Brevet FR2708112A1 — publié le 19950127

DISPOSITIF DE COMMANDE A MANCHE DE PILOTAGE, NOTAMMENT MINI-MANCHE ASSERVI POUR AERONEF. L'invention concerne les dispositifs de commande à manche de pilotage se déplaçant suivant au moins un degré de liberté, généralement en translation le long d'un axe ou plus fréquemment encore en pivotement sur un axe de rotation. Ce déplacement peut se combiner avec d'autres déplacements selon d'autres axes, agissant sur d'autres commandes. I1 peut s'agir bien évidemment des manches de pilotage des aéronefs, mais aussi des manipulateurs de conduite de véhicules divers, des leviers de commande d'engins ou de jeux. A la commande mécanique réalisée par les manches de pilotage s'est substituée généralement la commande électrique, ce qui a permis en supprimant les chaînes cinématiques directement associées aux manches la création des mini-manches. Du fait de la commande électrique, l'effort mécanique résistant de la timonerie et des organes commandés (par exemple gouverne d'avion) n'est plus ressenti par l'utilisateur sur le manche et il est apparu utile de restituer une sensation artificielle d'effort résistant sur le manche. On a pu proposer divers dispositifs de rappel mécanique, par exemple par ressorts. Le document FR-A-2 647 922 fait connaître un dispositif dans lequel le déplacement du manche détermine un effort résistant au moyen d'un actionneur électromécanique commandé en fonction d'une loi déplacement/effort prédéterminée. L'objet de l'invention est de proposer un nouveau dispositif de commande s'appliquant aux manches de pilotage dans lesquels une commande s'exerce grâce au dépla cement du manche selon au moins un degré de liberté (pivotement ou translation) et se caractérise en ce que * le déplacement (pivotement ou translation) du manche est assuré par un actionneur irréversible commandé par un calculateur, * un capteur d'effort est prévu pour mesurer l'effort exercé par l'utilisateur sur le manche, et fournir cette information au calculateur, * un capteur de position fournit au calculateur une recopie de la position effective du manche, * le calculateur commande le fonctionnement de llac- tionneur et donc le déplacement du manche et asservit la position de l'actionneur et du manche en fonction desdites informations d'effort et position grâce à une loi effort/position introduite dans le calculateur. Du fait que l'actionneur est irréversible, il s'oppose au mouvement du manche sous l'effort de-llutili- sateur. La mesure de cet effort, transformée par le capteur d'effort en un signal convenable et convertie dans le calculateur selon la loi préétablie effort/position du manche, permet de commander l'actionneur pour déplacer le manche dans la position devant correspondre à l'effort exercé. Naturellement, cette décomposition en étapes successives est en fait très serrée dans le temps, et l'utilisateur a la sensation que le manche se déplace sous l'effort, et réagit en opposant un effort résistant, à la manière d'un système visco-élastique. Par capteur de position, on entend un organe donnant une information représentative de la position du manche, sans que cet organe soit nécessairement un composant spécifique : il peut notamment être intégré dans la chaîne cinématique amont. Le capteur de position du manche ci-dessus, ou un autre capteur indépendant, peut être utilisé pour délivrer le signal de pilotage. La mesure de l'effort sur le manche peut également être utilisée pour commander le pilotage du véhicule ou de l'engin. De la sorte, même si l'actionneur ne pouvait fonctionner pour une raison quelconque et que le manche restait bloqué dans une position quelconque, le pilotage resterait possible par la simple variation des efforts sur le manche. Naturellement, l'invention peut s'appliquer à la gestion asservie du mouvement selon deux axes de rotation ou plusieurs axes de translation et non un seul, découplés et indépendants, avec des asservissements qui peuvent être différents. De façon préférée, la mesure de l'effort sur le manche passe par la mesure d'une déformation ou d'un déplacement d'un dispositif élastique déformable interposé entre le manche et l'actionneur, notamment une lame élastique. Par exemple, la lame élastique est solidaire, à une extrémité, du manche et à son autre extrémité, elle est reliée à l'actionneur par une articulation. La mesure de l'effort grâce aux déformations de la lame flexible permet d'observer des déplacements plus grands (de l'ordre de 10-2 à 1 mm) que ceux que mesureraient d'autres systèmes de capteurs d'effort, par exemple à jauges de contraintes (microdéplacements de l'ordre de 10-5 mm à 10-3 mm). Les déplacements associés du manche restent suffisamment faibles (inférieurs à 1 degré) pour ne pas perturber la perception physiologique de l'utilisateur à la poignée. Ceci permet d'utiliser pour la mesure des déplacements des capteurs linéaires ou rotatifs, inductifs ou résistifs, dont la fiabilité, la fidélité et la stabilité en fonction du temps, de la température et de l'environnement sont bien meilleures que pour les capteurs de type extensomètrique ou pièzo-électriques. La sécurité du fonctionnement est donc nettement accrue. Le capteur est disposé rigidement solidaire de l'actionneur ou du manche lui-même, par exemple sur un prolongement parallèle à la lame. La recopie de position est avantageusement disposée de façon à ne pas être perturbée par la déformation élastique du capteur d'effort. L'actionneur électromécanique irréversible peut être un vérin linéaire à vis, dont le corps et la tige sont articulés respectivement au châssis du dispositif et au manche. La position du manche peut être contrôlée par le calculateur grâce au capteur de position du manche, par exemple placé en parallèle sur l'actionneur ou intégré à celui-ci. Naturellement, on peut prévoir des systèmes redondants de mesure et de calcul pour améliorer encore la sécurité. De plus, il est avantageux d'introduire des possibilités de variation de la loi effort/position paramétrée dans le calculateur, permettant son adaptation à l'ergonomie de pilotage et sa modification en temps réel en