Brevet FR2769702A1 — publié le 19990416

I Etat de la technique L'invention concerne un dispositif de détection de l'angle de braquage d'un véhicule automobile comprenant une colonne de direction, une transmission de direction et des barres de couplage, des premiers moyens fournissant un signal fin représentant la position angulaire de la colonne de direction et des seconds moyens fournissant un signal grossier indiquant le nombre de rotations de la colonne de direction dans l'un ou l'autre sens de rotation, et par com-10 binaison du signal fin et du signal grossier, on détermine l'angle de braquage ou angle de direction. Pour certains systèmes de sécurité des véhicules automobiles comme par exemple pour la régulation de la dyna- mique de roulement (suspension) pour des raisons de sécurité, immédiatement après l'actionnement de la clé de contact du véhicule, il faut avoir la position instantanée du volant. Dans de tels véhicules automobiles, il faut des capteurs de l'angle du volant car les capteurs absolus permettent de re- connaître l'angle sans équivoque, directement après la mise en route. Un capteur d'angle de braquage ou angle du volant est connu selon le document PCT/DE 95/00343. Ce capteur connu pour la détection de l'angle du volant d'un véhicule automobile comporte un premier disque codé, détecté par un premier nombre de capteurs et tournant à la même vitesse que le volant. Un second disque de codage tourne à une vitesse égale à un quart de celle du premier disque de codage et porte trois pistes codées détectées par un second nombre de capteurs. Un microcontrôleur reçoit le signal de sortie du capteur associé au premier disque codé pour fournir le signal fin alors que les seconds capteurs fournissent le signal grossier qui ne se répète qu'après une rotation d'angle de 720 , c'est-à-dire 1440 . Par une com- binaison appropriée entre des signaux fin et grossier, on peut avoir à tout instant une détermination angulaire non équivoque. Ce capteur connu servant à détecter l'angle du volant utilise des disques de codage ayant des cavités en des endroits prédéterminés; ces cavités constituent le code pro- prement dit. Comme capteurs on utilise des barrières à effet Hall coopérant chaque fois avec un aimant. Les barrières à effet Hall se trouvent ainsi d'un côté du disque codé et les aimants de l'autre côté du disque codé. Le disque codé fonc-5 tionne ainsi comme diaphragme et les barrières à effet Hall émettent des signaux de sortie qui font apparaître si entre eux et les aimants correspondants se trouve ou non une dé- coupe dans le disque codé. La disposition connue pour la détection de l'angle de braquage de véhicule connu est très compliquée no- tamment sur le plan de la fabrication et de la construction. Lorsqu'un signal grossier est transmis par une transmission commandée par la colonne de direction, on aura des tolérances qui interviendront très fortement dans la précision de l'angle de braquage obtenu. En outre, il faut un couple d'entraînement approprié pour le dispositif. La présente invention a pour but de développer un dispositif de détection de l'angle de braquage de véhicules automobiles correspondant au type défini ci-dessus, de ma- nière à permettre, avec une mise en oeuvre considérablement réduite et un couple d'entraînement pratiquement négligeable, d'arriver à une saisie plus précise de l'angle de braquage. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que les premiers moyens sont constitués par un aimant perma- nent solidaire mécaniquement de la colonne de direction et tournant avec celle-ci devant un capteur de signal fin, sen- sible à la direction du champ magnétique et détectant la po- sition angulaire de la colonne, le capteur de signal fin fournit un signal fin analogique correspondant à la position angulaire de la colonne de direction et, le second moyen est une barre de couplage par exemple la barre à laquelle est as- sociée une installation de capteurs de signal grossier qui détecte le déplacement de la barre de couplage dans toute la plage de réglage, selon les zones partielles et la direction de déplacement, par une détection sans contact fournissant des signaux grossiers numériques. Dans cette réalisation, la colonne de direction ne porte que les aimants permanents et une barre de couplage porte les bandes magnétiques. Les autres éléments tels que le capteur de signal et le capteur de signal grossier ainsi que les installations d'exploitation sont couplés sans contact au mécanisme de direction et peuvent être installés facilement5 sur des mécanismes de direction différents. Les tolérances au niveau de la colonne de direction entraînée par cardan sont ainsi éliminées et l'installation est indépendante de la réa- lisation de la colonne de direction et de l'interrupteur de la colonne de direction. Si le véhicule est équipé d'une co- lonne de direction coulissante, le dispositif selon l'invention ne gêne pas le comportement à l'écrasement acci- dentel de la colonne de direction. L'installation de détection du signal grossier s'adapte facilement à d'autres démultiplications de la trans- mission de direction comme par exemple pour les véhicules utilitaires. Un autre avantage de la nouvelle conception est que le dispositif lui-même ne génère pas de bruit. Les cap- teurs n'ont pas à travailler en mode d'attente car lorsqu'on branche la tension en alimentation, l'angle de braquage ins- tantané est détecté par le signal