Brevet FR2780157A1 — publié le 19991224

La présente invention concerne un capteur d'angle de rotation du volant d'un véhicule automobile délivrant une valeur absolue de l'angle de rotation du volant. D'une manière générale il est souhaitable d'améliorer encore la tenue de route d'un véhicule automobile en agissant notamment sur les liaisons au sol du véhicule, telles que la suspension, le freinage et/ou la traction. Il faut donc connaître l'angle de rotation des roues du véhicule et donc du volant. Cette information est envoyée ensuite à un calculateur, qui agit sur l'une au moins des liaisons au sol. La présente invention a pour objet de répondre à ce souhait de manière simple et économique. Suivant l'invention le capteur d'angle absolu de la rotation du volant est caractérisé en ce qu'il comporte deux parties coaxiales montées rotatives l'une par rapport à l'autre à savoir une première partie comportant un moyeu destiné à être entraîné en rotation par le volant du véhicule automobile et une deuxième partie comportant un boîtier creux destiné à être fixé sur une partie fixe du véhicule, en que ce qu'un dispositif de réduction de mouvement est logé dans le boîtier et comporte un élément de sortie, tournant moins vite que le moyeu, entraîné en rotation par l'élément d'entrée du dispositif de réduction de mouvement, en ce qu'un premier disque codé est lié en rotation au moyeu, tandis qu'un deuxième disque codé est lié en rotation à l'élément de sortie et en ce que le boîtier porte des détecteurs pour la lecture des disques codés. Grâce à l'invention il est possible de connaître de manière simple et économique et ce à chaque instant, la valeur absolue de l'angle de rotation du volant et donc des roues du véhicule. Cette information, dans une forme de réalisation, est transmise à un calculateur pilotant les amortisseurs de la suspension active du véhicule automobile pour améliorer les liaisons au sol. Dans une forme de réalisation le capteur d'angle fait appel à des disques codés qui prennent place entre une source de lumière (diodes, lampes, guide de lumière etc.) et des récepteurs (photodiodes, phototransistors, photorésistances etc). Les disques jouent le rôle d'obturateurs venant occulter un faisceau lumineux. En variante la lecture des disques codés est réalisée à l'aide de détecteurs sous la forme de capteurs à effet Hall, de capteur magnétorésistifs, de capteurs capacitifs etc. Ainsi les disques codés peuvent comporter des motifs opaques dans le cas d'un capteur d'angle du type optique, ou des aimants dans le cas d'un capteur d'angle du type magnétique. On peut faire appel également à des potentiomètres. D'une manière générale les détecteurs sont activés par le système de codage, c'est-à-dire par les motifs des deux disques. Le dispositif de réduction de mouvement permet de réduire le nombre de tours entre le premier et le deuxième disque codé et peut faire appel à un joint de Oldham. En variante ce dispositif peut comporter un train épicycloidal, ou tout autre système de réduction de mouvement. Le capteur d'angle selon l'invention est compact et économique. - la figure 1 est une vue en perspective éclatée du capteur d'angle selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée analogue à la figure I sous un autre angle; - la figure 3 est une vue partielle montrant le montage par emboîtement du couvercle sur le support du capteur d'angle; - la figure 4 est une vue schématique montrant la coopération de la roue avec le couvercle et le moyeu; - la figure 5 présente les deux disques de codage et les motifs utilisés pour formation du codage; - la figure 6 est une vue du motif de base servant au codage de l'angle absolu de rotation; - la figure 7 est une vue en coupe du système d'illumination d'un disque de codage et du dispositif de réception des informations relatives à l'angle absolu du volant. - la figure 8 est une vue en coupe d'un des disques de codage présentant l'angle des flancs de chaque saignée réalisée sur le disque pour le codage; - la figure 9 est une vue en coupe d'un des disques de codage présentant la profondeur de chaque saignée réalisée sur le disque pour le codage; - la figure 10 présente une variante du système d'illumination tel que présenté à la figure 7; - la figure 11 est autre variante utilisant un prisme associé à la diode émettrice du système d'illumination. Dans les figures présentées le capteur d'angle de rotation du volant du véhicule automobile