fonction de la configuration des systèmes pilotés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un exemple de réalisation dans le cas d'un système de commande à un seul axe de rotation. On se référera à la figure unique annexée représentant de façon schématique le système. Le mini-manche 1 pivote dans un plan autour d'un axe de rotation transversal 2 grâce à une articulation 3 seulement esquissée sur la figure. Il est entendu qu'on s'intéresse ici à la rotation autour d'un seul axe en vue de réaliser l'asservissement de ce mouvement ; le minimanche I peut aussi pivoter autour d'un second axe orthogonal à l'axe 2 grâce à une seconde articulation non représentée, par exemple interposée entre le mini-manche 1 et l'articulation 3. Solidaires du mini-manche 1 dans son mouvement de pivotement principal et de préférence orthogonaux à l'axe de rotation, sont prévus d'une part un premier prolongement constitué par une lame flexible 4, et un second prolongement rigide 5 parallèle au premier servant de support à un capteur de déplacement 6, par exemple un palpeur avec ou sans contact, permettant de mesurer le déplacement relatif entre la lame flexible 4 et le prolongement rigide 5. L'extrémité de la lame flexible 4 est liée, au travers d'une articulation 7 lui permettant de pivoter autour d'un axe 8 parallèle à l'axe de rotation 2, à l'extrémité de la tige 9 d'un vérin linéaire à vis 10. Le corps du vérin 10 est lui-même articulé à son extrémité arrière 11, fixe par rapport au châssis, sur un axe de rotation 12 parallèle à l'axe 8. La tige 9 coulisse dans le corps du vérin 10 en étant entralnée grâce à la coopération des filets 13, 14 et de pignons 15, 16 reliés cinématiquement à un moteur 17. Ce dernier est commandé par un calculateur 18 numérique ou analogique. Monté en parallèle entre les articulations 7 et 11 du vérin, un capteur de position 19 qui peut naturellement être intégré au vérin 10, mesure la position absolue effective de l'extrémité de la lame flexible 4, représentative de la position absolue effective de la poignée 1 par rapport au châssis (mesure toutefois délivrée des déviations parasites, puisqu'elle se référe dans ce montage à l'extrémité de la lame et non directement à la poignée). Ce capteur 19 ainsi que le capteur 6 communiquent les informations de position au calculateur 18, chargé d'élaborer les consignes de déplacement. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. L'utilisateur introduit un effort sur la poignée 1. En raison de l'irréversibilité du vérin 10, l'extrémité de la lame 4 résiste à cet effort, lequel induit donc une déformation (faible) du dispositif élastique constitué par la lame 4. Cette déformation est mesurée par le capteur 6 et transmise au calculateur 18 qui l'interprète en tant qu'effort. Le calculateur 18 élabore en retour une consigne de position transmise au moteur 17, consigne résultant de la loi effort/déplacement introduite dans le calculateur. Le vérin 10 entraîne donc un déplacement de la tige 9 conforme à cette loi et aux paramètres dynamiques en mémoire dans le calculateur : accélérations, viscosité, frottement sec, seuils, etc. Le capteur de position 19 assure le bouclage de l'asservissement en position de la tige 9 au travers du calculateur 18 et de loi effort/déplacement. Ce déplacement n'entraîne pas de modification de la déformation de la lame 4, et du prolongement rigide 5, cette déformation ne dépendant que de l'effort introduit par l'utilisateur et qui ne varie qu'à l'initiative de celui-ci. Toute modification de l'effort introduit par l'utilisateur ou de la loi effort/déplacement se traduit instantanément par un mouvement de la poignée 1. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande avec manche de pilotage, la commande s'exerçant par le déplacement du manche (1) selon au moins un degré de liberté, des moyens étant prévus pour restituer sur le manche une sensation d'effort s'opposant à l'effort exercé par l'utilisateur, caractérisé en ce que * le déplacement du manche (1) est assuré par un actionneur (2, 10) irréversible commandé par un calculateur (18), * un capteur d'effort (4, 6) est prévu pour mesurer l'effort exercé par l'utilisateur sur le manche (1), et fournir cette information au calculateur (18), * un capteur de position (19) est prévu pour fournir au calculateur (19) une recopie de la position effective du manche (1), * le calculateur (18) commande le fonctionnement de l'actionneur en position (9, 10) et donc le déplacement du manche (1) et asservit la position du manche à l'effort appliqué en fonction desdites informations d'effort et de position grâce à une loi effort/position introduite dans le calculateur (18). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur d'effort comporte un dispositif élastique déformable (4) interposé entre le manche (1) et l'actionneur (9, 10), dont on mesure la déformation représentative de l'effort exercé. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif élastique est une lame (4) solidaire du manche (1) et son extrémité libre est reliée à l'actionneur (9, 10) par une articulation (7). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de déformation de la lame (4) constitué par un capteur (6) de déplacement rigidement solidaire du manche (I) ou de l'actionneur (9, 10). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'actionneur est un vérin à vis (9, 10). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps (10) et la tige (9) du vérin sont articulés respectivement au châssis et au manche, sur des axes de rotation parallèles (8, 12). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le capteur de position (19) est utilisé pour délivrer le signal de pilotage. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le capteur (19) de position est placé en parallèle de l'actionneur (9, 10). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le déplacement du manche (1) est un pivotement. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la mesure d'effort peut être utilisée comme signal de pilotage au travers de la loi effort/déplacement, avec le manche immobilisé dans une position quelconque.