Brevet FR2830612A1 — publié le 20030411

CAPTEUR DE COURSE, SERVOMOTEUR PNEUMATIQUE INTEGRANT CE CAPTEUR ET INSTALLATION DE FREINAGE COMPORTANT UN TEL SERVOMOTEUR. L'invention est relative à un capteur de course comprenant une enveloppe limitée par deux parois frontales rigides, le volume intérieur de l'enveloppe étant divisé en deux chambres par une cloison mobile suivant l'axe de l'enveloppe. On connaît des capteurs de course faisant intervenir un contact mécanique entre différents éléments. Par exemple, lorsque le conducteur d'un véhicule automobile agit sur la pédale de frein, un contacteur électromécanique généralement désigné par contacteur I1BLS" est actionné directement ou indirectement par le déplacement de la pédale et permet de commander différents systèmes, notamment l'allumage de feux de stop. Un tel contacteur ne fournit en général qu'une information du type"tout ou rien", sans donner de précision sur la position de la pédale de frein ou d'un organe associé à cette pédale. En outre, le contacteur nécessite des opérations de montage particulières et un réglage que les constructeurs d'automobiles souhaitent éviter. De plus, le contacteur comporte des moyens élastiques de rappel que le conducteur doit vaincre pour enfoncer la pédale de frein. Le développement des automatismes, en particulier des fonctions dans un véhicule automobile aussi bien pour améliorer la sécurité et le confort que pour faciliter la conduite, nécessite de recueillir un maximum d'informations, de préférence en temps réel, sur la course de différents composants notamment ceux de l'installation de freinage. L'invention a pour but, surtout, de fournir un capteur de course qui permette de bien connaître la position des éléments d'un système, en particulier de freinage, sans opposer de résistance sensible à une action manuelle, notamment l'action d'un conducteur sur la pédale de frein, et qui soit d'une construction simple et robuste. Il est souhaitable que la mise en place d'un tel capteur de course ne nécessite qu'un minimum d'opérations de montage et de réglage. Selon l'invention, un capteur de course du genre défini précédemment est caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen sensible, sans contact mécanique, à la variation d'une grandeur physique dépendant de la position relative de la cloison mobile et d'au moins l'une des parois frontales de l'enveloppe. Avantageusement, la grandeur physique mise en jeu est la capacité électrique entre la cloison mobile et au moins l'une des parois frontales de l'enveloppe, les surfaces en regard de la cloison mobile et de la paroi frontale correspondantes étant revêtues d'une couche métallique, un moyen de mesure de la variation de la capacité électrique étant en outre prévu. De préférence, deux capacités électriques sont formées respectivement entre chacune des parois frontales de l'enveloppe et la cloison mobile, cette dernière étant revêtue sur chacune de ses faces opposées d'une couche métallique, de même que les parois frontales en regard de la cloison mobile, et un moyen de mesure des variations de la différence des deux capacités est prévu. Ce moyen de mesure peut être formé par un pont en losange (type pont de Wheatstone), les deux capacités étant insérées respectivement dans deux branches de ce pont. Le signal de sortie du moyen de mesure de la différence des deux capacités est envoyé sur un circuit de démodulation permettant d'obtenir l'enveloppe des variations de capacité électrique. Selon une autre possibilité, la grandeur physique mise en jeu est une inductance, la cloison mobile étant munie d'un circuit magnétique, tandis qu'une bobine plate est prévue sur au moins l'une des parois frontales, les déplacements de la cloison mobile relativement à cette paroi frontale entraînant une variation d'inductance de la bobine plate. De préférence, une bobine plate est prévue sur chacune des parois frontales de l'enveloppe pour permettre une mesure différentielle des variations d'inductance. L'invention est également relative à un servomoteur pneumatique d'assistance au freinage, comprenant une enveloppe limitée par deux parois frontales rigides, le volume