comporte des pièces 1 à 8 trouées centralement pour passage de I'arbre de direction (non visible) sur lequel se fixe le volant du véhicule automobile. Ce capteur se fixe sur le haut de la colonne de direction du véhicule comportant un tube traversé par ledit arbre de direction. Le tube de cette colonne constitue une partie fixe et, de manière connue, porte à son extrémité haute un support fixe de commutateurs placés sous le volant du véhicule. Le capteur d'angle selon l'invention est ici solidaire du support de commutateurs. Ce capteur délivre une information concernant la valeur absolue de la rotation du volant et comporte deux parties coaxiales montées rotatives l'une par rapport à l'autre a savoir une première partie comportant un moyeu 5 destiné à être entraîné en rotation par le volant du vehicule et une deuxième partie comportant un boîtier creux 8,1 destiné à être fixé sur une partie fixe du véhicule. Ce boîtier 8,1 forme un support et sert de réceptacle à un dispositif de réduction de mouvement comportant ici un joint Oldham. Ce dispositif de réduction de mouvement comporte un élément de sortie 4 tournant moins vite que le moyeu 5 entraînant en rotation l'élément d'entrée 50 du dispositif de réduction de mouvement. Un premier disque codé 6 est lié en rotation au moyeu 5, tandis qu'un deuxième disque codé 44 est lié en rotation à l'élément de sortie 4. Le boîtier 8,1 porte des détecteurs pour la lecture des disques codés 6, 44. Le moyeu 5 pénètre dans le boîtier 8,1 et est mobile en rotation par rapport au boîtier 8,1. Plus précisément les pièces 1 à 8, de forme annulaire, consistent en un couvercle 1, une roue 2, un anneau 3 appartenant au joint de OLDHAM, une entretoise 4 au moyeu 5 à excentrique 50, un disque 6, un circuit imprimé 7 et un support 8. Les pièces 1 à 5 et 8 sont économiquement en matière plastique moulable. Il en est de même du disque 6, qui est en matière translucide. Le circuit imprimé 7 porte des composants décrits ci-après. Les pièces 2 à 7 se logent à l'intérieur du support 8, de forme creuse, fermé par le couvercle 1 pour former le boîtier 8,1 précité. Le support 8 est destiné à être fixé sur le support de commutateurs précité, tandis que l'excentrique 50 est solidaire en rotation du volant du véhicule. Plus précisément l'excentrique 50 forme l'élément d'entrée du dispositif de réduction de mouvement et l'entretoise 4 l'élément de sortie dudit dispositif. Le support 8 comporte des oreilles pour sa fixation sur le support de commutateurs. Le couvercle 1 présente une collerette 11 périphérique externe étagée en diamètre pour formation d'un épaulement transversal venant en prise avec la tranche supérieure 81 du support 8, la portion de plus petit diamètre de la collerette 11 s'emboîtant comme visible à la figure 3, dans un manchon externe 82 auquel appartient la tranche supérieure 81. Le manchon 82 présente un cran 83 dans lequel s'emboîte de manière complémentaire une saillie 13 issue du couvercle 1, qui ainsi est immobilisé en rotation par rapport au support 8, tout en étant rapporté par emboîtement sur ledit support 8. Le couvercle 1 présente en surépaisseur, sur sa face tournée vers I'intérieur du support 8, une denture intérieure 11 comportant une alternance de dents et d'échancrures venant en prise avec une denture extérieure 21 que présente la roue 2 à sa périphérie externe. Ainsi les dents de la denture 11 sont admises à pénétrer dans les échancrures de la denture 21 et vice versa; la roue 4 engrenant avec la denture 11 fixe du couvercle 1. Les pièces 2,3,4 sont conformées pour constituer un joint de OLDHAM et appartiennent au dispositif de réduction de mouvement permettant à l'entretoise 4 de tourner moins vite que l'excentrique 50 et le moyeu 5. Comme on peut le visualiser sur la figure 2, la roue 2 présente ici deux ouvertures 22, diamétralement opposées et de forme oblongue, orientées radialement, tandis que l'entretoise 4 comporte au niveau de sa face supérieure deux encoches radiales diamétralement opposées 43 et décalées à 90 par rapport aux ouvertures 22. L'anneau 3, intercalé axialement entre la roue 2 et l'entretoise 4, présente, d'une part, sur sa face supérieure deux doigts 32 diamétralement opposés pénétrant à jeu radial dans les ouvertures oblongues 22, et, d'autre part, sur sa face inférieure deux languettes 33 diamétralement opposées et pénétrant dans les encoches radiales 43. Les languettes 33 sont décalées a 90 par rapport aux doigts 