appliqué notamment sur un volant de direction de véhicule automobile. On connait de dans l'état de la technique un certain nombre de dispositifs de mesure de ce type pour moyens de direction comportant une colonne de direction comprenant une première partie d'arbre de direction sur l'une des extrémités de laquelle est fixé le volant de direction, et dont l'autre extrémité est reliée a une extrémité 'une seconde partie d'ar- bre de direction par une barre de torsion, l'autre extrémité de la seconde partie d'arbre de direction étant reliVe-au reste des moyens de direction du vehi- cule. Les moyens de mesure peuvent être constitués par exemple par des jauges extensométriques ou de contrainte. Ce type de capteur est le type le plus couramment utilisé dans l'industrie automobile. Les jauges sont montées en pont de Wheastone et trans for- ment la déformation d'un corps d'épreuve, par exemple la barre de torsion, en variation de résistance donc de tension. Cependant, ces dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients, dus notamment au fait que le signal engendré est un signal analogique et de faible amplitude, qui peut être noyé dans un bruit électrique parasite et qui doit -etre converti en Signal numérique pour etre traite par des circuits électroniques embarqués a bord du véhicule. Par ailleurs, -les jauges nécessitent un réglage de zéro, un étalonnage et une compensation thermique, ce qui est rédhibitoire pour une applìca- tison automobile en grande série. Il existe également des dispositifs qui comportent des capteurs à effet Hall dans lesquels un aimant lié au corps d'épreuve, se déplace devant une cellule à effet Hall qui engendre une tension analogique proportionnelle à l'induction magnétique. Cépendant, la cellule à effet Hall doit être associée à un amplificateur et à un circuit de compensation de la dérive en fonction des variations de température Pour une application automobile en grande série, , la cellule et son amplificateur doivent etre étalonnés avec l'aimant qui leur est apparié pour tenir compte des dispersions de celui-ci et.le signal analogique doit également entre converti en signal numérique. Enfin, il existe également des dispositifs comprenant des capteurs optiques analogiques tels que ceux décrits dans les documents EP-A-194 930 et FR-A-2 564 586, comportant deux disques à la périphérie desquels sont me nagées alternativement des zones opaques et transparantes, ces disques étant solidaires chacun de l'une des portions d'arbre et se déplaçant entre des moyens d'émission et. de réception de lumière.En fonction du déplacement angulaire relatif des disques l'un par rapport à l'autre, les zones transparentes et opaques des disques se combinent de manière à laisser passer plus ou moins de lumiere, ce signal lumineux attaquant des moyens de réception délivrant un signal analogique d'amplitude plus ou moins importante en fonction de l'amplitude du signal lumineux. Cependant, le signal analogique engendré est sensible à la température et au vieillissement des composants émetteurs et récepteurs opto-electroniques. Le signal analogique doit également être converti en signal numérique pour étire traité par l'électronique embarquée à bord du véhicule. Par ailleurs,l'arbre de direction étant une pièce qui tourne de plus d'un tours certains des dis- positifs décrits précédemment, nécessitent une transmission des signaux de sortie par l'un des moyens suivants - câble enroulé en spirale autour de l'arbre de direction, - - collecteur tournant, - boucle d'induction associée a un émetteur et un récepteur. On conçoit donc que les dispositifs connus actuellement sont relativement imprécis, d'un prix de revient relativement élevé, d'une adaptation difficile à des applications automobiles en grande série et d'une structure relativement complexe. Le but de l'inventiàn est donc de résoudre ces problèmes en proposant un dispositif de mesure qui soit simple, fiable et d'un prix de revient peu élevé A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure du type tel que décrit précédem- ment, caractérise en ce qu'il comporte deux codeurs optiques incrémentiels, comportant chacun un disque rotatif à la périphérie duquel sont ménagées alternativement des zones opaques et transparentes, qui se déplacent entre des moyens d'émission et de réception de lumiere du codeur, le disque de l'un des codeurs étant solidaire de la première partie d'arbre de direction et le disque de l'autre codeur étant solidaire de l'autre partie d'arbre, tandis que les moyens d'émission et de réception des deux codeurs sont soli- daires d'une partie fixe du véhicule, et des moyens de traitement des signaux de sortie des codeurs pour mesurer le déplacement angulaire relatif des deux parties d'arbre et en déterminer le couple applique sur le volant. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite an se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 représente une vue en coupe illustrant des moyens de direction d'un véhicule auto mobile@. - la Fig.2 représente une vue de coté en coupe d'une portion d'un codeur optique entrant dans la constitution d'un dispositif selon l'invention; - la Fig. 3 représente un chronogramme illustrant le fonctionnement d'un codeur optique entrant dans la constitution d'un dispositif selon l'invention; et - la Fig. 4 représente un schéma synoptique de moyens de traitement entrant dans la constitution d'un dispositif selon l'invention. Ainsi qu'on peut le voir sur la Fig. 1, les moyens de direction d1un véhicule automobile comportent en général aine colonne de direction comprenant une première partie d'arbre a direction 1 sur llune des extrémités de laquelle est fixé le volant de direction 2 et dont l'autre extrémité est reliée à une extrémité d'une seconde partie d'arbre 3 de direction, par un corps d'épreuve tel qutune barre de torsion 4 L'autre extrémité de la seconde partie d'arbre de direction 3 est reliée au reste. des moyens de direction du véhicule comme par exemple le pignon de crémaillère Ainsi qu'il est connu, des moyens 5 de limitation de la torsion de la barre 4 et de sécurité sont également prévus entre les extrémités correspondantes des première et seconde parties d'arbre de direction de manière à solidariser les deux parties d'arbre en cas de rupture de la barre de torsion 4. Selon l'invention, le dispositif de mesure comporte deux codeurs optiques incrémentiels 6 et 7, comportant chacun un disque rotatif 8 et 9 respectivement, à la périphérie duquel sont ménagées alternativement des zones opaques et transparentes qui se déplacent entre des moyens d'émission et de réception de lumière 10 et il du codeur correspondant. Ainsi qu'on peut le voir sur cette figure, le disque 8 du codeur incrémentiel 6 est solidaire de la portion 3 d'arbre de direction, tandis que le disque 9 de l'autre codeur 7 est solidaire de la portion d'arbre de direction 1. Les moyens d'émission et de réception des deux codeurs 6 et 7 sont solidaires d'une partie fixe 12 du véhicule constituée par exemple par une partie fixe dé la colonne de direction Comme on peut le voir sur les Fig. 2 et 3, les codeurs comprennent avantageusement chacun deux couples de moyens d'émission et de réception, d'axes optiques 13 et 14 décalés d'une distance d - nxp + p/4 où p représente le pas des zones -opaques et transparentes. de manière à délivrer des signaux décalés de pf4 (Fig. 3), n étant un nombre entier quelconque. De pas p est déterminé par la relation p = 2 R/N, R étant le rayon médian passant au centre des zones opaques et transparentes et N le nombre de zones. Ainsi qu'il est connu , ce type de codeur permet de discriminer le sens de rotation du disque et de mesurer L'angle et la vitesse de rotation de celuici. Les moyens d'émission et de réception de chaque codeur étant de type connu en soi, on ne les décrira pas plus en détail. Le couple Cv exercé sur le volant ou le couple Cp exercé sur le pignon de crémaillère, étant proportionnel à la torsion de la barrer il est donc possible de. les déduire à partir de la différence des nombres de transitions nv et np correspondant respec- tivement aux nombres de transitions volant et pignon de crémaillère, engendrées par les deux codeurs incrémentiels 7 et 6, respectivement, a plus ou moins deux transitions pres. En effet, d4rv = cp = k(nv-np + 2), où k est une constante Les disques des codeurs incrémentiels 8 et 9 ont avantageusement au moins mille pas de zones successivement opaques et transparentes pour permettre d'obtenir une précision suffisante, ces disques pouvant être obtenus par des procédés photographiques, micro-usinage laser, etc.. On dispose à la sortie des deux codeurs incrémentiels de quatre signaux Av, Bv, Ap, Bp, délivrés par les paires de couples d'émetteur/récepteur des codeurs. 7 et 6 respectivement, ces signaux étant appliqués, comme on peut le voir sur la Fig. 4 à des moyens 15,16 de discrimination du sens de rotation du disque correspondant, dont les sorties Iv, Sv et Ip, Sp représentant des impulsions I et des sens de rotation S, sont reliées à l'entrée de moyens de comptage/décomptage 17,18 respectivement.Ces moyens de comptage/décomptage assurent le comptage des transitions du capteur correspondant, et sont reliés à des moyens de mémorisation 19 et 20 qui mémorisent les valeurs de comptage et de décomptage de manière que la lecture de ces valeurs ne soit pas perturbée par les incrémentations ou les décrémentations Les sorties de ces moyens de mémorisation 19 et 20 sont reliées à des entrées de moyens de multi- plexage 21 dont la sortie est reliée à un microproces- seur 22, la sortie T de celui-ci étant reliée à ces moyens de multiplexage de manière-a assurer leur commande pour transférer successivement vers le microprocesseur, les informations concernant les transitions des deux codeurs Les sorties Iv et Ip des moyens de discrimination de sens 15 et 16 sont également reliées aux entrées d'une porte OU 23 dont la sortie est reliée à une entrée 1H du microprocesseur 22t de manière que celui-ci reçoive directement les signaux d'impulsions de façon a inhiber la lecture des moyens de mémorisa- tion 19 et 20 en cours de progression des moyens de comptage/décomptage 17 et t8. En effet, la sortie L-du microprocesseur est reliée à des