Brevet FR2873805A1 — publié le 20060203

L'objet de l'invention concerne le domaine technique des capteurs adaptés pour repérer différentes positions linéaires prises par un mobile au sens général. L'objet de l'invention vise plus précisément le domaine technique des capteurs du type magnétique pour détecter les positions d'un mobile. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules automobiles en vue d'équiper une boîte de vitesses automatique afin de détecter les vitesses sélectionnées par un opérateur. Dans le domaine technique préféré de l'invention, la sélection des différentes positions d'une boîte de vitesses automatique s'effectue à partir d'un levier commandé généralement en déplacement rectiligne par l'opérateur. Un tel levier permet de sélectionner différentes positions, telles que, par exemple, une position d'arrêt, de marche arrière, neutre ou diverses positions de marche avant. D'une manière classique, le levier de sélection agit sur une tige ou un tiroir de commande hydraulique placé dans le circuit hydraulique pour permettre de sélectionner la position souhaitée de la boîte de vitesses automatique. Dans l'état de la technique, il a été proposé diverses solutions techniques pour repérer les différentes positions prises par le levier de sélection ou le tiroir de commande. Par exemple, le brevet US 5 307 013 décrit un capteur de position comportant un codeur mobile relié à l'organe de commande et possédant plusieurs pistes de codage s'étendant parallèlement à l'axe de déplacement. Chacune des pistes est formée de pôles magnétiques de codage Nord et Sud. Ces éléments de codage sont arrangés sur les pistes de manière que des cellules sensibles de détection, montées en relation des pistes de codage, délivrent une combinaison différente de signaux binaires pour chaque position déterminée du mobile. Un tel capteur permet de reconnaître les différentes positions linéaires prises par un mobile tel qu'un levier de sélection d'une boîte de vitesses automatique à partir des combinaisons différentes de signaux binaires. Ce capteur magnétique présente l'avantage de fonctionner sans frottement mécanique relatif entre le codeur et les cellules de détection. Cependant, un tel capteur présente un inconvénient majeur lié à son encombrement. En effet, la longueur du codeur est au moins égale à la course de mesure puisque le codeur présente l'image physique du code. L'encombrement du capteur qui correspond à la distance prise par le codeur entre ses deux positions extrêmes de déplacement est égale à au moins deux fois la course du mobile dans laquelle les positions sont à déterminer. L'objet de l'invention vise donc à remédier à cet inconvénient en proposant un capteur capable de détecter de manière précise les différentes positions offertes par 5 un mobile tout en présentant un encombrement limité. Pour atteindre cet objectif, le capteur selon l'invention comporte: É un codeur, relié au mobile et possédant au moins deux pistes de codage s'étendant parallèlement à l'axe de déplacement, chacune des pistes étant formée d'éléments de codage avec une grandeur physique, É des éléments de détection montés en relation des pistes de codage et adaptés pour délivrer une combinaison différente de signaux binaires pour chaque position déterminée du mobile. Le capteur est caractérisé en ce que: É l'encombrement des pistes de codage est inférieur à la course de mesure du 15 mobile, É les éléments de détection sont sensibles à la valeur de la grandeur physique des éléments de codage, de sorte que chaque élément de détection occupe: un premier état binaire lorsque la valeur de la grandeur physique est supérieure à un seuil, un second état binaire lorsque la valeur de la grandeur physique est inférieure audit seuil, l'un des deux états binaires déterminés lorsque lesdits éléments de détection ne se trouvent pas situés en regard d'une piste de codage, ^ au moins une piste de codage comporte, en tant qu'éléments de codage, d'une part, au moins un élément de codage d'un premier type qui permet à un élément de détection placé en regard de délivrer un état binaire déterminé identique à celui délivré lorsque ledit élément de détection ne se trouve pas en regard d'une piste de codage et, d'autre part, au moins un élément