32. Ainsi un décalage radial est possible entre la roue 2 et l'entretoise 4, guidée en rotation par l'intérieur du manchon supérieur 82 du support 8 du boîtier 8,1. Cette entretoise 4 présente pour ce faire à sa périphérie externe une jupe annulaire 41 d'orientation axiale dotée à ses extrémités de nervures en contact intime avec la périphérie interne du manchon 82. La périphérie interne de la roue 2 coopère avec l'excentrique 50 du moyeu comme mieux visible de manière schématique à la figure 4. L'excentrique 50 est venu de moulage avec le moyeu 5. Le moyeu 5 est doté d'une surépaisseur annulaire 51 pourvue d'une gorge 52 dans laquelle se monte le disque 6 translucide. Le disque 6 présente des motifs 67 opaques de manière répétitive. L'entretoise 4 présente un motif 47 porté par une portion de couronne 44. Les motifs 67,47 sont mieux visibles à la figure 5 et appartiennent au capteur d'angle selon l'invention. Les motifs sont opaques pour formation de codages. Le capteur d'angle de rotation du volant délivre une valeur absolue de l'angle de rotation du volant. Cette information est transmise et exploitée par un calculateur en vue d'améliorer la tenue de route en agissant sur les liaisons au sol du véhicule. Par exemple le calculateur est le calculateur d'une suspension active du véhicule. Par simplicité le disque 6 avec ses motifs 67 sera dit premier disque codé, tandis que la portion de couronne 44 et son motif 47 sera dite deuxième disque codé. Les disques 6,44 sont dans le même plan, le second disque 44 entourant le premier disque 6 sans contact avec celui-ci. Les motifs 67,47 ou codages appartiennent a un codeur, dont la plage de mesure est ici de six tours de volant et la résolution de 1,25 . Le codeur doit donc coder 1728 points (résolution de 1,25 sur six tours). Ainsi qu'on l'aura compris les motifs 67,47 forment un codeur du type code de Gray permettant d'activer des détecteurs tels que des cellules optiques, optoélectroniques, magnétiques etc... Les détecteurs sont portés par le boîtier 8,1, ici par le circuit imprimé 7 solidaire du support 8. Ce circuit 7 est relié à un connecteur porté par le support 8 pour envoyer des informations à un calculateur. Pour réaliser le codage de 1728 points, 11 bits sont ici nécessaires dans le sens radial. Le premier disque 6 comporte les quatre premières bits du code, tandis que le deuxième disque 44 comporte les bits 5 à 11 du code comme visible à la figure 5. Le premier disque 6 comporte le motif 67 ou codage sur 40 qui se répète neuf fois. Le motif de base de ce disque de codage est présenté à la figure6. Le deuxième disque 44, grâce à son motif 47, code la position des 54 motifs contenus dans la plage de mesure (6 tours de volant) du capteur. Grâce à la roue 2, aux dentures 11,21, à l'anneau 3 du joint OLDHAM, à l'excentrique 50 du moyeu, le deuxième disque 44 (l'entretoise 4) tourne moins vite que le premier disque 6. Ici on choisit les dentures 11,21 (et donc le nombre de dents de chaque denture) de telle manière que pour un tour de moyeu 5, la roue 2 parcourt la denture 11 et revient à sa place initiale en ayant pivoté sur elle-même de 1/16 de tour. Chaque motif 67 du premier disque 6 s'étend sur 40 et est codé par le second disque 44 tournant 16 fois moins vite. Une rotation de 40 /16 = 2, 5 correspond donc à un motif 67. Le deuxième disque 44 (la portion de couronne 44) couvre un angle de 2,5 X 54 soit de 135 et a donc un débattement angulaire de 135 . Bien entendu on peut modifier la répartition des bits de codage entre le premier 6 et le deuxième 44 disque. Par exemple il est possible de placer les huit premiers bits sur le premier disque 6 et les trois derniers bits sur le deuxième disque 44. Dans ce cas on code 256 points dans un tour (résolution 1,40625 ) et l'on a alors un octet donnant la valeur absolue de l'angle dans le tour. Les trois derniers bits codent le nombre de tours du volant. La réduction du nombre de tours entre le premier disque 6 et le deuxième disque 44 peut être réalisé à l'aide d'un train parallèle, d'un train épicycloïdal ou autre. Par exemple le moyeu 5 peut présenter une denture extérieure et l'ensemble support 8 - couvercle 1 une denture intérieure, la roue 2 étant alors dépourvue de denture et portant un pignon venant en prise avec les dentures intérieure et extérieure. Ici le capteur est un capteur d'angle optique et le circuit imprimé 7, donc le boîtier, porte une source de lumière et des récepteurs