Brevet FR2840865A1 — publié le 20031219

composant d'ouverture (18) par l'intermediaire d'une diode (15). L'invention concerne un dispositif de restitution, ou >, d'effort À pour vehicule automobile, apte a exercer un effort de reaction sur un organe de commande, notamment sur une pedale de frein, en reponse a un effort d'action exerce sur ledit organe de commande par un utilisateur, comportant - un bo^tier, - un ecrou monte a rotation sur ledit bo^'tier dans une position axiale fixe, - une premiere tige traversant coaxialement ledit ecrou et mecaniquement couplee diune part audit organe de commande et d'autre part audit ecrou de maniere a pouvoir etre entranee en translation axiale par un deplacement audit organe de commande ou une rotation audit ecrou, respectivement, - un moteur et des moyens de couplage audit ecrou et d'un arbre audit moteur. L'invention concerne egalement un dispositif de commande par fil d'un actionneur d'un vehicule automobile en reponse a un effort d'action exerce sur un organe de commande par un utilisateur. Comme represente sur la figure 1, un dispositif de commande "par fil" 1 (ou "X-by-wire", ou dans le cas des applications automobiles "drive-bywire") est destine a la commande d'un organe mecanique 3, par exemple d'un frein, d'un embrayage, d'une direction ou d'une bo^te de vitesses. Le dispositif de commande par fil 1 comporte classiquement un organe de commande 5, par exemple une pedale de frein, un restituteur 7, un calculateur 9 et un actionneur 11. Le calculateur 9 commande le restituteur 7 et l'actionneur 11 par I'intermediaire de liaisons filaires 12 et 13, respectivement. L'actionneur 11 est destine a cooperer avec l'organe mecanique 3 par exemple pour freiner une roue 15. Le dispositif de commande 1 fonctionne de la maniere suivante: Quand un utilisateur U d'un vehicule V dans lequel est installe le dispositif de commande 1 appuie sur la pedale 5, la pedale 5 se deplace. Sa position est mesuree par un capteur, par exemple integre dans le restituteur 7, et transmise au calculateur 9. Le calcu lateur 9 an alyse cette position et en dedu it, sel on u ne l oi de commande dument programmee, un deplacement de consigne pour l'actionneur 11. II transmet alors a l'actionneur 11, par l'intermediaire de la liaison filaire 13, un signal de commande adapte pour obtenir ce deplacement de consigne. L'actionneur 11 obeit a ce signal de commande et exerce ainsi une pression de ralentissement de la rotation de la roue 15 correspondent au freinage souhaite par l'utilisateur U. Pour qu'un dispositif de commande par fil soit facilement accepte par l'utilisateur U. il est souhaitable que cet utilisateur ressente, lorsqu'il appuie sur la pedale 5, une reaction similaire a celle qu'il ressentirait si la pedale 5 etait couplee mecaniquement ou hydrauliquement, selon une technique conventionnelle, a l'actionneur 1 1. Pour appliquer un effort de reaction sur la pedale 5 lors de son enforcement, le restituteur 7 peut comporter un ressort s'opposant a l'enfoncement de la pedale 5 et apte a fournir un effort de reaction sensiblement proportionnel a I'amplitude de cet enforcement. La loi determinant ['effort de reaction en reponse a ['effort d'action exerce par l'utilisateur sur l'organe de commande 5 est appelee >. La loi de restitution d'un restituteur a ressort est figee et ne peut etre modifiee qu'en changeant le ressort. Le brevet U.S. 6 105 737 decrit un restituteur dont la loi de restitution presente l'avantage d'etre programmable. Ce restituteur comporte - un bo^'tier, - un moteur electrique solidaire du bo^tier entranant en rotation un rotor creux, - une tige traversant coaxialement le rotor et positivement couplee d'une part a l'organe de commande et d'autre part au rotor par l'intermediaire de planetaires disposes entre le rotor et la tige. Des filets complementaires de faible pas vent usines sur la tige et sur les planetaires. Les planetaires vent bloques axialement par rapport au rotor au moyen de gorges circulaires menagees dans les planetaires et dans lesquelles vent engagees des dents de forme complementaire disposees sur la paroi interieure du rotor. L'ensemble planetaires-rotor joue le role d'un ecrou cooperant avec la