de codage de second type qui permet, à un élément de détection placé en regard, de délivrer un état binaire différent de celui délivré lorsque ledit élément de détection se trouve en regard d'un élément de codage de premier type. Pour limiter encore l'encombrement, il peut être prévu que les éléments de codage des pistes soient agencés de manière qu'au moins deux d'entre eux, appartenant à des pistes différentes se trouvent recalés selon l'axe de déplacement, de sorte que le codeur possède un encombrement inférieur à deux fois la course du mobile. De manière à augmenter le nombre de détections de position du mobile, sans augmenter l'encombrement, il peut être prévu qu'au moins une piste de codage se trouve équipée d'au moins deux éléments de détection décalés entre eux selon l'axe de déplacement. Selon une variante préférée de réalisation, le codeur comporte des pistes formées d'éléments de codage de type magnétique tandis que les éléments de détection sont des cellules de détection monopolaires. Selon cette variante préférée de réalisation, les pistes sont formées d'éléments de codage comportant, d'une part, en tant qu'éléments de codage de second type, des pôles magnétiques présentant une même polarité, de sorte que les éléments de détection placés en regard occupent un état binaire déterminé et, d'autre part, en tant qu'éléments de codage de premier type, des pôles non magnétiques ou des pôles magnétiques avec un signe opposé au signe des pôles magnétiques constitutifs des éléments de codage du second type, de sorte que les éléments de détection placés en regard occupent l'autre état binaire déterminé. Avantageusement, chaque pôle magnétique extrême de chaque piste est bordé par un pôle de contraste magnétique. Un autre avantage de l'objet de l'invention est de proposer un capteur de différents types, de sorte que le codeur comporte des pistes formées d'éléments de codage de type électrique, capacitif ou inductif, tandis que les éléments de détection sont, respectivement, des éléments de détection de type électrique, capacitif ou inductif. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en 30 référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des foillies de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en perspective simplifiée montrant un exemple de réalisation d'un capteur conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe transversale prise selon la fig. 1 peiluettant de montrer les éléments caractéristiques du capteur selon l'invention. La fig. 3 est un schéma permettant d'expliquer le principe de constitution du capteur selon l'invention comportant deux pistes de codage. La fig. 4 est un schéma d'une autre variante de réalisation du capteur selon l'invention. La fig. 5 est un chronogramme correspondant au capteur illustré à la fig. 4. La fig. 6 est un tableau montrant les différentes combinaisons logiques délivrées par les éléments de détection conformément au capteur illustré à la fig. 4. La fig. 7 illustre une autre caractéristique de réalisation du capteur conforme à l'invention. Les fig. 1 et 2 illustrent, de manière schématique, un exemple de réalisation d'un capteur 1 adapté pour détecter les positions d'un mobile 2 se déplaçant linéairement selon un axe de déplacement A. Le mobile 2 présente une course de mesure C déterminée, dans laquelle les positions du mobile sont à détecter. Par exemple, le mobile 2 constitue une tige de commande insérée dans le circuit hydraulique de commande d'une boîte de vitesses automatique au sens général. Le capteur 1 comporte un boîtier de support et de guidage 4 aménagé pour assurer le déplacement, selon l'axe de déplacement A, d'un codeur 5 assujetti au mobile 2. Le codeur 5 est monté de façon à se déplacer en relation d'éléments de détection 6 montés de manière fixe sur le support 4. Le codeur 5 possède au moins deux et, dans l'exemple illustré à la fig. 2, quatre pistes de codage 10 s'étendant parallèlement entre elles et à l'axe de déplacement A et se déplaçant chacune devant au moins un élément de détection 6. Chaque piste 10 est formée d'éléments de codage 11 selon une grandeur physique déterminée, arrangés de manière que les éléments de détection 6 délivrent une combinaison différente de signaux binaires pour chaque