constituant les détecteurs selon l'invention. Le circuit imprimé comporte une languette radiale 71 pénétrant de manière complémentaire dans une déformation 84 que présente l'anneau 82 à sa périphérie externe. Ainsi le circuit imprimé est bloqué en rotation par coopération de formes par rapport au support 8 présentant intérieurement des bossages 87 et un manchon intérieur 85 pour l'appui du circuit imprimé. L'alésage interne 86 du support sert de palier de rotation au moyeu 5. Les motifs 67 et 47 peuvent être obtenus par sérigraphie, lithographie, dépôts de peinture ou d'encre ou tout autre procédé d'opacification. D'une manière générale le premier et le second disque jouent le rôle d'un obturateur venant occulter un faisceau lumineux. Ainsi à la figure 1 le circuit 7 porte une source de lumière, telle qu'une diode, lampe, guide de lumière pour éclairer le premier disque 6 et quatre récepteurs, un par bits du premier disque. Dans le cas mentionné ci-dessus o le premier disque 6 porte huit bits, et comme on peut le visualiser à la figure 7, le circuit 7 porte une photodiode 90 émettrice de lumière et huit récepteurs de lumière 91 à 98 sous forme de phototransistors. Dans cette forme de réalisation le disque 6 est composé d'une galette translucide comprenant à sa périphérie externe un chanfrein 68 d'entrée de la lumière formant miroir. La lumière arrive verticalement depuis la diode émettrice implantée sous le premier disque 6, en-dessous du chanfrein 68. Le faisceau lumineux se trouve alors prisonnier, grâce au chanfrein 68, entre les faces inférieure et supérieure du disque 6 et permet un éclairage dans la tranche du disque 6. L'éclairage se fait donc depuis la tranche extérieure vers la tranche intérieure du disque entre les faces inférieure et supérieure de celui-ci. Les huit récepteurs 91 à 98 sont régulièrement disposés sous le disque 6 le long d'un rayon partant du centre du disque 6 et passant par la diode émettrice 90. Au droit de chaque récepteur est pratiquée une saignée circulaire (non référencée) pratiquée sur la face supérieure 69 du disque 6 de manière à renvoyer une partie du faisceau lumineux prisonnier vers le récepteur 91 à 98 considéré. La profondeur de chaque saignée, comme présenté à la figure 9, et l'angle des flancs de chaque saignée, comme présenté à la figure 8, sont calculés de manière à répartir le faisceau sur les huit récepteurs 91 à 98 placés dans le même plan que l'émetteur 90. Comme le montre la figure 9, les saignées sont divisées en groupe de saignées et ces groupes de saignées ont une profondeur qui augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne du chanfrein 68. Il en est de même des angles comme présenté à la figure 8. Ainsi, les groupes de saignées ont un profil évolutif croissant, fonction de la profondeur et de l'angle, depuis la source de lumière 90. Le deuxième disque 44 est également translucide et peut être éclairé par la diode 90 et comporter trois récepteurs portés par le circuit 7 et placés sous le deuxième disque 44 pour compter le nombre de tours de volant. Toute matière translucide pouvant guider la lumière, ici l'infrarouge, peut être choisie par les disques 6,44. Le disque 6 peut avoir par exemple une épaisseur de 4mm. Sur la figure 7, le chanfrein permettant la réflexion du faisceau lumineux peut être assimilé à un système de guidage de la lumière sur les saignées pour permettre un éclairage dans la tranche du disque. Tout système de guidage de lumière permettant de réaliser cette fonction d'éclairage dans la tranche peut donc être utilisé. Ainsi, en variante et comme présenté à la figure 10, le chanfrein 68 est supprimé et l'entrée de lumière se fait radialement, la source de lumière 90 qui n'est alors plus dans le même plan que les récepteurs non référencés. Bien entendu, et selon la figure 11, un prisme 168 peut être associé à la diode émettrice 90. Ainsi la lumière pénètre radialement dans le disque 6, le prisme 168 redressant la lumière. Bien entendu dans la mesure o le disque est obtenu par injection, le codage peut être directement obtenu par discontinuité des saignées circulaires qui dans ce cas réfléchissent ou pas le faisceau vers le récepteur considéré. L'entretoise 4 guidée en rotation de manière précitée par le support a une hauteur déterminée pour ne pas venir en contact avec le premier disque 6. Elle peut venir en butée contre le circuit imprimé mais de préférence le support comporte intérieurement des