tige tout en permettant une demultiplication du couple du moteur. La rotation du rotor, commandee en fonction de la loi de restitution programmee, permet, par l'intermediaire de la tige et des planetaires, d'exercer un effort de reaction axial sur l'organe de commande. Le restituteur decrit dans U.S. 6 105 737 est cependant techniquement complexe et couteux a fabriquer. II existe done un besoin pour un restituteur apte a appliquer un effort de reaction selon une loi de restitution programmable qui soit simple et peu couteux a fabriquer. Le but de la presente invention est de repondre a ce besoin. Selon ['invention, on atteint ce but au moyen d'un dispositif de restitution d'effort pour vehicule automobile, apte a exercer un effort de reaction sur un organe de commande, notamment sur une pedale de frein, en reponse a un effort d'action exerce sur ledit organe de commande par un utilisateur, comportant - un botier, - un ecrou monte a rotation sur ledit bo^'tier dans une position axiale fixe, - une premiere tige traversant coaxialement ledit ecrou et mecaniquement couplee d'une part audit organe de commande et d'autre part audit ecrou de maniere a pouvoir btre entranee en translation axiale par un deplacement audit organe de commande ou une rotation audit ecrou, respectivement, - un moteur et des moyens de couplage audit ecrou et d'un arbre audit moteur. Ce dispositif est remarquable en ce que lesdits moyens de couplage comprennent une premiere poulie solidaire et coaxiale audit arbre, une deuxieme poulie coaxiale et solidaire audit ecrou, et une courroie d'accouplement mecanique desdites premiere et deuxieme poulies. Comme on le verra plus en detail dans la suite de la description, le dispositif de restitution comportant ces moyens de couplage est particulierement simple et bon marche a fabriquer. Selon d'autres caracteristiques avantageuses du dispositif selon la presente invention, - le diametre exterieur de ladite premiere poulie est superieur au diametre exterieur de ladite deuxieme poulie; - ladite premiere tige comporte un filet cooperant avec un filet complementaire dispose sur ledit ecrou; - ledit filet audit ecrou est remplace par au moins une gorge circulaire peripherique et des billes disposees dans ladite gorge, le filet de ladite premiere tige, ladite gorge et lesdites billes etant conformes de maniere que lesdites billes puissent rouler entre ledit filet et ladite gorge; - le dispositif comporte un carter de protection de ladite premiere tige et audit ecrou, ledit carter etant monte solidaire de ladite deuxieme poulie; - ledit dispositif comporte un chariot fixe a une premiere extremite de ladite premiere tige et monte coulissant, selon un axe de ladite premiere tige, sur un rail fixe audit bo^tier; - ledit chariot est monte roulant sur ledit rail; - ledit dispositif comporte une deuxieme tige coaxiale a ladite premiere tige, montee en translation axiale sur ledit bo^'tier, et dont des premiere et deuxieme extremites vent respectivement en appui sur une tige de poussee positivement couplee audit organe de commande et sur une premiere extremite de ladite premiere tige ou, le cas echeant, ledit chariot ou un capteur de force dispose entre ledit chariot et ladite deuxieme extremite de ladite deuxieme tige; - la liaison de ladite tige de poussee et de ladite deuxieme tige est de type rotule; - ledit dispositif comporte des moyens de mesure ou d'evaluation d'une force representative audit effort d'action eVou d'une position axiale de ladite premiere tige eVou des evolutions temporelles de ladite force et de ladite position axiale de ladite premiere tige; - ledit dispositif comporte un codeur numerique mesurant une position angulaire audit arbre representative de ladite position axiale de ladite premiere tige. L'invention concerne egalement un dispositif de commande par fil d'un actionneur d'un vehicule automobile en reponse a un effort d'action exerce sur un organe de commande par un utilisateur, comportant - un dispositif de restitution d'effort selon ['invention et - un calculateur dument programme apte a commander au moins ledit actionneur selon une loi de commande et ledit dispositif de restitution d'effort selon une loi de restitution, lesdites