position déterminée du mobile 2. Dans la suite de la description, le codeur 5 est du type magnétique, de sorte que les éléments de codage 11 possèdent un caractère magnétique et les éléments de détection 6 sont des cellules de détection magnétique, telles que des cellules à effet Hall par exemple. Bien entendu, l'objet de l'invention peut s'appliquer à un capteur de position mettant en oeuvre une grandeur physique différente. Ainsi, le capteur peut être du type électrique, capacitif ou inductif, de sorte que les pistes 10 du codeur sont formées par des éléments de codage de type électrique, capacitif ou inductif, tandis que les éléments de détection 6 sont, respectivement, des éléments de détection de type électrique, capacitif ou inductif. Les éléments de détection 6 sont sensibles à la valeur de la grandeur physique des éléments de codage 11, de sorte que chaque élément de détection 6 occupe: É un premier état binaire lorsque la valeur de la grandeur physique est inférieure à un seuil, É un second état binaire lorsque la valeur de la grandeur physique est supérieure audit seuil, É un état binaire déterminé (premier ou second) lorsque lesdits éléments de détection 6 ne se trouvent pas situés en regard d'une piste de codage 10. Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins une piste de codage 10 comporte, en tant qu'éléments de codage 11, d'une part, au moins un élément de codage d'un premier type 11, qui permet, à un élément de détection 6 placé en regard dudit élément, de délivrer un état binaire déterminé, identique à celui délivré lorsque ledit élément de détection 6 ne se trouve pas en regard d'une piste de codage et, d'autre part, au moins un élément de codage de second type 11i qui permet, à un élément de détection 6 placé en regard, de délivrer un état binaire différent de celui délivré lorsque ledit élément de détection se trouve en regard d'un élément de codage de premier type 11,. Il est à noter que l'encombrement des pistes de codage 10 est inférieur à la course de mesure C du mobile 2. Dans le cas de la réalisation d'un capteur du type magnétique, les éléments de codage de second type 11a, llb des pistes sont réalisés par des pôles magnétiques de même polarité, alors que les éléments de codage de premier type 11,, sont réalisés par des pôles non magnétiques jouant le même rôle qu'une absence de la piste de codage ou par des pôles magnétiques avec un signe opposé au signe des pôles magnétiques constitutifs des éléments de codage du second type. Les éléments de détection 6 sont réalisés par des cellules à effet Hall monopolaires. Selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments de détection 6 sont décalés entre eux selon l'axe de déplacement A. En d'autres termes, les éléments de détection 6 ne se trouvent pas situés dans un même plan transversal à l'axe de déplacement A. La fig. 3 permet d'expliciter le principe du capteur 1 conforme à l'invention comportant un codeur 5 à deux pistes de codage 10a, 10b. Ce capteur permet de détecter trois positions du mobile 2 à l'aide de deux éléments de détection de type magnétique 6a et 6b affectés chacun à une piste de codage l0a et 10b. Le codeur 5 comporte ainsi une piste l0a constituée par un pôle magnétique lla déterminé, par exemple Nord, et présente une longueur L égale à 20 mm. Dans l'exemple illustré, l'encombrement du codeur 5 est égal à la longueur L de la piste 10a, comme cela apparaîtra dans la suite de la description. La piste 10b est formée par un pôle magnétique llb, de même polarité que le pôle lla et par exemple, par un pôle non magnétique 11,,. Le pôle non magnétique 11,, présente, dans l'exemple illustré, une longueur de 5 mm, alors que le pôle magnétique llb présente une longueur de 15 mm, de sorte que la piste 10b présente une longueur également de 20 mm. Compte tenu du décalage des éléments de détection 6a et 6b égal dans l'exemple illustré à 10 mm, il peut être obtenu le repérage de trois positions du mobile 2, conformément à la description qui suit. Pour un déplacement du codeur 5 entre 0 et 15 mm, les éléments de détection 6a, 6b sont dans des états binaires différents. Pour simplifier la description, un élément de détection est considéré comme occupant un premier état binaire (égal à 1 par exemple) lorsqu'un