fin analogique et le signal grossier numérique. La détection de la position angulaire de la co- lonne de direction devient alors particulièrement simple s'il est prévu que le capteur sensible à la direction du champ ma- gnétique est un capteur AMR (résistance magnétique aniso- trope) qui fournit un signal fin de type potentiométrique en fonction de la position angulaire de l'aimant permanent. La position de la barre de couplage dans la plage de réglage maximale prédéterminée est détectée sans équivoque dans une réalisation car cette barre de couplage porte une bande magnétique subdivisée en fonction des plages partielles de sa plage de réglage en des champs magnétiques ayant des directions de champ différentes et plus particulièrement une bande magnétique est reliée à la barre de couplage, cette bande étant subdivisée en zones partielles en fonction de sa plage de réglage en des champs magnétiques ayant des direc- tions de champs magnétiques différentes et un capteur de si- gnal grossier fournit des signaux grossiers associés aux di- rections de champs magnétiques détectées. Selon un développement, les champs magnétiques de la bande magnétique ont une largeur correspondant au déplace- ment de la barre de couplage pour une demi-rotation de la co- lonne de direction. On garantit ainsi un passage rapide dans le code du signal grossier du fait que la bande magnétique est subdi- visée en deux moitiés ayant chaque fois le même nombre de10 quatre champs magnétiques et en ce que chaque moitié d'un champ magnétique à l'autre change de sens de champ magnétique de 90 et au milieu de la bande magnétique, la direction des champs magnétiques voisins varie de 1350. Il est intéressant de prévoir une bande magnéti- que réalisée sous la forme d'une bande de polymère, aimantée. De manière avantageuse, on peut développer le dispositif de façon que le signal fin analogique du capteur de signal fin et le signal grossier numérique du capteur de signal grossier sont appliqués à un convertisseur qui fournit des signaux d'information adaptés de façon correspondante à l'angle de braquage obtenu à une installation de traitement. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement une commande de direc- tion d'un véhicule automobile, - la figure 2 montre un schéma par blocs de principe du dis- positif de détection de l'angle de direction, - la figure 3 montre un exemple de réalisation d'une bande magnétique qui se fixe sur la barre de couplage, - la figure 4 montre un diagramme de tension du capteur de signal fin, - la figure 5 montre un convertisseur améliorant les signaux fin et grossier. De la commande direction, la figure 1 ne montre que l'extrémité inférieure de la colonne de direction 1 et la transmission de direction 4 ainsi entraînée. La transmission de direction 4 commande le mouvement des deux barres de cou- plage 2, 3 de façon qu'un mouvement de rotation de la colonne de direction 1 dans le sens des aiguilles d'une montre dé- place les deux barres de couplage 2, 3 vers la gauche et qu'un mouvement de rotation dans le sens opposé les déplace5 vers la droite. La course de déplacement dépend de l'angle de réglage a de la colonne de direction 1. Selon la figure 2, un aimant permanent 10 est re- lié solidairement, de manière mécanique à la colonne de di- rection 1 pour qu'il tourne sans jeu avec la colonne de direction 1. Un capteur de signal fin 11 est placé devant l'aimant permanent 10 pour détecter l'angle de réglage a; ce capteur est par exemple un capteur AMR, sensible à la direc- tion du champ magnétique (capteur à résistance magnétique anisotrope). Le capteur de signal fin 11 reçoit par ses bor- nes 12, 14 la tension d'alimentation et fournit un signal fin à la sortie 13 selon la figure 4 en fonction de la position angulaire a de la colonne de direction 1 et ainsi de l'aimant permanent 10 en forme de barrette magnétique, montée trans- versalement par rapport à l'axe longitudinal de la colonne de direction 1 et symétriquement à celle-ci. Dans l'exemple de réalisation représenté, le cap- teur de signal fin 11 fournit en position de repos de la co- lonne de direction 1, la valeur inférieure de la tension analogique V. Bien que la colonne de direction 1 est tournée dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens con- traire, en fonction de l'augmentation de l'angle, la tension V augmente au cours de la première demi-rotation jusqu'à la valeur maximale. Lors de la demi-rotation suivante, la ten- sion V diminue de manière continue jusqu'à la valeur infé- rieure de la tension. Cela signifie que les demi-rotations d'ordre impaire de la colonne de direction 1 correspondent à une tension croissante et les demi-rotations d'ordre paire par rapport à la position de repos, c'est-à-dire un déplace- ment en ligne droite, correspondent à une diminution de la tension. Pour obtenir la position angulaire de la colonne de direction 1 et ainsi l'angle de braquage instantané, il faut que le signal grossier soit codé en fonction des demi- rotations. Pour cela, il est prévu un capteur de signal gros- sier 5 qui est introduit de manière étanche dans la transmis- sion de direction 4 et détecte le déplacement de la barre de couplage 2 dans les deux directions de déplacement en fonc- tion des demi-rotations de la colonne de direction 1. Le cap- teur de signal grossier 5 coopère avec une bande magnétique 9 portée par la barre de couplage 2 et se déplaçant devant le capteur