lois de commande et de restitution etant au moins fonction d'une position audit organe de commande et audit effort d'action. L'invention concerne enfin un vehicule automobile pourvu d'un dispositif de commande par fil selon ['invention. D'autres caracteristiques et avantages de la presente invention appara^tront a la lecture de la description qui va suivre et a l'examen du dessin annexe dans lequel - la figure 1 precedemment decrite, est une representation schematique d'un dispositif de commande par firs, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un restituteur selon le mode de realisation prefere de ['invention. On se reporte a present a la figure 2. Le restituteur 7 selon ['invention comporte un bo^tier 18 solidaire d'un chassis 20 du vehicule V. Des premiere et deuxieme parois laterales 32 et 34 respectivement du botier18 vent percees de premier et deuxieme orifices sensiblement circulaires 36 et 38, respectivement, alignees selon un axe A. Les premier et deuxieme orifices 36 et 38 vent traverses par des premiere et deuxieme tiges 42 et 44, respectivement, sensiblement alignees selon l' axe A. La premiere tige 42, encore appelee > comporte un filet 70 cooperant avec un filet interieur 71 d'un ecrou 72. L'ecrou 72 est monte a rotation selon l'axe A par rapport au bo^tier 18, par l'intermediaire d'un roulement a billes 74. Les bagues exterieure et interieure du roulement 74 vent fixees sur la paroi peripherique du premier orifice 36 et sur la paroi exterieure de l'ecrou 72, de maniere a entraver toute translation axiale, par rapport au botier 18, de l'ecrou 72. Une premiere extremite 82 de la tige filetee 42 prend appui sur un chariot 84 monte coulissant selon l'axe A sur un rail 86 fixe a l'interieur du bo^tier 18. De preference, la deuxieme tige 44 est montee coulissante axialement par rapport au bo^'tier 18 par l'intermediaire d'une bague 88. La bague 88 est fixee a une platine de fixation 90. De preference, des goujons 92 solidaires du bo^,tier 18 traversent la platine de fixation 90 et le chassis 20 et des boulons 94 visses sur les goujons 92 rendent rigidement solidaires le botier 18, la platine de fixation 90 et le chassis 20. Une premiere extremite 96 de la deuxieme tige 44 est conformee pour servir de surface d'appoi a une extremite hemicylindrique 98 d'une tige de poussee cooperant avec la pedale 5. L'extremite 96 de la deuxieme tige 44 et l'extremite hemicylindrique 98 cooperent pour definir une liaison de type > permettant une modification de ['orientation de la tige de poussee 1001ors de l'enfoncement de la pedale 5. Une deuxieme extremite 102 de la deuxieme tige 44, disposee a l'interieur du bo^tier 18, est conformee pour maintenir et proteger un capteur d'effort 104. Une extremite 106 du chariot 84 prend appui sur le capteur 104 de maniere que le capteur 104 soit pris en sandwich entre l'extremite 106 du chariot et l'extremite 102 de la deuxieme tige 44. Les mesures du capteur 104 vent transmises au calculateur 9 par exemple par des fils electriques 105 representes en traits pointilles. Le restituteur 7 comporte encore un moteur 110, par exemple electrique, solidaire du botier 18 et apte a entraner en rotation, selon un axe B. sensiblement parallele a l'axe A, un arbre 112. Un codeur numerique 114 est prevu pour mesurer la position angulaire de l'arbre 112 et transmettre cette information au calculateur 9 par l'intermediaire de fils electriques 116. L'ensemble des fils 105 et 116 forme la liaison filaire 12. Des premiere et deuxieme poulies 118 et 120 vent respectivement montees selon l'axe B et selon l'axe A, respectivement, sur l'arbre 112 et sur ltecrou 72, respectivement. Les poulies 118 et 120 vent mecaniquement couplees au moyen d'une courrole 122. Le rapport des diametres exterieurs des poulies 118 et 120 est de preference inferieur a 1 de maniere a demultiplier le couple moteur. Par >, on entend le diametre du cylindre sur lequel prend appui la courroie 122. De preference, un carter de protection 124 est fixe sur la deuxieme poulie de maniere a isoler de l'environnement exterieur la premiere tige 42 et l'ecrou 72. Le fonctionnement du restituteur selon ['invention est le suivant. Dans une position relachee