Brevet FR2710406A1 — publié le 19950331

" Transmetteur d'angle de rotation " L'invention concerne un transmetteur d'angle de rotation, de préférence pour des applications aux véhicules automobiles, notamment pour des transmetteurs de valeurs de pédale et des vérins d'embrayage, avec un arbre de trans- metteur monté de façon à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation et qui est couplé à un dispositif de rotation d'orientation pour pouvoir être entraîné en rotation de fa- çon correspondante à la position de rotation ou d'orienta- tion de celui-ci, et qui coopère avec un détecteur d'angle de rotation délivrant un signal électrique d'angle de rota- tion. Dans un transmetteur de valeurs de pédale connu (DE 34 11 393 Al), il est prévu pour détecter la position d'orientation de la pédale couplée à ce transmetteur, un détecteur d'angle de rotation qui coopère avec un arbre de transmetteur monté dans un carter de façon à pouvoir tour- ner, et sollicité par la pédale. Comme détecteur d'angle de rotation, il est prévu dans ce cas un potentiomètre à bague de glissement qui délivre un signal électrique d'angle de rotation correspondant à la position de la pédale. Avec de tels transmetteurs de valeurs de pédale dans lesquels des détecteurs potentiométriques sont mis en oeuvre pour la détection de l'angle de rotation, les exi- gences actuelles sont en majeure partie encore remplies de façon satisfaisante, mais pour certains problèmes de ré- glage, la fiabilité réduite dans le cas des potentiomètres est un inconvénient. Comme transmetteur de trajet robuste et peu coû- teux pour les exigences de précision habituelles dans le cas des grandes séries, on connaît déjà depuis longtemps des transmetteurs à armature plongeante, c'est-à-dire des bobines à l'intérieur desquelles est susceptible de se dé- placer un noyau ou armature, sur un trajet correspondant à celui à détecter, et ces transmetteurs sont mis en oeuvre dans le domaine des véhicules automobiles par exemple pour la régulation de la portée des phares. On exploite alors la modification de l'inductance d'une bobine lorsqu'on y plonge un noyau ferromagnétique. Pour la linéarisation de la courbe caractéristique d'un tel détecteur, on utilise plusieurs chambres de bobine bran- chées en série avec des nombres d'enroulements différents. D'autres détecteurs sans contact fonctionnant sur des principes magnéto-résistifs ou inductifs ont une sensi- bilité élevée vis-à-vis de nombreuses grandeurs perturba- trices et une faible course de signal utile. Des solutions de compensation pour éviter ces inconvénients exigent une dépense très élevée, de sorte que de tels détecteurs ne conviennent pas pour la fabrication en grande série. Le but de la présente invention est de rendre disponible un transmetteur d'angle de rotation du type ini- tialement mentionné, grâce auquel un angle de rotation peut être détecté de façon fiable avec un montage d'un coût fa- vorable et de faible encombrement. Ce but est atteint conformément à l'invention avec un transmetteur d'angle de rotation du type initiale- ment mentionné, caractérisé en ce que le détecteur d'angle de rotation comprend au moins une bobine de détecteur li- néaire, disposée à poste fixe par rapport au mouvement de rotation de l'arbre du transmetteur, avec à l'intérieur de cette bobine, un noyau maintenu de façon à pouvoir coulis- ser, en ce que le noyau de bobine est susceptible d'être déplacé par l'arbre du transmetteur par l'intermédiaire d'un mécanisme à manivelle, et en ce que l'axe de la bobine correspondant à la direction de déplacement du noyau dans la bobine du détecteur est disposé transversalement, de préférence perpendiculairement, par rapport à l'axe de ro- tation de l'arbre du transmetteur. Grâce à l'agencement selon l'invention de la bo- bine du détecteur avec un mécanisme de manivelle coopérant avec elle, il est créé de façon avantageuse un transmetteur d'angle de rotation avec un détecteur d'angle de rotation de faible encombrement, qui est d'une façon avantageuse suffisamment robuste et précis pour pouvoir être mis en oeuvre, même pour des applications critiques pour la sécu- rité, dans les véhicules automobiles. Grâce à l'agencement géométrique choisi, il est ainsi rendu possible de façon avantageuse de mettre en oeu- vre d'une façon extrêmement peu encombrante, suffisamment précise et économique, comme détecteur d'angle de rotation, une bobine de détection fonctionnement linéairement sans contact. Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - pour compenser la caractéristique de transmission non li- néaire du mécanisme de manivelle entre le noyau de la bo- bine et l'arbre du transmetteur, il est prévu que la bobine du détecteur comprend plusieurs chambres avec des agencements d'enroulement qui sont branchés ensemble en série et qui comportent des nombres d'enroulements diffé- rents; - pour augmenter la fiabilité du transmetteur d'angle de rotation selon l'invention, il est prévu que deux bobines de détecteur sont placées diamétralement l'une en face de l'autre par rapport à l'axe de rotation de l'arbre de transmetteur, et que les noyaux des bobines sont disposés dans leur bobine de détecteur de façon qu'un noyau, lors d'un déplacement provoqué par l'arbre du transmetteur, plonge dans la bobine du détecteur, tandis que l'autre noyau ressort. Ainsi, la redondance mécanique et électrique du transmetteur d'angle de rotation est garantie d'une façon avantageuse sans que les dimensions du montage soient nota- blement augmentées. Les compléments de l'invention prévoyant que le noyau de la bobine est maintenu dans un support de noyau fixé au guidage de support de noyau, que le noyau de bobine est recouvert avec le support de noyau par le procédé de moulage par injection, et que le support de noyau est clip- sé dans le guidage de support de noyau, permettent non seu- lement un montage particulièrement simple et facile à réaliser du transmetteur d'angle de rotation selon l'inven- tion, mais en outre, d'une façon avantageuse également, la mise en oeuvre de matériaux fragiles mais avantageux aussi bien du point de vue du fonctionnement qu'également des coûts, tels que par exemple des ferrites. Un agencement compact particulièrement avantageux prévoit que les bobines de détecteur sont rapportées sur un côté d'une plaque de support disposée perpendiculairement par rapport à l'arbre du transmetteur, tandis qu'une élec- tronique d'exploitation délivrant le signal d'angle de ro- tation et reliée à la bobine du détecteur ou bien aux bobines du détecteur, est disposée sur l'autre côté de cette plaque de support. Il est alors particulièrement avantageux que d'une part le détecteur d'angle de rotation en tant que tel forme une unité constitutive pouvant être contrôlée séparément, et que d'autre part le transmetteur d'angle de rotation complet puisse être ajusté pour permet- tre la compensation de toutes les tolérances techniques de fabrication. Un exemple préféré de réalisation de l'invention est représenté à titre d'exemple sur les dessins ci-joints et va être exposé plus en détail dans les descriptions ci- après en se référant aux dessins dans lesquels:. - la figure 1 est une vue de dessus schématique, en coupe partielle, d'un transmetteur d'angle de rotation; - la figure 2 est une vue de dessus du détecteur d'angle de rotation du transmetteur d'angle de rotation de la figure 1; - la figure 3 est une représentation schématique, en perspective, du détecteur d'angle de rotation selon la figure 2 avec la manivelle qui lui est associée; et. - la figure 4 est un schéma par blocs du détec- teur d'angle de rotation de la figure 2. Sur les différentes figures des dessins, les par- ties constitutives correspondant les unes aux autres sont munies des mêmes références. Sur la figure 1 est représenté un transmetteur d'angle de rotation 10 avec un carter 11 dans lequel est monté de façon à pouvoir tourner un arbre de transmetteur 12. A son extrémité faisant saillie hors du carter 11, cet arbre de transmetteur 12 porte des moyens de fixation 13, 14 d'un dispositif de rotation ou d'orientation non repre- senté, pour lequel cet arbre est susceptible d'être mis en rotation de façon correspondant à la position de rotation ou d'orientation du dispositif. Par exemple le transmetteur d'angle de rotation 10 peut être relié de façon appropriée à une pédale d'un véhicule automobile, de sorte que l'arbre de transmetteur 12 pivote dans le carter 11 de façon