Brevet FR2743419A1 — publié le 19970711

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne des capteurs de déplacement en rotation et plus particulièrement mais de façon non exclusive, des capteurs de ce type permettant de détecter un déplacement du volant dans les automobiles. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Avec l'introduction de la direction commandée électroniquement et de la direction par les quatre roues, les voitures ont incorporé des capteurs pour détecter le déplacement du volant afin de déterminer l'importance d'un déplacement en rotation (angle, vitesse et sens). Dans les récentes années, des capteurs à deux canaux opto-électroniques qui détectent la vitesse, le sens et/ou la position ont été utilisés. Ces capteurs comportent de façon générale un disque en verre muni d'un nombre important de sections opaques et transparentes qui tournent avec l'élément mobile dont la vitesse, le sens et/ou la position doivent être détectés. La partie opto-électronique, y compris des émetteurs et des détecteurs de lumière, est montée dans un boîtier fixe de telle sorte que les faisceaux lumineux traversent le disque à la position des sections opaques et transparentes de telle sorte que les détecteurs produisent des signaux correspondant au faisceau lumineux traversant le disque. Ces capteurs à deux canaux opto-électroniques ont été utilisés sur des automobiles en tant que capteurs de volant, un disque métallique ou en plastique étant monté sur l'arbre du volant et la partie opto-électronique étant montée dans le boîtier de colonne de direction. Cependant, ces capteurs présentent une résolution d'environ seulement 3 à 5 degrés avec une précision de signal modérée du fait de variations de la position relative entre le boîtier de colonne de direction et l'arbre du volant. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à proposer un capteur de déplacement en rotation qui permette de surmonter ou d'au moins réduire les inconvénients des capteurs connus. BREF RESUME DE L'INVENTION Selon un premier aspect de la présente invention, on propose un agencement de capteur de déplacement en rotation pour détecter un déplacement en rotation d'un élément tournant par rapport à un châssis fixe de référence, I'agencement de capteur comprenant: un émetteur de rayonnement pour émettre un rayonnement et un détecteur de rayonnement agencé pour détecter le rayonnement émis, l'émetteur et le détecteur étant montés sur un berceau ; et un disque tournant avec l'élément tournant, le disque étant muni d'une pluralité de parties agencées sur une première voie annulaire sur le disque, les parties étant en alternance sensiblement opaques et transparentes au rayonnement émis par l'émetteur, le berceau étant monté de façon coulissante sur le disque au moyen d'un guide annulaire sur le disque et d'un guide correspondant sur le berceau, le berceau et le disque pouvant coulisser l'un par rapport à l'autre suivant la direction circonférencielle du disque de manière à retenir le berceau suivant la direction radiale par rapport au disque et ainsi, le rayonnement émis arrive en incidence sur le disque au niveau de la première voie annulaire, le guide annulaire comprenant une première série de protubérances agencées le long d'une seconde voie annulaire sur les deux faces du disque et une seconde série de protubérances en alternance avec la première série de protubérances et agencées le long d'une troisième voie annulaire sur les deux faces du disque, les seconde et troisième voies annulaires étant décalées radialement d'une faible valeur, le guide correspondant sur le berceau comprenant des gorges conjuguées pouvant coopérer avec les première et seconde séries de protubérances sur les deux faces du disque, I'agencement comprenant en outre des butées du châssis fixe de référence adjacentes au berceau pour empêcher que le berceau ne tourne avec le disque. Un avantage d'un tel agencement particulier est que les protubérances assurent un contact de surface moindre avec le berceau, ce qui réduit la friction, I'effort de rotation et le bruit. La réduction du bruit est d'un intérêt majeur pour les fabricants d'automobiles. Le fait de disposer de deux séries de protubérances améliore la précision de positionnement de l'émetteur de rayonnement et du détecteur de rayonnement par rapport au disque. La faible valeur peut être par exemple de 0,5 mm. De préférence, les protubérances comportent des bords chanfreinés agencés pour coopérer avec des bords chanfreinés sur une surface supérieure du berceau lorsque le berceau est monté sur le disque. Selon un second aspect de la présente invention, on propose un agencement de capteur de déplacement en rotation pour détecter un déplacement en rotation d'un élément tournant par rapport à un châssis fixe de référence, I'agencement de capteur comprenant: un émetteur de rayonnement pour émettre un rayonnement et un détecteur de rayonnement agencé