entrées de commande des moyens de mémorisation 19 et 20 de manière a assurer cette fonction. Par ailleurs, la sortie RAZ du microprocesseur est également reliée aux moyens de comptage/dé- comptage 17,18 et aux moyens de mémorisation 19, 20 pour assurer une remise à zéro de ces moyens de comp- tage/décomptage et de mémorisation lors de l'initialisation du dispositif. Le microprocesseur 22 assure alors la détermination de la différence de transitions entre les signaux délivres par les deux codeurs et calcule le couple a partir de cette différence de la manière décrite précédemment. Cependant, les capteurs ne délivrant pas de valeur de zéro de torsion de la barre, donc de zéro de couple, il est nécessaire de déterminer cette valeur artificiellement. Le microprocesseur 22 peut alors être programmé suivant plusieurs stratégies employées successivement ou en combinaison pour assurer cette détermination, ces stratégies étant 1) à la mise sous tension du dispositif, on peut considérer que la torsion de la barre est nulle, ce qui est vrai pour la majorité des cas, 2) à vitesse nulle ou faible du véhicule, on peut acquérir les angles volant lors d'une inversion du sens de braquage des roues et considérer que le couple résistant est le même dans les deux sens, 3) à l'arrêt ou en roulant7 on peut igale- ment calculer la moyenne des écarts entre les angles volant et pignon, et enfin, 4) en roulant, on peut également déterminer par exemple à partir de l'un des codeurs.et par calcul, , la ligne droite et faire la moyenne évoquée en 3), lorsque le pignon se trouve dans la position ligne droite calculée. Rien entendu, d'autres modes de réalisation sont possibles. Ce dispositif trouve des applications par exemple dans des dispositifs et assistance à la commande de direction de véhicule automobile. Le dispositif de mesure du couple qui vient d'être décrit peut bien entendu s'appliquer, de façon générale, à la mesure du couple entre deux portions d'arbre reliées entre elles par un corps d'épreuve. Ce dispositif peut donc être utilisé dans de nombreuses applications, par exemple dans un système de suspension variable pour calculer la ligne drcite, ou encore l'angle ou la vitesse au volant. REVENDICATIONS t. Dispositif de mesure du couple applique notamment sur un volant de direction (2) de moyens de direction d'un véhicule automobile, comportant une colonne de direction comprenant une premiere partie d'arbre de direction (1) sur l'une des extrémités de. laquelle est fixe le volant de direction (2) et dont l'autre extrémité est reliée à une extrémité d'une seconde partie d'arbre de direction (3) par une barre de torsion (4), l'autre extrémité de la seconde partie d'arbre de direction (3) étant reliée au reste des moyens de direction du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte deux codeurs optiques incrémentiels (6,7) comportant chacun un disque rotatif (8, 9) à la périphérie duquel sont ménagées successivement des zones opaques et transparentes-1 qui se déplacent entre des moyens (10, 11) d'émission et de réception de lumière du codeur, le disque (9) de l'un (7) des codeurs étant solidaire de la première partie d'arbre de direction (1) et le disque (8) de l'autre codeur (6) étant solidaire de l'autre partie d'arbre (3), tandis que les moyens d'émission et de réception (10, 11) des deux codeurs sont solidaires d'une partie fixe (12) du véhicule, et des moyens de traitement (15,16,17,18, 19,20,21,22) des signaux de sortie des codeurs (6, 7) pour mesurer le déplacement angulaire relatif des deux parties d'arbre (1, 3) et en déterminer le couple appliqué sur le volant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux codeurs (6, 7) comprennent chacun deux couples de moyens d'émission et de réception (10, 11) d'axes optiques t13,14) décalés d'une distance d = nxp i p/4 où p représente le pas des zones opaques et transparentes, de manière A délivrer des-signaux décalés de p/4, n étant un nombre entier quelconque 3. Dispositif selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de determination (22) de la différence de transitions entre les signaux délivrés par les deux codeurs (6, 7) et des moyens de calcul (22) du couple à partir de cette différence 4.Dispositif selon la revendication 2 QU 3, caractérisé en ce que les moyens de traitement com- prennent pour chaque codeur, des moyens de discrimina- tion (15, 16) du sens de rotation du disque correspondant, reliés à des moyens de comptage/décomptage (17, 18) du nombre de transitions, dont la sortie est re liée à des moyens de mémorisation (19, 20), la sortie de ces moyens dé mémorisation étant reliée à des moyens de multiplexage (21) reliés a un microproces- seur (22) et commandés par celui-ci pour transférer successivement vers le microprocesseur, les informations de transitions des codeurs, pour permettre au microprocesseur de calculer le couple. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détermination (22) du couple nul. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu le disque (8, 9) de chaque codeur comporte au moins mille pas de zones alternativement opaques et transparentes.