cor- respondant à la position de la pédale. Dans le carter 11 est prévu un agencement de res- sort de rappel 15 disposé coaxialement par rapport à l'ar- bre 12 du transmetteur, et qui comporte une première cage de ressort 16 bloquée en rotation avec l'arbre 12 et une seconde cage de ressort 17 bloquée en rotation avec le car- ter 11. Dans les cages de ressort 16, 17 sont logés deux ressorts de rappel 18, 19 agissant en parallèle et qui, lors de la rotation de l'arbre 12 du transmetteur, produi- sent un effort de réaction réagissant sur le dispositif de rotation ou d'orientation. A l'autre extrémité, se trouvant dans le carter 11, de l'arbre 12 du transmetteur est couplé un détecteur d'angle de rotation 20 qui comprend une plaque de support 21 fixée par exemple à la cage de ressort 17 solidaire en rotation du carter 11. Sur le côté opposé à l'agencement de ressort de rappel 15 de la plaque de support 21, il est prévu un ou plusieurs, de préférence deux, agencements de bobine de détecteur 22, tandis que sur l'autre côté de la plaque de support 21 est disposée une électronique d'ex- ploitation 23 du détecteur d'angle de rotation 20. Par l'intermédiaire de barrettes de raccordement 24 qui s'éten- dent à travers la plaque de support 21, l'électronique d'exploitation 23 est reliée à une ligne électrique 25 ame- née de façon étanche hors du boîtier 11 et raccordée à une électronique non représentée du véhicule. Comme le montre la figure 2, chacun des agence- ments 22 de bobine de détecteur, de préférence au nombre de deux, comprend respectivement une bobine de détecteur 26 avec une pluralité de chambres de bobine 27, tandis que les agencements d'enroulement 27' disposés dans ces chambres et connectés ensemble en série comportent des nombres de spi- res différents. Un support de noyau 28 disposé dans la bo- bine de détecteur 26, reçoit un noyau de bobine 29 formant une armature plongeante, qui est par exemple constituée de ferrite et qui est recouverte par injection avec le support de noyau 28, de préférence selon le procédé de moulage par injection. Le support de noyau 28 est maintenu à ses deux extrémités faisant saillie hors de la bobine de détecteur 26, par un guidage de support de noyau 30 qui entoure à peu près en forme de C la bobine de détecteur 26, et dans le- quel il peut être clipsé. Le guidage de support de noyau 30 comporte sur sa partie de traverse 31 disposée pour l'essentiel parallèle- ment à la bobine de détecteur 26, un évidement en forme d'étrier 32 ouvert vers la plaque de support 21 et qui est délimité au voisinage de cette plaque 21 par deux saillies 33 augmentant la longueur de l'évidement 32 perpendiculai- rement à l'axe longitudinal de la bobine de détecteur 26 et parallèlement à la plaque de support 21. Dans cet évidement 32, une manivelle 34 d'un mé- canisme de manivelle vient en prise avec un des deux mane- tons 35 de la manivelle, manetons qui sont disposés en étant diamétralement opposés l'un à l'autre par rapport à l'axe de rotation de la manivelle sur un support de mani- velle 36 par exemple en forme de pot. L'autre maneton 35 vient en prise dans l'évidement correspondant 32 sur le guidage du support de noyau 30 de l'autre agencement de bo- bine de détecteur 22. Pour pouvoir transmettre le mouvement de la manivelle sans jeu sur les deux guidages de support d'un noyau 30, les manetons 35 sont précontraints dans leur évidement respectif 32. Cette précontrainte est obtenue par un dimension- nement approprié de l'évidement 32 et du maneton 35. En utilisant un matériau élastique, indéformable, résistant au frottement et à l'usure, de préférence en matière synthéti- que, pour la partie de traverse 31, une transformation fia- ble et sans jeu du mouvement de rotation de l'arbre 12 du transmetteur, en un déplacement linéaire du noyau de bobine 29, est possible d'une façon simple. Comme le montre la figure 1, la manivelle 34 avec son support de manivelle 36 est fixée coaxialement sur l'arbre 12 du transmetteur et s'étend au travers de la pla- que de support 21 par une ouverture centrale 37 (voir par exemple figure 3). Comme représenté sur la figure 2, les supports de noyau 28 sont avantageusement mis en place dans les bobines de détecteur 26 de façon