pour détecter le rayonnement émis, L'émetteur et le détecteur étant montés sur un berceau; et un disque tournant avec l'élément tournant, le disque étant muni d'une pluralité de parties agencées sur une première voie annulaire sur le disque, les parties étant en alternance sensiblement opaques et transparentes au rayonnement émis par l'émetteur, le berceau étant monté de façon coulissante sur le disque au moyen d'un guide annulaire sur le disque et d'un guide correspondant sur le berceau, le berceau et le disque pouvant coulisser l'un par rapport à l'autre suivant la direction circonférencielle du disque de manière à retenir le berceau suivant la direction radiale par rapport au disque et ainsi, le rayonnement émis arrive en incidence sur le disque au niveau de la première voie annulaire, le guide annulaire comprenant une première nervure annulaire continue sur une face du disque et une seconde nervure annulaire continue sur l'autre face du disque et le guide correspondant sur le berceau comprenant des gorges conjuguées pouvant coopérer avec les première et seconde nervures annulaires continues, dans lequel les première et secondes nervures annulaires continues comprennent des bords chanfreinés agencés pour coopérer avec des bords chanfreinés sur une surface supérieure du berceau lorsque le berceau est monté sur le disque, I'agencement comprenant en outre des butées du châssis fixe de référence adjacentes au berceau pour empêcher que le berceau ne tourne avec le disque. Selon un troisième aspect de la présente invention, on propose un agencement de capteur de déplacement en rotation pour détecter un déplacement en rotation d'un élément tournant par rapport à un châssis fixe de référence, I'agencement de capteur comprenant: un émetteur de rayonnement pour émettre un rayonnement et un détecteur de rayonnement agencé pour détecter le rayonnement émis, L'émetteur et le détecteur étant montés sur un berceau ; et un disque (24) tournant avec l'élément tournant, le disque étant muni d'une pluralité de parties agencées sur une première voie annulaire sur le disque, les parties étant en alternance sensiblement opaques et transparentes au rayonnement émis par l'émetteur, le berceau étant monté de façon coulissante sur le disque au moyen d'un guide annulaire sur le disque et d'un guide correspondant sur le berceau, le berceau et le disque pouvant coulisser l'un par rapport à l'autre suivant la direction circonférencielle du disque de manière à retenir le berceau suivant la direction radiale par rapport au disque et ainsi, le rayonnement émis arrive en incidence sur le disque au niveau de la première voie annulaire, le guide annulaire comprenant une pluralité de protubérances agencées suivant une voie annulaire sur les deux faces du disque et le guide correspondant sur le berceau comprenant des gorges conjuguées, et dans lequel la pluralité de protubérances sur les deux faces du disque comprennent des bords chanfreinés agencés pour coopérer avec des bords chanfreinés sur une surface supérieure du berceau lorsque le berceau est monté sur le disque, I'agencement comprenant en outre des butées du châssis fixe de référence adjacentes au berceau pour empêcher que le berceau ne tourne avec le disque. La forme chanfreinée des nervures ou protubérances et du berceau permet un montage par encliquetage du berceau sur le disque. Ceci évite la nécessité d'outils spéciaux pour monter le berceau sur le disque. Selon un mode de réalisation particulier, I'agencement de capteur est un agencement à deux canaux comportant des premier et second émetteurs de rayonnement et des premier et second détecteurs de rayonnement correspondants pour détecter un rayonnement émis par les émetteurs de rayonnement respectifs, les émetteurs et les détecteurs étant positionnés de telle sorte que le rayonnement émis arrive en incidence sur la voie annulaire. De préférence, I'agencement de capteur est utilisé pour détecter la rotation, la vitesse et le sens d'un volant dans une automobile, le capteur étant monté sur la colonne de direction et les butées étant sur le boîtier de colonne. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Trois modes de réalisation de l'invention sont maintenant décrits de manière davantage détaillée à titre d'exemple par report aux dessins parmi lesquels: la figure 1 représente une vue en élévation de côté schématique d'un agencement de capteur opto-électronique de volant à deux canaux de l'art antérieur; la figure 2 représente une vue d'extrémité schématique de l'agencement de capteur de la figure i la figure 3 représente une vue en élévation de côté schématique similaire à celle de la figure 1 d'un agencement de capteur de volant à deux canaux selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 4 représente une vue d'extrémité schématique de l'agencement de capteur de la figure 3; la figure 5 représente une vue agrandie d'une partie de l'agencement des figures 3 et 