intérieur de l'enveloppe étant divisé en deux chambres par une cloison mobile suivant l'axe de l'enveloppe, une différence de pression pneumatique pouvant être établie entre les deux chambres pour qu'une force soit exercée sur la cloison mobile, un moyen de liaison étant prévu pour transmettre cette force à un élément du système de freinage, caractérisé par le fait qu'il intègre un capteur de course tel que défini précédemment, et que l'enveloppe et la cloison mobile du servomoteur constituent celles du capteur de course. Le servomoteur peut être traversé par une tige rigide monobloc à laquelle est liée la cloison mobile, et les valeurs détectées de la course de cette cloison servent à commander des valves contrôlant la liaison ou la séparation entre les deux chambres pneumatiques. L'invention est également relative à une installation de freinage équipée d'un tel servomoteur pneumatique. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins ciannexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Fig. l est une coupe schématique d'une installation de freinage avec servomoteur pneumatique d'assistance et capteur de course selon l'invention. Fig. 2 est un schéma d'un moyen de mesure des capacités électriques des chambres du servomoteur. Fig. 3 est un schéma d'un démodulateur du signal fourni par le moyen de mesure de Fig. 2. Fig. 4 est un diagramme illustrant l'amplitude du signal fourni par le démodulateur en fonction du temps porté en abscisse. Fig. 5 est un schéma d'un circuit utilisant le capteur capacitif pour une fonction du type BLS. Fig. 6 est une variante de réalisation du servomoteur avec capteur de course à variation d'inductance. Fig. 7 est une vue de droite par rapport à Fig. 6 d'une bobine plate. Fig. 8 est une coupe suivant la ligne VIII-VIII de Fig. 7. Fig. 9 est un schéma d'un moyen de mesure des variations d'inductance. Fig. 10, enfin, est un schéma d'un servomoteur d'assistance avec tige rigide liée à la cloison. En se reportant à Fig. l, on peut voir le schéma simplifié d'un dispositif de freinage assisté d'un type connu, notamment d'après les brevets FR-B-2 658 466 ou EP-B-0 662 894. Le dispositif de freinage 1 pour véhicule automobile comprend un organe de commande manuelle constitué par une tige 2 dont le déplacement peut être commandé par le conducteur en appuyant sur une pédale de frein 3 reliée par une articulation à une extrémité de la tige 2. Le dispositif de freinage comporte un servomoteur d'assistance pneumatique 4 couplé à la tige 2 par une valve 5 très schématiquement représentée. Le servomoteur 4 comprend une enveloppe 6 rigide délimitée par deux parois frontales rigides 6a, 6b traversées par la tige 2 et dont le plan moyen est sensiblement orthogonal à cette tige 2. L'enveloppe 6 est séparée intérieurement en deux chambres pneumatiques 4a, 4b par une cloison 7 mobile suivant la direction de l'axe de la tige 2. La cloison 7 comprend une jupe rigide 7a reliée, suivant son contour extérieur, à la paroi intérieure annulaire de l'enveloppe 6 par une membrane déformable 7b permettant les déplacements de la jupe rigide 7a. La chambre 4a est reliée en permanence par une tubulure 8 à une source de dépression (non représentée). La valve 5, en position de repos illustrée sur Fig. l, établit une communication entre les chambres 4a et 4b, et isole l'atmosphère de la chambre 4b. Dans une autre position, résultant d'un enfoncement de la pédale 3 par le conducteur, la valve 5 coupe la communication entre les chambres 4a et 4b, et met à l'atmosphère la chambre 4b qui se trouve ainsi à une pression supérieure à celle régnant dans la chambre 4a. La cloison rigide 7a se déplace alors vers la paroi 6a et transmet un effort amplifié à la tige 2 par une liaison formée par un moyen de butée unilatérale B. La tige 2, à son extrémité éloignée de la pédale 3, transmet l'effort à un piston 9, généralement le piston primaire d'un maître-cylindre tandem 10 qui alimente en liquide de frein sous pression les freins tels que 11 des différentes roues du véhicule. Selon l'invention un capteur de course E, sans contact mécanique, de la cloison mobile 7 relativement à au moins l'une des parois