que l'un des noyaux de bobine 29, dans la position de repos du transmetteur d'angle de rota- tion 10, se trouve dans la bobine de détecteur 26 et en émerge lors d'un déplacement du guidage du support de noyau par suite d'une rotation de l'arbre 12 du transmetteur en direction de la flèche D, tandis que l'autre noyau de bobine 29 se trouve, dans la position de repos, essentiel- lement en dehors de sa bobine de détecteur 26 et, lors de son déplacement, plonge dans celle-ci. Si l'arbre 12 du transmetteur est mis en rotation par un dispositif correspondant de rotation ou d'orienta- tion, alors les noyaux de bobine 29 sont déplacés dans les bobines de détecteur 26, grâce à quoi l'inductance de cel- les-ci se modifie. La conversion non linéaire intervenant alors, de l'angle de rotation en mouvement de déplacement du noyau 29 de la bobine pour la manivelle 34 coopérant avec le guidage du support de noyau 30, est alors compensée par les nombres de spires différents qui sont prévus dans les différentes chambres de bobine 27 de la bobine de dé- tecteur 26. L'électronique d'exploitation 23 disposée sur la plaque de support 21 comporte, d'une façon correspondant au nombre des agencements de bobine prévus, un ou plusieurs circuits de commutation intégrés 38, de préférence deux (figure 4), avec respectivement un oscillateur de mesure 39 et un oscillateur de référence 40. Le signal d'entrée de l'oscillateur de mesure 39 est délivré par respectivement un circuit oscillant de détecteur 41 qui, outre la bobine de détecteur 26, comprend un condensateur 42, tandis que l'oscillateur de référence 40 est relié à un quartz d'oscillateur 43 ou à un autre émetteur d'oscillations ap- proprié. Le signal de sortie de l'oscillateur de mesure 39 est amené, par l'intermédiaire d'un convertisseur de fré- quence en numérique 44, à une unité de calcul arithmétique (ALU) 45, qui est reliée à une mémoire morte programmable (PROM) 46. Le signal de sortie du ALU 45 correspondant à l'angle de rotation détecté est appliqué par l'intermé- diaire d'un convertisseur numérique/analogique 47 en tant que signal d'angle de rotation, par exemple en tant que va- leur de pédale, à une sortie du circuit de commutation in- tégré 38 et en outre appliqué directement à deux comparateurs 48, 49 qui, lorsqu'est atteint un angle de ro- tation déterminé susceptible d'être prédéfini, délivrent un signal de sortie correspondant à cet angle de rotation, par exemple un signal " Kick-Down " pour une boîte de vitesses automatiques ou un dispositif analogue. L'utilisation de l'électronique d'exploitation intégrée 23 se traduit par des signaux de sortie à basse impédance et donc insensibles aux parasites. Grâce à l'agencement peu encombrant et compact des dispositifs de bobine de détecteur 22 sur la plaque de support 21 qui porte en même temps l'électronique d'exploi- tation intégrée 23, le détecteur d'angle de rotation 20 forme une unité constitutive apte à fonctionner et égale- ment susceptible d'être complètement contrôlée séparément. L'équilibrage du détecteur d'angle de rotation 20 permet une compensation économique de toutes les tolérances indi- viduelles et, avec le concept de commutation décrit de l'électronique d'exploitation 23, une fabrication économi- que. Le transmetteur d'angle de rotation 10 selon l'invention, qui peut par exemple être mis en oeuvre sous la forme d'un transmetteur de valeurs de pédale est complè- tement susceptible d'être contrôlé et essayé, car les in- fluences externes telles que par exemple les impédances du faisceau de câbles du véhicule automobile et des influences analogues, n'interviennent pas en tant que grandeurs per- turbatrices. Après le montage du détecteur d'angle de rotation dans le transmetteur d'angle de rotation 10, un réglage de contraste et de pente est possible par l'intermédiaire d'une interface série et d'une mémoire programmable. En- suite, le carter 11 du transmetteur d'angle de rotation 10 peut être fermé et mis à l'abri des manipulations, par exemple par un couvercle 50 à enclenchement interne. l1 R E V E N D I C A T IONS 1) Transmetteur d'angle de rotation, de préfé- rence pour des applications aux véhicules automobiles, no- tamment pour des transmetteurs de valeurs de