4;; la figure 6 représente une vue d'extrémité schématique d'un agencement de capteur selon un second mode de réalisation de l'invention; la figure 7 représente une vue en coupe agrandie d'une partie de l'agencement de la figure 6; la figure 8 représente une vue en coupe schématique d'une partie d'un agencement de capteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention, avant montage du berceau et du disque la figure 9 représente une vue en coupe schématique de l'agencement de capteur de la figure 8 après montage et la figure 10 est un schéma de circuit électrique d'une partie de l'agencement de capteur à deux canaux opto-électronique des figures 3 à 5 ou des figures 6 et 7 ou des figures 8 et 9 pour produire une paire de signaux de détection. DESCRIPTION DETAILLEE Par conséquent, comme représenté sur les figures 1 et 2, un agencement de capteur de volant connu 35 inclut un disque d'interruption de lumière 36 monté pour tourner avec une colonne de direction 31 agencée pour tourner autour d'un axe de rotation 30 à l'intérieur d'un boîtier de colonne 29. Deux émetteurs de lumière 2 et 3 sont montés sur un côté d'une fente formée dans un berceau 33 fixé au boîtier de colonne 29. Deux détecteurs de lumière 5 et 6 (non représentés) sont montés sur l'autre côté de la fente ménagée dans le berceau 33 afin de détecter la lumière émise par les émetteurs de lumière 2 et 3 et traversant la fente en suivant des chemins optiques 25.Le disque 36 est agencé pour tourner à l'intérieur de la fente ménagée dans le berceau 33 et il est muni d'une série de parties opaques et transparentes le long d'une voie circulaire 26 de manière à interrompre et à transmettre en alternance la lumière traversant la fente, la fréquence des interruptions indiquant la vitesse de rotation du disque 36. Le signe (plus ou moins) de la différence de phase entre le premier canal produit par le détecteur 5 et le second canal produit par le détecteur 6 indique le sens de rotation du disque 36.Le problème avec cet agencement est que des variations de la distance 34 entre l'axe de colonne de direction 30 et le boîtier de colonne 29 signifient que les chemins optiques 25 ne sont pas toujours alignés avec la voie circulaire 26 des parties opaques et transparentes sur le disque 36 de telle sorte que la lumière soit n'est pas détectée du tout, soit n'est pas détectée à la fréquence correcte et à la différence de phase correcte. Par conséquent, comme représenté sur les figures 3 et 4, dans un agencement de capteur de volant 32 selon un mode de réalisation de l'invention, un disque 24 est prévu, lequel comporte des parties opaques et transparentes similaires à celles du disque connu 36. Sur ces figures, les mêmes éléments que décrit par report aux figures 1 et 2 sont repérés au moyen des mêmes index de référence. Dans ce cas cependant, le disque 24 comprend également une paire de nervures annulaires 22 et 23 sur des côtés opposés du disque 24. Le berceau 33 n'est pas monté sur le boîtier de colonne de direction 29 mais en lieu et place, il est maintenu en position par deux gorges se faisant face opposées 38 et 39 ménagées dans des bras 27 et 28 s'étendant depuis le berceau 33, lesquelles gorges reçoivent les nervures annulaires 22 et 23 du disque 24, comme représenté plus clairement sur la figure 5.Les deux émetteurs 2 et 3 et les deux détecteurs 5 et 6 qui sont montés dans le berceau 33 sont par conséquent maintenus alignés avec la voie circulaire 26. Une variation entre la voie circulaire 26 et les chemins optiques 25 est par conséquent limitée au jeu fonctionnel nécessaire entre les gorges 38 et 39 du berceau 33 et les nervures 22 et 23. Seules les butées 37 sur le boîtier de colonne de direction 29 sont nécessaires pour empêcher une rotation du berceau 33. Avec ces conditions, la lumière est détectée à la fréquence correcte et à la différence de phase correcte. Par report maintenant à la figure 6, un agencement de capteur selon un second mode de réalisation est représenté. Les composants identiques à ceux des figures 3 à 5 sont indiqués au moyen des mêmes index de référence. Les guides annulaires de l'agencement de capteur de la figure 6 comprennent une première série de protubérances 45 agencées le long d'une première voie annulaire sur les deux faces du disque et une seconde série de protubérances 44 qui sont alternées avec la première série de protubérances 45 et qui sont agencées le long d'une seconde voie annulaire sur les deux faces du disque 24. Les première et seconde voies annulaires sont décalées radialement d'une faible valeur 46 de par exemple 0,5 mm. Le guide correspondant sur le berceau comprend des gorges conjuguées 38, 39 destinées à coopérer avec les protubérances 44, 45 sur les deux faces du disque. Les première et seconde séries de protubérances sont de préférence agencées de façon symétrique sur les deux faces du disque, voir les protubérances 45 représentées sur la figure 