frontales 6a, 6b de l'enveloppe est intégré dans le servomoteur 4. Le capteur de course E fait intervenir une grandeur physique dépendant de la position relative de la cloison mobile 7. Suivant la réalisation de Fig. 1, le capteur de course E est de type capacitif. Selon une première possibilité, l'une des faces de la jupe rigide 7a, par exemple la face tournée vers la paroi 6a, est revêtue d'une couche fine métallique 12a, avantageusement formée par un dépôt par métallisation. La couche 12a est électriquement isolée du reste de l'enveloppe et est reliée par un conducteur électrique 13 à une borne d'un moyen de mesure M. La face intérieure de la paroi 6a, en regard de la couche 12a, est également revêtue d'une couche fine métallique 14, résultant notamment d'un dépôt par métallisation. La couche métallique 14 est isolée électriquement du reste de l'enveloppe, en particulier de l'autre couche 12a. Elle est reliée par un conducteur électrique 15 à une borne du moyen de mesure M. La majeure partie de la paroi 6a et de la couche 14 est parallèle à la jupe rigide 7a, elle-même orthogonale à la tige 2. Les couches métalliques 12a et 14 constituent les plaques d'un condensateur plan avec l'air comme diélectrique entre les plaques. La capacité Cl de ce condensateur est proportionnelle à la surface des couches 14,12a, et inversement proportionnelle à la distance x entre ces couches : Cl = kS/x. La valeur relativement grande de la surface des couches 14,12a, est favorable à une mesure capacitive. Si on désigne par Ax une variation de la grandeur x, et par AC1 la variation correspondante de la capacité Cl, on a la relation suivante : C1/C1 = -Axlx. En mesurant les variations de la capacité Cl, on pourra en déduire les variations de la distance x. La précision de la mesure des variations de Cl est conservée pour l'appréciation des variations de x. Pour améliorer la précision des mesures, on agence le capteur de course sous forme d'un capteur différentiel capacitif en réalisant un deuxième condensateur entre la face de la jupe rigide 7 tournée vers la paroi 6b et cette paroi. Pour cela, une couche métallique fine 12b est déposée, de préférence par métallisation, contre la face de la jupe rigide 7a tournée vers la paroi 6b. La couche métallique 12b est isolée électriquement du reste de l'enveloppe et est reliée par un conducteur électrique 16 à une borne du moyen de mesure M. La surface intérieure de la paroi 6b est recouverte d'une couche métallique 17 isolée électrique du reste de l'enveloppe et reliée par un conducteur électrique 18 à une autre borne du moyen de mesure M. En établissant le rapport R de la différence entre les capacités Cl et C2 à leur somme, c'est-à-dire R = (C1-C2)/ (C1+C2), on améliore la précision de la mesure. L'ensemble est prévu pour qu'à l'équilibre les deux capacités Cl et C2 soient égales lorsque la cloison mobile 7 est équidistante des parois 6a, 6b, d'une distance d. Si la cloison mobile 7 se déplace de Ax relativement à cette position d'équilibre, R = (C1-C2)/ (C1+C2) = Ax/d. Le moyen de mesure M peut être réalisé sous forme d'un pont capacitif 20,22, 21,23 comme illustré sur Fig. 2, qui comprend une source de tension alternative 19 dont les bornes sont reliées à deux sommets 20,21 d'une diagonale du pont en losange. Si une seule capacité variable Cl est formée dans l'enveloppe 6, cette capacité CI est disposée dans une branche du pont, par exemple la branche 21-22. Dans les autres branches 20-23, 23-21 et 20-22 sont alors disposées des capacités de valeurs connues. Le signal de tension vO recueilli entre les deux points 22,23 opposés diagonalement dépend de la valeur de Cl. Dans la solution préférée d'un capteur capacitif différentiel, l'autre capacité variable C2 formée dans l'enveloppe 6 est disposée dans la branche 20-22, tandis que dans les autres branches 20-23 et 23-21 sont disposées des capacités C de valeur connues, identiques. En désignant par vi la tension fournie par la source 19, dans le cas du capteur capacitif différentiel avec les capacités Cl et C2 variables, on peut déterminer par le calcul le signal de tension vO recueilli entre les points 22 et 23 : vO = vi [ilid2d] d est la distance à l'équilibre, lorsque les capacités C1, C2 sont égales, entre la cloison 7 et les parois 6a, 6b. vi est une fonction du temps et Ax varie également en fonction du temps, de sorte que vO correspond à un signal alternatif d'amplitude variable en fonction du temps. On associe au moyen de mesure M un circuit démodulateur D (Fig. 3) pour recueillir, en sortie de ce circuit, l'enveloppe des alternances d'un signe déterminé du signal vO. L'exemple de circuit démodulateur D donné sur Fig. 3 comporte une diode 24 dont l'anode est reliée à une borne d'entrée du circuit D. La cathode de la diode 24 est reliée à la masse par une résistance 25. Un condensateur 26 est en outre branché en parallèle avec la résistance 25, entre la cathode de la diode 24 et la masse. L'autre borne d'entrée du circuit D est reliée à la masse. Les bornes de sortie du circuit D sont reliées aux bornes du condensateur 26. Fig. 4 illustre, par la courbe 27, le signal enveloppe obtenu aux bornes de sortie du circuit D. La distance x est portée en ordonnées et le temps en abscisse. Les alternances négatives représentées en tirets sur Fig. 4 sont éliminées par la diode 24. Les alternances positives représentées en trait plein sur Fig. 4 sont lissées par le condensateur 26 suivant la courbe enveloppe 27. Bien entendu, d'autres exemples de circuit démodulateur D sont possibles. Fig. 5 est un schéma électrique d'une utilisation possible du capteur capacitif comme détecteur"tout ou rien"lors d'une action du conducteur sur la pédale 3 (détecteur BLS), notamment pour commander l'allumage des feux de stop. Le signal de sortie du circuit démodulateur D de Fig. 3, est délivré sur une ligne 28 reliée à une entrée d'un comparateur à seuil 29 (par exemple bascule de Schmitt). Une tension de référence réglable est appliquée sur une autre entrée 30 du comparateur 29. La ligne de sortie 31 du comparateur 29 est à l'état logique "0" ou "1" selon le niveau du signal fourni sur la ligne 28. Ce niveau dépend de la position axiale de la paroi mobile 7 et donc de la tige 2. En se reportant aux Figs. 6 à 8, on peut voir une variante de réalisation selon laquelle la grandeur physique exploitée par le capteur de course E est une variation d'inductance, au lieu d'une capacité. Au moins l'une des parois 6a, 6b, et de préférence les deux parois pour un capteur de course différentiel, sont munies sur leurs faces intérieures d'une bobine plate 32a, 32b, chaque bobine étant isolée électriquement. Comme visible d'après Fig. 7 et Fig. 8, la bobine 32a, de même que la bobine 32b, est formée par un enroulement à plat selon une spirale d'un conducteur 33 sur un substrat 34 par exemple du papier autocollant. Les extrémités de la bobine à savoir le centre 35 de la spirale et l'extrémité extérieure 36 de l'enroulement sont reliées à des moyens de mesure Ml. Sur Fig. 6, la liaison de la bobine 32a avec deux bornes de Ml est assurée par des conducteurs 37,38, tandis que la liaison de la bobine 32b avec deux autres bornes de Ml est assurée par les conducteurs 39,40. La jupe rigide 7a de la cloison mobile 7 est munie sur une face d'un disque magnétique 41, par exemple formé de poudre magnétique. Généralement, la paroi 7a est en une matière transparente au champ magnétique, de sorte qu'il suffit de prévoir un disque ou un revêtement magnétique 41 sur une 1 seule face de la paroi 7a. Si nécessaire, on peut prévoir un disque magnétique sur chacune des faces de la paroi 7a en regard de la bobine 32a, 32b correspondante. L'inductance de chaque bobine 32a, 32b va dépendre de sa distance au disque magnétique 41 et donc de la position axiale de la paroi mobile 7a. En mesurant les variations de cette inductance, on peut connaître la position de la paroi 7a. Le capteur de course selon Fig. 6 est un exemple de capteur de course à réluctance variable. Fig. 9 est un schéma du moyen de mesure Ml. Les bobines 32a, 32b sont disposées respectivement dans les branches 42-43 et 42-44 d'un pont dont le quatrième sommet 45 est constitué par le curseur d'un rhéostat 46, pour réglage de zéro. Trois inductances de référence 47,48, 49 sont reliées en série entre les