pôle magnétique est situé en regard et un deuxième état binaire (égal à 0 dans l'exemple) lorsque l'élément de détection est placé en regard d'un pôle non magnétique 11v ou en dehors d'une piste de codage. Dans l'exemple considéré, les éléments de détection 6a, 6b occupent, respectivement, les états binaires 1 et 0 entre 0 et 15 mm de course du codeur. Pour une course située entre 15 et 20 mm, les éléments de détection 6a, 6b sont placés en regard de pôles magnétiques, de sorte que le code binaire est 11. Pour une course située entre 20 et 30 mm, la cellule de détection 6a est placée en dehors de la piste de codage 10a, de sorte que le code binaire est 01. Il est à noter qu'avant la position 0 mm ainsi qu'après la position 30 mm, le code binaire est 00 et peut être considéré comme une information en dehors de la course de mesure. Dans la description ci-dessus, il est à noter que le déplacement du codeur 5 présente une course C limitée à 30 mm, de sorte que l'encombrement E du capteur est égal à cette course C augmentée de la longueur L du codeur, c'est-à-dire égal à 50 mm. Il doit donc être noté que cet encombrement E du capteur est inférieur au double de la course du codeur, dans la mesure où les pistes de codage 10a, 10b, c'est-à-dire le codeur, présentent une longueur L inférieure à la course de mesure C. Il est à noter que les éléments de codage 11a, lib des pistes 10a, 10b sont agencés de manière qu'au moins deux d'entre eux, appartenant à des pistes différentes, sont recalés selon l'axe de déplacement, de manière à optimiser l'encombrement du capteur. Il doit être considéré qu'il est procédé à un décalage d'origine de l'une des pistes. De même, les éléments de détection associés 6a, 6b sont décalés selon l'axe A dans le même sens que les éléments de codage avec la même valeur. Les fig. 4 à 6 illustrent un capteur 1 mettant en oeuvre un perfectionnement visant à détecter un nombre de positions supplémentaires pour le mobile 2. Selon cet exemple de réalisation, au moins une et, dans l'exemple illustré, les deux pistes de codage 10a, 10b sont pourvues chacune d'au moins deux éléments de détection (respectivement 6a, 6a' ; 6b, 6b') décalés entre eux selon l'axe de déplacement A, de manière à augmenter le nombre de détections des positions du mobile. Il est ainsi possible de coder sept positions sur les deux pistes existantes au lieu de trois positions initialement possibles (fig. 3). Dans cet exemple, la piste de codage l0a est pourvue d'un élément de détection 6a' décalé en amont par rapport à l'élément de détection 6a, en considération du sens de la course C schématisé à la fig. 4. De même, le capteur de position 1 comporte aussi un élément de détection 6b', décalé par rapport à l'élément de détection 6b selon l'axe de déplacement A, en aval par rapport au sens de la course C. Dans cet exemple de réalisation, les éléments de détection 6a, 6a' pour la piste de codage l0a et les éléments de détection 6b, 6b' pour la piste de codage 10b sont décalés chacun d'une valeur de 10 mm. Comme cela ressort plus précisément des fig. 5 et 6, il est ainsi possible de coder sept positions sur quatre bits en n'utilisant que deux pistes codées. Dans l'exemple illustré, la course maximale C est de 50 mm pour un codeur 5 mesurant 20 mm et se déplaçant face à des éléments de détection 6a, 6a', 6b, 6b' dont les plus espacés sont distants de 30 mm. L'encombrement total du capteur ne dépasse pas 70 mm. Dans les exemples décrits ci-dessus, le codeur 5 comporte deux pistes 10. Bien entendu, le codeur 5 peut comporter un nombre plus important de pistes, par exemple égal à quatre, dont deux d'entre elles se déplacent en relation de deux éléments de détection. Un tel codeur comporte des éléments de codage arrangés de manière adaptée et présente des pôles magnétiques supplémentaires pour optimiser le nombre des pistes et/ou des éléments de détection. Il est ainsi possible de détecter, par exemple, treize positions du mobile 2 avec quatre pistes en relation desquelles sont montés six éléments de détection. La fig. 7 illustre une variante préférée de réalisation dans laquelle chaque pôle magnétique extrême 11a, llb de chaque piste est bordé, à chacune de ses extrémités, par un pôle de contraste magnétique 15 réalisé par exemple par un pôle magnétique de signe contraire au pôle magnétique 11a, llb ou par une plaque polaire. Le pôle de contraste 15, qui est de faible longueur, de 1 à 2 mm par exemple, permet d'améliorer la précision des transitions de chaque piste en augmentant la pente de transition au voisinage du point de commutation pour l'élément de détection. Ce pôle de contraste permet ainsi de réduire la dispersion de positionnement de commutation due à la dispersion de seuil de l'élément de détection et/ou de l'entrefer. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Capteur pour détecter des positions déterminées d'un mobile (2) évoluant selon un axe de déplacement (A), avec une course de mesure (C) déterminée, le capteur comportant: É un codeur (5), relié au mobile et possédant au moins deux pistes de codage (10) s'étendant parallèlement à l'axe de déplacement, chacune des pistes étant formée d'éléments (11) de codage avec une grandeur physique, É des éléments de détection (6) montés en relation des pistes de codage et adaptés pour délivrer une combinaison différente de signaux binaires pour chaque position 10 déterminée du mobile, caractérisé en ce que: É l'encombrement des pistes de codage (10) est inférieur à la course de mesure du mobile, É les éléments de détection (6) sont sensibles à la valeur de la grandeur 15 physique des éléments de codage, de sorte que chaque élément de détection occupe: un premier état binaire lorsque la valeur de la grandeur physique est supérieure à un seuil, un second état binaire lorsque la valeur de la grandeur physique est 20 inférieure audit seuil, - l'un des deux états binaires déterminés lorsque lesdits éléments de détection ne se trouvent pas situés en regard d'une piste de codage, ^ au moins une piste de codage (10) comporte, en tant qu'élément de codage (11), d'une part, au moins un élément de codage d'un premier type (110 qui permet à un élément de détection placé en regard de délivrer un état binaire déterminé identique à celui délivré lorsque ledit élément de détection ne se trouve pas en regard d'une piste de codage et, d'autre part, au moins un élément de codage de second type (11.) qui permet, à un élément de détection placé en regard, de délivrer un état binaire différent de celui délivré lorsque ledit élément de détection se trouve en regard d'un élément de codage de premier type. 2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de codage (11) des pistes sont agencés de manière qu'au moins deux d'entre eux, appartenant à des pistes différentes, se trouvent recalés selon l'axe de déplacement, de sorte que le codeur (5) possède un encombrement inférieur à deux fois la course du mobile. 3 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des pistes de codage (10) est pourvue d'au moins deux éléments de détection (6) décalés entre eux selon l'axe de déplacement (A), de manière à augmenter le nombre de détections des positions du mobile. 4 - Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le codeur (5) comporte des pistes (10) pourvues d'éléments de codage de type magnétique, tandis que les éléments de détection sont des cellules de détection monopolaires. - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les pistes (10) sont formées d'éléments de codage (11) comportant, d'une part, en tant qu'éléments de codage de second type, des pôles magnétiques (11;) présentant une même polarité, de sorte que les éléments de détection (6;) placés en regard occupent un état binaire déterminé et, d'autre part, en tant qu'éléments de codage de premier type, des pôles non magnétiques (ils) ou des pôles magnétiques avec un signe opposé au signe des pôles magnétiques constitutifs des éléments de codage de second type, de sorte que les éléments de détection (6;) placés en regard occupent l'autre état binaire déterminé. 6 - Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque pôle magnétique (11i) extrême de chaque piste, est bordé par un pôle (15) de contraste magnétique. 7 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le codeur (5) comporte des pistes (10) formées d'éléments de codage de type électrique, capacitif ou inductif, tandis que les éléments de détection sont, respectivement, des éléments de détection de type électrique, capacitif ou inductif.