de signal grossier 5. La bande magnétique 9 est une bande de polymère aimantée subdivisée selon l'exemple de réa- lisation de la figure 3 en huit champs magnétiques (a - h) qui ont tous des directions du champ magnétique différentes. Le capteur de signal grossier 5 est sensible à la direction du champ magnétique et suivant la position par rapport aux huit champs magnétiques (a - h) il fournit huit signaux gros- 1I siers numériques différents. La largeur des champs magnéti- ques (a - h) s'étend chaque fois sur une course de réglage partiel de la barre de couplage 2 correspondant à une demi- rotation de 180 de la colonne de direction 1. Dans l'exemple de réalisation, la bande magnéti- que 9 s'étend sur huit champs magnétiques associés à une dou- ble rotation de la colonne de direction 1 dans chaque sens de rotation. L'ensemble de la plage de réglage de la barre de couplage 2 est ainsi subdivisé par la bande magnétique 9 en huit zones de réglage partiel identiques se déplaçant devant le capteur de signal grossier 5, fixe. Dans la réalisation, le capteur de signal grossier 5 se trouve entre les champs magnétiques d et e. Dans chaque position de la transmission de direction 4 on peut obtenir immédiatement l'angle de bra- quage instantané; le signal fin analogique fourni par le capteur de signal fin 11 et le signal grossier, numérique fourni par le capteur de signal grossier 5 sont alors combi- nes. Comme le montre la figure 5, la tension d'alimentation des capteurs peut être fournie par un conver- tisseur 18 qui reçoit le signal fin de la sortie 13 et le si- gnal grossier de la sortie 7 des capteurs 10 et 5. Le convertisseur 18 est alimenté par les bornes 15, 17 et four- nit à sa sortie 16 un signal qui dépend du signal fin et du signal grossier qu'il a reçu; ce signal est appliqué à une installation de traitement telle qu'un système CAN, VA, SCP ou PWM. Le convertisseur 18 peut également assurer l'alimentation des capteurs 5 et 9 avec une tension5 d'alimentation comme cela est indiqué par les bornes 6, 8, 12, 14. Le convertisseur 18 et les capteurs 5, 9 peuvent être réalisés sous la forme d'un appareil qui se monte sur la transmission de direction 4. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Dispositif de détection de l'angle de braquage d'un véhi- cule automobile comprenant une colonne de direction, une transmission de direction et des barres de couplage, des pre-5 miers moyens fournissant un signal fin représentant la posi- tion angulaire de la colonne de direction et des seconds moyens fournissant un signal grossier indiquant le nombre de rotations de la colonne de direction dans l'un ou l'autre sens de rotation, et par combinaison du signal fin et du si-10 gnal grossier, on détermine l'angle de braquage ou angle de direction, caractérisé en ce que - les premiers moyens sont constitués par un aimant permanent (10) solidaire mécaniquement de la colonne de direction (1) et tournant avec celle-ci devant un capteur de signal fin (11), sensible à la direction du champ magnétique et détec- tant la position angulaire de la colonne, - le capteur de signal fin (11) fournit un signal fin analo- gique correspondant à la position angulaire de la colonne de direction (1) et, - le second moyen est une barre de couplage par exemple la barre (2) à laquelle est associée une installation de cap- teurs de signal grossier (5, 9) qui détecte le déplacement de la barre de couplage (2) dans toute la plage de réglage, selon les zones partielles (a-h) et la direction de dépla- cement, par une détection sans contact fournissant des si- gnaux grossiers numériques. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur sensible à la direction du champ magnétique (11) est un capteur AMR (résistance magnétique anisotrope) qui fournit un signal potentiométrique fin selon la position an- gulaire de l'aimant permanent (10). 3 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu' une bande magnétique (9) est reliée à la barre de couplage (2), cette bande étant subdivisée en zones partielles en fonction de sa plage de réglage en des champs magnétiques (a- h) ayant des directions de champs magnétiques différentes et5 un capteur de signal grossier (5) fournit des signaux gros- siers associés aux directions de champs magnétiques détec- tées. 4 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les champs magnétiques (a-h) de la bande magnétique (9) ont une largeur correspondant au déplacement de la barre de cou- plage (2) pour une demi-rotation (180 ) de la colonne de di- rection (1). ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que - la bande magnétique (9) est subdivisée en deux moitiés avec chaque fois le même nombre de quatre champs magnétiques (a- d et e-h), et - pour chaque moitié d'un champ magnétique à l'autre, la di- rection du champ magnétique tourne de 90 et, - au milieu de la bande magnétique (9), la direction du champ magnétique des champs voisins (d et e) change de 135 . 6 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la bande magnétique (9) est une bande de polymère aimantée. 7 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le signal fin analogique du capteur de signal fin (11) et le signal grossier numérique du capteur de signal grossier (5) sont appliqués à un convertisseur (18) qui fournit des si- gnaux d'information adaptés de façon correspondante à l'angle de braquage obtenu à une installation de traitement (DAN, VAN, SCP, PWM).