points 43,44. Les bornes d'extrémité du rhéostat 46 sont reliées aux bornes de l'inductance centrale 48. Le point 42 et le curseur 45 sont reliés respectivement à une entrée d'un amplificateur 50 à gain réglable. Un oscillateur 51 est couplé aux inductances 47,48 et 49. Un bobinage 52 prélève une référence de phase envoyée aux extrémités d'une diagonale d'un démodulateur 53. Les extrémités de l'autre diagonale du démodulateur 53 sont reliées aux bornes d'une bobine secondaire 54 d'un transformateur de liaison ; la bobine primaire 55 du transformateur a une borne d'entrée reliée à la sortie de l'amplificateur 50 et une autre borne reliée à la masse. Le point milieu de la bobine secondaire 54 est relié à une entrée d'un filtre 56. Une autre borne d'entrée de ce filtre est reliée à une borne commune au démodulateur 53 et à la bobine 52. Le filtre 56 fournit sur ses bornes de sortie un signal représentatif de la position axiale de la cloison mobile 7. Le schéma de Fig. 9 correspond au cas d'un capteur différentiel. Dans le cas où une seule bobine, par exemple 32a, serait prévue, une bobine de référence serait utilisée à la place de la bobine 32b montrée sur Fig. 9. Fig. 10 est un schéma d'une installation de freinage avec servomoteur d'assistance pneumatique dans laquelle la tige de commande 102 est formée par une tige rigide d'une seule pièce, qui traverse de manière étanche les parois d'extrémité de l'enveloppe 104. Autrement dit, l'effort de la tige 102 est transmis directement au piston du maître-cylindre, sans interposition d'un disque de réaction en matière élastomère généralement prévu entre la tige de commande et le piston du maître-cylindre. D'une manière générale les éléments identiques ou similaires à des éléments décrits précédemment sont désignés par une référence numérique égale à la somme du nombre 100 et de la référence précédente, sans que leur description soit reprise. La tige 102 est fixée, à l'intérieur de l'enveloppe 104, à la cloison mobile 107 du servomoteur. Une valve 55 à commande électrique est insérée dans la cloison 107. La valve 55 est normalement ouverte pour faire communiquer les chambres 104a, 104b situées de part et d'autre de la cloison 107. La chambre 104a est reliée à une source de dépression par l'ajutage 108. Une autre valve 56 à commande électrique est insérée dans la paroi 106b. Cette valve 56 est normalement fermée. Lorsque l'ouverture de la valve 56 est commandée, l'air atmosphérique pénètre dans la chambre 104b. Les valves électriques 55 et 56 sont reliées par des conducteurs électriques 55a, 56a à un calculateur 57 qui assure la commande des valves 55 et 56 selon les informations reçues. Comme dans l'exemple de Fig. 1, les parois 106a, 106b et la cloison mobile 7 sont revêtues d'une couche métallique respectivement 114,117 et 112a, 112b pour créer des capacités électriques reliées à un moyen de mesure (non représenté) qui envoie un signal de sortie au calculateur 57. Un capteur 58 de différence de pression est branché entre les chambres 104a, 104b et est relié à une entrée du calculateur 57. Le capteur 58 fournit un signal électrique image de la différence de pression entre les chambres 104a et 104b. Le capteur capacitif formé par les parois métallisées de l'enveloppe 104 et la cloison mobile métallisée 107 permet de connaître en temps réel la position de la cloison mobile 107 et donc de la tige 102. Le calculateur 57 peut gérer l'ouverture des valves 55 et 56 pour que la cloison mobile 107 exerce sur la tige 102 l'effort d'assistance souhaité. Il est à noter que les variations de pression pneumatique dans les chambres de l'enveloppe n'ont pas d'influence sensible sur les grandeurs électriques, capacité ou inductance, mesurées pour déterminer la position de la cloison mobile. Le capteur de course intégré dans l'enveloppe du servomoteur d'assistance présente un minimum d'encombrement. La masse de ce capteur est réduite. Ce capteur permet de connaître à tout moment la position de la cloison mobile de l'enveloppe et de la tige de commande, notamment au cours d'un freinage ; à partir de cette position on pourrait estimer la pression hydraulique dans le circuit