de la pedale 5, le chariot 84 est a proximite du deuxieme orifice 38 et le capteur 104 ne subit sensiblement aucune force de compression. Une pression par l'utilisateur U sur la pedale 5 se repercute par une poussee de l'extremite hemicylindrique 98 sur la premiere extremite 96 de la deuxieme tige 44. Sous cette poussee, la deuxieme tige 44 penetre plus avant a l'interieur du bo^'tier 18 et repousse le chariot 84 vers le premier orifice 36. Le deplacement resultant de la premiere tige 42 met en rotation l'ecrou 72 et la deuxieme poulie 120. La rotation de la poulie 120 est transmise par l'intermediaire de la courroie 122 a la poulie 118 et a l'arbre 112. La modification de la position angulaire de l'arbre 112, mesuree par le codeur 114 est detectee par le calculateur 9. Le calculateur 9 analyse la position angulaire de l'arbre 112 et ['evolution temporelle de cette position ainsi que la valeur de la force de compression mesuree par le capteur 104. En fonction de ces donnees et d'une loi de restitution programmee, il deduit la valeur d'un couple de consigne a appliquer sur l'arbre 112 par le moteur 110 de maniere a produire un effort de reaction adapte sur la pedale 5. Le calculateur 9 commande le moteur 110 en consequence. Le couple genere par le moteur 110 est transmis a la poulie 120 et en consequence a l'ecrou 72, apres avoir ete amplifie d'un rapport sensiblement egal au rapport des diametres exterieurs des poulies 120 et 118. La rotation de l'ecrou 72 resulte de ['addition des couples exerces sur la poulie 120 par le moteur 110 et sur le filet interieur de la poulie 72 par le filet 70 de la premiere tige 42. Un couple resistant applique sur la poulie 120 permet ainsi de s'opposer a la translation de la premiere tige 42, du chariot 84, de la deuxieme tige 44 et finalement au deplacement de la tige de poussee 100 et a l'enfoncement de la pedale 5. L'utilisateur U ressent ainsi une resistance a l'enfoncement de la pedale 5. Le calculateur 9 analyse en permanence la position angulaire de l'arbre 112 mesuree par le codeur 114, son evolution temporelle, la force de compressicn Fmes mesuree par le capteur 104 et son evolution temporelle. En consequence, en fonction de la loi de restitution, il adapte en permanence le couple de consigne a produire par le moteur 110. Comme decrit en introduction de la presente description (figure 1), le calculateur 9 commande egalement, en consequence et en fonction de la loi de commande, l'actionneur 11. En particul ier, quand l' utilisateur U rel ache la pressio n sur la pedale 5, le calculateur 9 detecte une diminution brutale de la force mesuree par le capteur 104 et demande au moteur 110 de generer un couple de maniere a ramener en position initiale le chariot 84, la deuxieme tige 44, la tige de poussee 100 et finalement la pedale 5. L'accouplement mecanique par courrole des poulies 118 et 120 est techniquement simple a realiser, extremement gable, et d'une maintenance aisee. L'utilisation d'une courroie permet une transmission entre le moteur 110 et la pedale 5 avec des frottements apparents tres faibles. Le ressenti par l'utilisateur U en est ameliore. Les faibles frottements apparents permettent egalement une reversibilite de la transmission. En cas de panne du moteur, l'utilisateur U peut done toujours deplacer la pedale 5 et freiner le vehicule. Avantageusement, il permet une demultiplication du couple produit par le moteur 110 et une reduction en consequence de sa puissance. Avantageusement, la demultiplication peut etre modifiee par un simple remplacement d'une des poulies par une poulie d'un diametre exterieur different, et par un remplacement de la courroie 122 en consequence. L'utilisation d'un reducteur (118, 122, 120) entre le moteur 110 et la pedale permet avantageusement d'optimiser le compromis encombrement/effort maximum restitue. On peut done obtenir des ressentis tres raides tout en conservant un restituteu r peu en com brant et done facile a im planter dans le vehicule. Avantageusement, le coulissement du chariot 84 sur le rail 86 guide ia translation axiale de la premiere tige 42 par rapport au bo^'tier 18. Les efforts radiaux exerces sur le roulement 74 en vent avantageusement reduits, ce