appuis 88, plus hauts que les appuis 87 pour soutenir l'entretoise 4, éviter tout contact avec le circuit 7 et aligner dans le même plan le deuxième disque 44 avec le premier disque. Bien entendu une source lumineuse peut être également associée au second disque et au lieu d'émetteurs et de récepteurs du type optique on peut utiliser des récepteurs du type optoélectronique, magnétique etc formant des cellules. Le capteur d'angle selon l'invention comporte des détecteurs ou capteurs activés par le dispositif de codage, ici les motifs 67,47, des deux disques 6,44 codés. Tout principe de détection peut être utilisé pour la lecture des deux disques codés. Les détecteurs peuvent donc être du type optique, des capteurs à effet Hall, des capteurs magnétorésistifs, des capteurs capacitifs etc. Le dispositif de réduction de mouvement est logé dans le boîtier 8 ici en dessous du circuit 7. REVENDICATIONS 1- Capteur d'angle absolu de la rotation du volant caractérisé en ce qu'il comporte deux parties coaxiales montées rotatives l'une par rapport à l'autre à savoir une première partie comportant un moyeu (5) destiné à être entraîné en rotation par le volant du véhicule automobile et une deuxième partie comportant un boîtier creux (8,1) destiné à être fixé sur une partie fixe du véhicule, en ce qu'un dispositif de réduction de mouvement (50,2,3,4) est logé dans le boîtier (8,1) et comporte un élément de sortie (4), tournant moins vite que le moyeu, entraîné en rotation par l'élément d'entrée (50) dudit dispositif de réduction de mouvement, en ce qu'un premier disque codé (6) est lié en rotation au moyeu (5), tandis qu'un deuxième disque codé (44) est lié en rotation à l'élément de sortie (4) et en ce que le boîtier (8,1) porte des détecteurs (91 à 98) pour la lecture des disques codés. 2- Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réduction de mouvement comporte un joint de Oldham. 3- Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'entrée (50) consiste en un excentrique, tandis que l'élément de sortie consiste en une entretoise (4) guidée à rotation par le boîtier (8,1). 4- Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un anneau (3) est 2 0 intercalé axialement en une roue (2) et l'entretoise (4) et en ce que la roue (2) coopère à sa périphérie interne avec l'excentrique (50) et présente à sa périphérie externe une denture (21) engrenant avec une denture intérieure (11) formée intérieurement dans le boîtier (8,1). - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la roue (2) présente deux ouvertures (22), de forme oblongue, diamétralement opposées, tandis que l'entretoise (4) comporte deux encoches (43) diamétralement opposées et décalées à 90 par rapport aux ouvertures (22) et en ce que l'anneau (3) présente deux doigts (32) diamétralement opposés pénétrant dans les ouvertures (22) et deux languettes (33) diamétralement opposées pénétrant dans les encoches (43). 6- Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réduction de mouvement comporte un train épicycloidal. 7- Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le codage des disques (6,44) est réalisé à l'aide de motifs (67, 47) présentant chacun un motif de base. 8- Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier disque (6) est en matière translucide doté de motifs opaques et en ce que le boîtier (8,1) porte une source de lumière (90) pour éclairer le premier disque (6). 9- Capteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le boîtier (8, 1) porte des récepteurs de lumière (91,98) répartis le long du premier disque. -Capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier disque (6) présente des saignées de manière à renvoyer la lumière vers les récepteurs (91 à 98). 11- Capteur selon la revendication 10 caractérisé en ce que la profondeur et/ou l'angle de chaque saignée est (sont) calculé(s) de manière à renvoyer la lumière vers les récepteurs (91 à 98). 12- Capteur selon la revendication 11 caractérisé en ce que les saignées sont divisées en groupe de saignées ayant un profil évolutif croissant depuis la source de lumière. 13- Capteur selon la revendication selon la revendication 8 caractérisé en ce que le disque (6) présente un système de guidage de la lumière sur les saignées permettant de réaliser un éclairage dans la tranche du disque. 14- Capteur selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'éclairage se fait depuis la tranche extérieure vers la tranche intérieure du disque.