de freinage. L'utilisation du capteur de course de l'invention n'est pas limitée au cas d'un servomoteur pneumatique d'assistance de freinage. REVENDICATIONS 1. Capteur de course comprenant une enveloppe (6) limitée par deux parois frontales rigides (6a, 6b), le volume intérieur de l'enveloppe étant divisé en deux chambres (4a, 4b) par une cloison (7) mobile suivant l'axe de l'enveloppe, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen (C1, C2 ; 32a, 32b) sensible, sans contact mécanique, à la variation d'une grandeur physique dépendant de la position relative de la cloison mobile (7) et d'au moins l'une des parois frontales (6a, 6b) de l'enveloppe. 2. Capteur de course selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la grandeur physique mise en jeu est la capacité électrique entre la cloison mobile (7) et au moins l'une des parois frontales (6a, 6b) de l'enveloppe, les surfaces en regard de la cloison mobile et de la paroi frontale correspondantes étant revêtues d'une couche métallique (12a, 12b ; 14,17), un moyen de mesure (M) de la variation de la capacité électrique étant en outre prévu. 3. Capteur de course selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que deux capacités électriques (Cl, C2) sont formées respectivement entre chacune des parois frontales (6a, 6b) de l'enveloppe et la cloison mobile (7), cette dernière étant revêtue sur chacune de ses faces opposées d'une couche métallique (12a, 12b), de même que les parois frontales (14,17) en regard de la cloison mobile, et un moyen de mesure (M) des variations de la différence des deux capacités est prévu. 4. Capteur de course selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le moyen de mesure (M) des variations de la différence des capacités comprend un pont en losange (20,21, 22,23), les deux capacités (Cl, C2) étant insérées respectivement dans deux branches (21-22 ; 20-22) de ce pont. 5. Capteur de course selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le signal de sortie (vO) du moyen de mesure de la différence des deux capacités est envoyé sur un circuit de démodulation (D) permettant d'obtenir l'enveloppe (27) des variations de la différence des capacités. 6. Capteur de course selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la grandeur physique mise en jeu est une inductance, la cloison mobile (7) étant munie d'un circuit magnétique (41), tandis qu'une bobine plate (32a, 32b) est prévue sur au moins l'une des parois frontales (6a, 6b), les déplacements de la cloison mobile relativement à cette paroi frontale entraînant une variation d'inductance de la bobine plate (32a, 32b). 7. Capteur de course selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'une bobine plate (32a, 32b) est prévue sur chacune des parois frontales (6a, 6b) de l'enveloppe pour permettre une mesure différentielle des variations d'inductance. 8. Servomoteur pneumatique d'assistance au freinage, comprenant une enveloppe (6,106) limitée par deux parois frontales rigides (6a, 6b ; 106a, 106b), le volume intérieur de l'enveloppe étant divisé en deux chambres (4a, 4b ; 104a, 104b) par une cloison (7,107) mobile suivant l'axe de l'enveloppe, une différence de pression pneumatique pouvant être établie entre les deux chambres pour qu'une force soit exercée sur la cloison mobile, un moyen de liaison (B) étant prévu pour transmettre cette force à un élément (9) du système de freinage, caractérisé par le fait qu'il intègre un capteur de course (E) selon l'une des revendications précédentes, et que l'enveloppe (6,106) et la cloison mobile (7,107). du servomoteur constituent celles du capteur de course. 9. Servomoteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il est traversé par une tige rigide monobloc (102) à laquelle est liée la cloison mobile (107), et que les valeurs détectées de la course de cette cloison servent à commander des valves (55,56) contrôlant la liaison ou la création d'une différence de pression entre les deux chambres pneumatiques (104a, 104b). 10. Installation de freinage pour véhicule automobile caractérisée par le fait qu'elle équipée d'un servomoteur pneumatique selon la revendication 8 ou 9.