pédale et des vérins d'embrayage, avec un arbre de transmetteur (12) mon- té de façon à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation et qui est couplé à un dispositif de rotation d'orientation pour pouvoir être entraîné en rotation de façon correspon- dante à la position de rotation ou d'orientation de celui- ci, et qui coopère avec un détecteur d'angle de rotation (20) délivrant un signal électrique d'angle de rotation, transmetteur d'angle de rotation caractérisé en ce que le détecteur d'angle de rotation comprend au moins une bobine de détecteur linéaire (26), disposée à poste fixe par rap- port au mouvement de rotation de l'arbre (12) du transmet- teur, avec à l'intérieur de cette bobine, un noyau (29) maintenu de façon à pouvoir coulisser, en ce que le noyau de bobine (29) est susceptible d'être déplacé par l'arbre (12) du transmetteur par l'intermédiaire d'un mécanisme à manivelle (34), et en ce que l'axe de la bobine correspon- dant à la direction de déplacement du noyau (29) dans la bobine (26) du détecteur est disposé transversalement, de préférence perpendiculairement, par rapport à l'axe de ro- tation de l'arbre (12) du transmetteur. 2) Transmetteur d'angle de rotation selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que l'axe de la bobine présente un écart perpendiculaire à lui par rapport à l'axe de rotation de l'arbre (12) du transmetteur. 3) Transmetteur d'angle de rotation selon la re- vendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le noyau (29) de la bobine est susceptible de coulisser au moyen d'un guidage de support de noyau (30) qui comporte un segment de traverse (31) s'étendant parallèlement à la bo- bine (26) du détecteur, et en ce que le côté sortie (35) du mécanisme à manivelle (34), dans la position de repos, vient en prise sur le segment de traverse (31) à peu près au voisinage du milieu de la longueur de la bobine (26) du détecteur. 4) Transmetteur d'angle de rotation selon la re- vendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un maneton (35) formant le côté sortie (35) du mécanisme à manivelle (34) et s'étendant de préférence parallèlement à l'axe de rota- tion de l'arbre (12) du transmetteur, vient en prise dans un évidement correspondant (32) de guidage du support de noyau (30). ) Transmetteur d'angle de rotation selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que la bobine (26) du détecteur comprend plusieurs chambres (27) avec des agencements d'enroulement (27') qui sont branchés ensemble en série et qui comportent des nombres d'enroule- ments différents. 6) Transmetteur d'angle de rotation selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il est prévu deux bobines de détecteur (26) placées diamétralement l'une en face de l'autre par rapport à l'axe de rotation de l'arbre de transmetteur (12). 7) Transmetteur d'angle de rotation selon la re- vendication 6, caractérisé en ce que les noyaux (29) des bobines sont disposés dans leur bobine de détecteur (26) de façon qu'un noyau (29), lors d'un déplacement provoqué par l'arbre du transmetteur (12), plonge dans la bobine du dé- tecteur (26), tandis que l'autre noyau ressort. 8) Transmetteur d'angle de rotation selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que le noyau (29) de la bobine est maintenu dans un support de noyau (28) qui est fixé au guidage de support de noyau (30). 9) Transmetteur d'angle de rotation selon la re- vendication 8, caractérisé en ce le noyau (29) de bobine est recouvert avec le support de noyau (28) selon le procé- dé de moulage par injection. ) Transmetteur d'angle de rotation selon la re- vendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que le support de noyau (28) est clipsé dans le guidage de sup- port de noyau (30). 11) Transmetteur d'angle de rotation selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que les bobines de détecteur (26) sont rapportées sur un côté d'une plaque de support (21) disposée perpendiculairement par rapport à l'arbre (12) du transmetteur, tandis qu'une élec- tronique d'exploitation (23) délivrant le signal d'angle de rotation et reliée à la bobine du détecteur ou bien aux bo- bines du détecteur (26), est disposée sur l'autre côté de cette plaque de support (21).