7. Selon le troisième mode de réalisation représenté sur les figures 8 et 9, des composants identiques à ceux des figures 3 et 5 étant indiqués au moyen des mêmes index de référence, les nervures annulaires ou protubérances 22, 23 comportent des bords chanfreinés 50 qui sont agencés pour coopérer avec des bords chanfreinés 52 sur une surface supérieure 54 du berceau 33 lorsque le berceau 33 est monté sur le disque 24 (voir figure 8 en particulier). La forme chanfreinée des nervures annulaires ou protubérances 22, 23 et du berceau 33 permet un montage par encliquetage du berceau sur le disque 24. La figure 10 représente le circuit électrique 1 qui peut être utilisé dans l'agencement des figures 3 à 5 ou dans l'agencement des figures 6 et 7 ou dans l'agencement des figures 8 et 9. Deux paires d'émetteurs 2, 3 et de détecteurs 5, 6 sont utilisées pour produire deux signaux présentant une certaine différence de phase. Le signe (plus ou moins) de la différence de phase donne le sens de rotation. Les émetteurs 2 et 3 sont connectés à une carte de circuit imprimé 16 fixée au berceau 33 par des connexions 18, 19 représentées sur la figure 5. Les détecteurs 6 et 7 sont également connectés à la carte de circuit imprimé 16 par l'intermédiaire de connexions 20, 21. Une source de courant 4 produit le courant pour les deux émetteurs 2 et 3, qui peuvent être des diodes électroluminescentes (DEL), et qui sont connectés en série de manière à limiter la consommation de courant totale. Les deux détecteurs 5 et 6 sont connectés en parallèle de manière à produire les deux signaux de détection. La description qui suit se rapporte à seulement l'un des deux canaux, le second fonctionnant d'une manière similaire. Le signal 10 provenant du détecteur 5 est comparé à une tension de référence constante provenant de la source de tension de référence 7 par un comparateur 8. Le signal 12 provenant du comparateur 8 est par conséquent un signal logique de forme carrée qui est couplé via une borne S1 à un connecteur de sortie 17. D'une manière similaire, le signal 13 provenant du second détecteur de canal 6 est comparé à la tension de référence provenant de la source de tension de référence 7 par un comparateur 9 dont la sortie est couplée au connecteur de sortie 17 via une borne S2. Une ligne de tension d'alimentation 14 et une ligne de référence de masse 15 sont également toutes deux connectées au connecteur de sortie 17. Le connecteur de sortie 17 permet de connecter l'agencement de capteur à une unité de commande (non représentée) pour traiter les deux signaux 12 et 13. La fréquence donne une indication de la vitesse du disque, le signe de la différence de phase entre les signaux 12 et 13 donne le sens et le nombre d'impulsions indique la valeur du déplacement. II est à apprécier que bien que seulement un mode de réalisation particulier de l'invention ait été décrit en détail, diverses modifications et améliorations peuvent être apportées par l'homme de l'art sans s'écarter du cadre de la présente invention, par exemple des agencements de détection de déplacement linéaire ou de détection multi-canaux pour un codage absolu. REVENDICATIONS 1. Agencement de capteur de déplacement en rotation pour détecter un déplacement en rotation d'un élément tournant par rapport à un châssis fixe de référence, I'agencement de capteur étant caractérisé en ce qu'il comprend: un émetteur de rayonnement (2, 3) pour émettre un rayonnement et un détecteur de rayonnement (5, 6) agencé pour détecter le rayonnement émis, L'émetteur et le détecteur étant montés sur un berceau (33); et un disque (24) tournant avec l'élément tournant, le disque étant muni d'une pluralité de parties agencées sur une première voie annulaire (26) sur le disque, les parties étant en alternance sensiblement opaques et transparentes au rayonnement émis par l'émetteur, le berceau étant monté de façon coulissante sur le disque au moyen d'un guide annulaire (22, 23) sur le disque et d'un guide correspondant (38, 39) sur le berceau, le berceau et le disque pouvant coulisser l'un par rapport à l'autre suivant la direction circonférencielle du disque de manière à retenir le berceau suivant la direction radiale par rapport au disque et ainsi, le rayonnement émis arrive en incidence sur le disque au niveau de la première voie annulaire (25), le guide annulaire comprenant une première série de protubérances (45) agencées le long d'une seconde voie annulaire sur les deux faces du disque et une seconde série de protubérances (44) en alternance avec la première série de protubérances et agencées le long d'une troisième voie annulaire sur les deux faces du disque, les seconde et troisième voies annulaires étant décalées radialement d'une faible valeur (46), le guide correspondant sur le berceau comprenant des gorges conjuguées pouvant coopérer avec les première et seconde séries de protubérances (45, 44) sur les deux faces du disque, I'agencement comprenant en outre des butées (37) du châssis fixe de référence adjacentes au berceau pour empêcher que le berceau ne tourne avec le disque. 