qui permet d'utiliser un roulement 74 de faible dimension et de lui conferer une longevite superieure. En cas de panne du moteur, I'utilisateur U ne ressent aucun effort de reaction, mais le codeur 114 et le capteur d'effort 104 mesurent normalement la position angulaire de l'arbre 112 et son evolution temporelle, et la force de compression Fmes et son evolution temporelle, respectivement. Le calculateur 9 detecte alors une incoherence entre ['effort de reaction qui devrait etre produit sur la pedale 5 et la force mesuree Fmes. II en deduit liexistence d'une panne du moteur et agit en consequence, par exemple en ne calculant la pression de freinage qu'en fonction du deplacement de la pedale 5 ou de la position angulaire de l'arbre 112. Bien que peu probable compte tenu de la presence du carter de protection 124, il est imaginable que la translation de la premiere tige 42 et du chariot 84 soit entravee, par exemple par la presence d'un corps etranger qui se logerait entre les filetages de l'ecrou 72 et de la tige 42 ou entre le chariot 84 et le rail de guidage 86. Dans cette situation, I'enfoncement de la pedale 5 serait bloque. Le calculateur 9 detecterait alors une position angulaire de l'arbre 112 constante et une force mesuree Fmes par le capteur 104 variable. La loi de commande du freinage est avantageusement determinee de maniere, dans cette situation, a commander l'actionneur 11 en fonction de la seule force mesuree Fmes par le capteur 104. Les filetages de la premiere tige 42 et de l'ecrou 72 vent determines de maniere que, quand la rotation de l'ecrou 72 n'est pas entravee, la translation laterale de la premiere tige 42 ne soit sensiblement pas freinee par la presence de I'ecrou 72. De preference, le filet de l'ecrou 72 est remplace par au moins une gorge circulaire peripherique et des billes disposees dans la gorge, le filet de la premiere tige, la gorge et les billes etant conformees de maniere que les billes puissent rouler entre le filet de la premiere tige 42 et la gorge, ce mecanisme etant encore appele >. De preference, pour minimiser les frottements du chariot 84 sur le rail 86, le chariot 84 est un patin a billes. Bien entendu, la presente invention n'est pas limitee au mode de realisation decrit et represente, fourni a titre d'exemple illustratif et non limitatif. En particulier, les moyens de guidage en translation axiale des premiere et deuxieme tiges ne vent pas limites a la bague 90 ou a ['ensemble constitue par le rail 86, le chariot 84 et le roulement a billes 74. En outre, les moyens de mes ure ou d' evaluation de la force Fmes representative de ['effort d'action pourraient etre differents du capteur 104 et etre aisement positionnes differemment sur ['ensemble constitue des premiere et deuxieme tiges et du chariot 84. Les moyens de mesure ou d'evaluation de la position axiale de la premiere tige 42 pourraient egalement etre differents du codeur numerique 114. lo Deputes moyens de guage en rotator de l'dorou 72 que roument ages 74 pouFient argument ma en ocuvm. EnOn, la bague 90 poured endue soUdsim du bear 18 par Sautes moyens que la Maine de fxadon go. 1 1 REVENDICATIONS 1. Dispositif de restitution d'effort pour vehicule automobile (V), apte a exercer un effort de reaction sur un organe de commande (5), notamment sur une pedale de frein, en reponse a un effort d'action exerce sur ledit organe de commande (5) par un utilisateur (U), comportant - un botier (18) , - un ecrou (72) monte a rotation sur ledit bo^'tier (18) dans une position axiale fixe, - une premiere tige (42) traversant coaxialement ledit ecrou (72) et mecaniquement couplee d'une part audit organe de commande (5) par une premiere extremite (82) et d'autre part audit ecrou (72) de maniere a pouvoir etre entranee en translation axiale par un deplacement audit organe de commande (5) ou une rotation audit ecrou (72), respectivement, - un moteur (110) et des moyens de couplage (118,120,122) audit ecrou (72) et diun arbre (112) audit moteur (110), caracterise en ce que lesdits moyens de couplage comprennent une premiere poulie (118) solidaire et coaxiale audit arbre (112), une deuxieme poulie (120) coaxiale et solidaire audit ecrou (72), et une courroie (122) d'accouplement mecanique desdites premiere (118) et deuxieme (120) poulies. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracterise en ce que le diametre exterieur de ladite premiere poulie (118) est superieur au diametre exterieur de ladite deuxieme poulie (120). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caracterise en ce que ladite premiere tige (42) comporte un filet (70) cooperant avec un filet (71) complementaire dispose sur ledit ecrou (72). 4. Dispositif selon la revendication 3, caracterise en ce que ledit filet (71) audit ecrou (72) est remplace par au moins une gorge circulaire peripherique et des billes disposees dans ladite gorge, le filet (70) de ladite premiere tige (42), ladite gorge et lesdites billes etant conformes de maniere que lesdites billes poissent rouler entre ledit filet (70) et ladite gorge. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte un carter (124) de protection de ladite premiere tige (42) et audit ecrou (72), ledit carter (124) etant monte solidaire de ladite deuxieme poulie (120). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte un chariot (84) fixe a ladite premiere extremite (82) de ladite premiere tige (42) et monte coulissant, selon un axe (A) de ladite premiere tige (42), sur un rail (86) fixe audit bo^'tier (18). 7. Dispositif selon la revendication 6, caracterise en ce que ledit chariot (84) est monte roulant sur ledit rail (86). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte des moyens (104) de mesure ou d'evaluation d'une force (Fmes) representative audit effort d'action et/ou des moyens (114) de mesure ou d'evaluation d'une position axiale de ladite premiere tige (42) et/ou des evolutions temporelles de ladite force (Fmes) et de ladite position axiale de ladite premiere tige (42). 9. Dispositif selon la revendication 8, caracterise en ce qu'il comporte un codeur numerique (114) mesurant une position angulaire audit arbre (112) representative de ladite position axiale de ladite premiere tige (42). 10.Dispositif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte une deuxieme tige (44) coaxiale a ladite premiere tige (42), montee en translation axiale sur ledit bo^'tier (18), et dont des premiere (96) et deuxieme (102) extremites vent respectivement en appui sur une tige de poussee (100) positivement couplee audit organe de commande (5) et sur ladite premiere extremite (82) de ladite premiere tige (42). 11.Dispositif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte une deuxieme tige (44) coaxiale a ladite premiere tige (42), montee en translation axiale sur ledit bo^tier (18), et dont des premiere (96) et deuxieme (102) extremites vent respectivement en appui sur une tige de poussee (100) positivement couplee audit organe de commande (5) et sur ledit chariot (84). 12.Dispositif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte une deuxieme tige (44) coaxiale a ladite premiere tige (42), montee en translation axiale sur ledit bo'^tier (18), et dont des premiere (96) et deuxieme (102) extremites vent respectivement en appui sur une tige de poussee (100) positivement couplee audit organe de commande (5) et sur un capteur de force (104) dispose entre ledit chariot (84) et ladite deuxieme extremite (102) de ladite deuxieme tige (44). 13.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 a 12, caracterise en ce que la liaison de ladite tige de poussee (100) et de ladite deuxieme tige (44) est de type rotule. 14.Dispositif de commande parfil d'un actionneur (11) d'un vehicule automobile (V) en reponse a un effort d'action exerce sur un organe de commande (5) par un utilisateur (U), comportant - un dispositif de restitution d'effort (7) et - un calculateur (9) dument programme apte a commander au moins ledit actionneur (11) selon une loi de commande et ledit dispositif de restitution d'effort (7) selon une loi de restitution, lesdites lois de commande et de restitution etant au moins fonction d'une position audit organe de commande (5) et audit effort d'action, caracterise en ce que ledit dispositif de restitution d'effort (7) est conforme a l'une quelconque des revendications 1 a 13. 15.Vehicule automobile pourvu d'un dispositif de commande par fil selon la