2. Agencement de capteur de déplacement en rotation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la faible valeur (46) est d'approximativement 0,5 mm. 3. Agencement de capteur de déplacement en rotation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les première et seconde séries de protubérances (45, 44) sur les deux faces du disque comportent des bords chanfreinés (50) agencés pour coopérer avec des bords chanfreinés (52) sur une surface supérieure (54) du berceau (33) lorsque le berceau est monté sur le disque. 4. Agencement de capteur de déplacement en rotation pour détecter un déplacement en rotation d'un élément tournant par rapport à un châssis fixe de référence, I'agencement de capteur étant caractérisé en ce qu'il comprend: un émetteur de rayonnement (2, 3) pour émettre un rayonnement et un détecteur de rayonnement (5, 6) agencé pour détecter le rayonnement émis, L'émetteur et le détecteur étant montés sur un berceau (33); et un disque (24) tournant avec l'élément tournant, le disque étant muni d'une pluralité de parties agencées sur une première voie annulaire (26) sur le disque, les parties étant en alternance sensiblement opaques et transparentes au rayonnement émis par l'émetteur, le berceau étant monté de façon coulissante sur le disque au moyen d'un guide annulaire (22, 23) sur le disque et d'un guide correspondant (38, 39) sur le berceau, le berceau et le disque pouvant coulisser l'un par rapport à l'autre suivant la direction circonférencielle du disque de manière à retenir le berceau suivant la direction radiale par rapport au disque et ainsi, le rayonnement émis arrive en incidence sur le disque au niveau de la première voie annulaire (25), le guide annulaire comprenant une première nervure annulaire continue (22) sur une face du disque et une seconde nervure annulaire continue (23) sur l'autre face du disque et le guide correspondant sur le berceau comprenant des gorges conjuguées (38, 39) pouvant coopérer avec les première et seconde nervures annulaires continues, dans lequel les première et secondes nervures annulaires continues comprennent des bords chanfreinés (50) agencés pour coopérer avec des bords chanfreinés (52) sur une surface supérieure (54) du berceau (33) lorsque le berceau est monté sur le disque, I'agencement comprenant en outre des butées (37) du châssis fixe de référence adjacentes au berceau pour empêcher que le berceau ne tourne avec le disque. 5. Agencement de capteur de déplacement en rotation pour détecter un déplacement en rotation d'un élément tournant par rapport à un châssis fixe de référence, I'agencement de capteur étant caractérisé en ce qu'il comprend un émetteur de rayonnement (2, 3) pour émettre un rayonnement et un détecteur de rayonnement (5, 6) agencé pour détecter le rayonnement émis, L'émetteur et le détecteur étant montés sur un berceau (33); et un disque (24) tournant avec l'élément tournant, le disque étant muni d'une pluralité de parties agencées sur une première voie annulaire (26) sur le disque, les parties étant en alternance sensiblement opaques et transparentes au rayonnement émis par l'émetteur, le berceau étant monté de façon coulissante sur le disque au moyen d'un guide annulaire (22, 23) sur le disque et d'un guide correspondant (38, 39) sur le berceau, le berceau et le disque pouvant coulisser l'un par rapport à l'autre suivant la direction circonférencielle du disque de manière à retenir le berceau suivant la direction radiale par rapport au disque et ainsi, le rayonnement émis arrive en incidence sur le disque au niveau de la première voie annulaire (25), le guide annulaire comprenant une pluralité de protubérances (44, 45) agencées suivant une voie annulaire sur les deux faces du disque et le guide correspondant sur le berceau comprenant des gorges conjuguées (38, 39), et dans lequel la pluralité de protubérances sur les deux faces du disque comprennent des bords chanfreinés (50) agencés pour coopérer avec des bords chanfreinés (52) sur une surface supérieure (54) du berceau (33) lorsque le berceau est monté sur le disque, I'agencement comprenant en outre des butées (37) du châssis fixe de référence adjacentes au berceau pour empêcher que le berceau ne tourne avec le disque. 6. Agencement de capteur de déplacement en rotation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux paires d'émetteurs (2, 3) et de détecteurs (5, 6) de rayonnement, les deux paires étant montées sur le berceau (33) de telle sorte que le rayonnement émis depuis les deux émetteurs arrive en incidence sur la voie annulaire. 7. Capteur de volant comprenant l'agencement de capteur de déplacement en rotation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque (24) est monté sur une colonne de direction (31) et les butées (37) sont sur un boîtier de colonne (29).