Brevet FR2891501A1 — publié le 20070406

Levier de commande de vitesses L'invention concerne un levier de commande de vitesses, en particulier pour véhicule automobile, ce levier étant monté à rotation autour de deux axes, respectivement de sélection et d'engagement de vitesse, et comprenant des capteurs de position du type sans contact dont les signaux de sortie sont appliqués à un calculateur. Les avantages d'un tel levier de commande sont nombreux: durée de vie élevée en raison de l'absence de frottements et d'usure des contacts, absence de bruits de commutation, bonne tenue aux vibrations, absence d'efforts parasites, temps de commutation beaucoup plus faibles, etc. Dans les réalisations connues, les capteurs sans contact sont par exemple des capteurs optiques, magnétiques ou autres susceptibles de détecter l'absence ou la présence d'un écran ou d'un aimant permanent. Le coût du levier de commande est lié au nombre de capteurs qui équipent ce levier et qui doivent permettre de déterminer les sens de déplacement et les positions du levier avec une grande exactitude, un nombre plus élevé de capteurs améliorant la fiabilité mais augmentant le coût et la complexité du montage, du câblage et du traitement des signaux. II n'est en général pas possible de réduire le nombre de capteurs, dont chacun génère un signal de sortie qui représente une information de position ou de déplacement du levier. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème, grâce à un levier de commande de vitesses à capteurs sans contact, qui est équipé d'un nombre minimal de capteurs. Elle propose à cet effet un levier du type précité, monté à rotation autour de deux axes perpendiculaires de sélection et d'engagement des vitesses et comprenant des capteurs de position du type sans contact dont les signaux de sortie sont appliqués à un calculateur déterminant les sens 2891501 2 de déplacement et les positions du levier, caractérisé en ce que les capteurs sont des capteurs à magnétorésistance et sont au nombre de deux, chaque capteur comprenant un aimant permanent mobile porté par un arbre de rotation du levier et susceptible de se déplacer en regard d'un circuit électrique monté sur des moyens de support du levier. Le levier selon l'invention est remarquable en ce qu'il ne comprend que deux capteurs sans contact, qui suffisent à fournir les informations nécessaires pour déterminer exactement la position dans laquelle se trouve le levier parmi un nombre relativement élevé de positions possibles, et le sens dans lequel le levier est ou a été déplacé. Le faible nombre de capteurs utilisés se traduit par une simplicité de montage et de câblage et par une réduction du coût. Selon une autre caractéristique de l'invention, le levier comprend un premier arbre de rotation solidaire du levier et guidé et porté par un boîtier, un second arbre de rotation perpendiculaire au premier arbre de rotation et solidaire du boîtier, et des moyens fixes de support et de guidage du second arbre de rotation, ces moyens fixes portant également les circuits électriques des deux capteurs à magnétorésistance. Avantageusement, les deux arbres de rotation sont dans un même plan. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'aimant permanent d'un des deux capteurs est fixé à une extrémité du premier arbre de rotation et l'aimant permanent du second capteur est fixé à une extrémité du second arbre de rotation. Les déplacements du levier autour des deux arbres de rotation sont détectés par les deux capteurs qui fournissent des signaux de sortie correspondants aux déplacements de sélection et d'engagement de vitesses qui ont été détectés. Dans ce premier mode de réalisation, une partie inférieure du levier peut s'étendre en-dessous des arbres de rotation et coopère à son extrémité avec des moyens de guidage, des moyens de rappel et/ou des 2891501 3 moyens de billage portés par les moyens fixes de support. Avantageusement, les moyens de guidage de l'extrémité inférieure du levier comprennent une première voie de guidage qui s'étend entre des positions de commutation automatique ou semi-automatique, de commande impulsionnelle et une position neutre, une deuxième voie de guidage perpendiculaire à la première voie de guidage et s'étendant entre des positions de commande impulsionnelle, de montée et de descente de vitesses, et une troisième voie de guidage parallèle à la deuxième voie de guidage et s'étendant entre les positions neutre et de marche arrière. Des ressorts de rappel sont montés au moins aux extrémités de la deuxième voie de guidage, de part et d'autre de l'extrémité inférieure du levier. Un coulisseau déplaçable par l'extrémité inférieure du levier est guidé en translation dans la troisième voie de guidage, et est associé à des moyens de billage et/ou à des moyens de rappel. Des butées d'amortissement en caoutchouc ou en matière analogue peuvent également être montées aux extrémités des voies de guidage de l'extrémité inférieure du levier. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'aimant permanent d'un des deux capteurs est fixé à une extrémité d'un premier arbre de rotation du levier et l'aimant permanent de l'autre capteur est fixé à l'autre extrémité de cet arbre de rotation. Dans ce cas, le levier et le boîtier précité peuvent pivoter autour de l'axe du second arbre de rotation entre trois positions, comprenant une position médiane où un premier des aimants permanents est en regard du circuit électrique d'un premier capteur et le second des aimants permanents est écarté de sa position où il est en regard du circuit électrique de l'autre capteur, une position extrême où le premier aimant permanent est écarté de sa position en regard du circuit électrique du premier capteur et le second aimant permanent est en regard du circuit électrique du second capteur, et une autre position extrême où les deux 2891501 4 aimants permanents sont écartés de leurs positions situées en regard des circuits électriques des capteurs. Dans ce mode de réalisation, la partie inférieure du levier qui s'étend sous les axes de rotation comprend des moyens d'entraînement d'un organe pivotant relié par une tringlerie à la boite de vitesses du véhicule, ces moyens d'entraînement étant écartés et dégagés de l'organe pivotant quand le levier est dans l'une de ses positions extrêmes et venant en prise avec l'organe pivotant quand le levier est dans son autre position extrême. Avantageusement, des moyens de blocage du levier, tels qu'un électroaimant par exemple, sont prévus pour permettre de verrouiller le levier dans une position de sécurité correspondant à une position de stationnement du véhicule. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de principe d'un capteur à magnétorésistance; - la figure 2 est une vue schématique en perspective éclatée d'un premier mode de réalisation du levier de commande de vitesses selon l'invention; - la figure 3 est une vue schématique en perspective de ce levier à l'état partiellement assemblé ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une variante de réalisation du levier de commande de vitesses selon l'invention; - la figure 5 est une vue schématique de bout du levier de la figure 4, représenté dans une position médiane de commande de vitesses; -la figure 6 est une vue schématique de bout du levier dans la position de commande de vitesses représentée en figure 4. On se réfère d'abord à la figure 1 qui illustre schématiquement le principe d'un capteur à magnétorésistance. Ce capteur 10 comprend un circuit électrique formé de quatre 2891501 5 résistances RI, R2, R3 et R4 montées en pont, dont deux bornes opposées sont raccordées à des moyens 12 d'alimentation électrique en courant continu, le signal de sortie étant prélevé sur les deux autres bornes du pont et correspondant à une différence de potentiel AV. Un aimant permanent non visible en figure 1 est déplaçable en regard du circuit électrique 10, par exemple dans un plan parallèle au plan du dessin. Les résistances RI, R2, R3 et R4 sont réalisées en un alliage conducteur dont la résistance électrique est variable en présence d'un champ magnétique. A partir d'un seuil de saturation du champ magnétique, la variation de la valeur de chaque résistance électrique dépend directement de l'angle entre la direction de passage du courant électrique dans la résistance (représenté en pointillés) et la direction de l'excitation magnétique, représentée par les flèches en traits pleins en figure 1. Les capteurs à magnétorésistances présentent un certain nombre d'avantages, tels que l'insensibilité aux coefficients de température des aimants permanents, aux dispersions des caractéristiques des aimants, aux chocs et aux vibrations, l'acceptation de tolérances mécaniques plus élevées, l'utilisation d'aimants à faible coût, et une mesure directe de l'angle de déplacement de l'aimant permanent. La présente invention prévoit d'équiper un levier de commande de vitesses pour véhicule automobile de deux de ces capteurs à magnétorésistances pour détecter tous les déplacements et les changements de positions du levier et commander en conséquence les changements de vitesses dans une boite de vitesses mécanique équipée d'actionneurs électriques. Un premier mode de réalisation du levier de vitesses selon l'invention est représenté aux figures 2 et 3. Dans ces figures, le levier est déplaçable entre diverses positions dans une grille de vitesses qui est représentée en traits pointillés à l'extrémité supérieure du levier et qui comprend une position NSA de commutation entre une commande automatique des vitesses et une 2891501 6 commande semi-automatique, une position M de commande impulsionnelle, une position + de montée de vitesse, une position de descente de vitesse, une position neutre N et une position de marche arrière R. La grille de vitesses comprend une première voie rectiligne qui s'étend de la position NSA à la position N en passant par la position M, une deuxième voie perpendiculaire à la première et s'étendant entre les positions + et en passant par la position M, et une troisième voie, parallèle à la deuxième voie et s'étendant entre les positions N et R. La position M de commande impulsionnelle de montée et descente de vitesses correspond également à une position D de marche avant automatique. Le levier de commande de vitesses selon l'invention comprend essentiellement une tige cylindrique 20 dont l'extrémité supérieure est équipée d'un pommeau 22 et dont la partie médiane est solidaire d'un premier arbre de rotation dont l'axe 24 définit l'axe de sélection des vitesses, ce premier arbre de rotation étant supporté et guidé à ses extrémités dans un boîtier 26 qui est lui-même équipé d'un second arbre de rotation dont l'axe 28 correspond à l'axe d'engagement des vitesses. Les extrémités de ce second arbre de rotation sont supportées et guidées dans un boîtier extérieur formé de deux parties 32 assemblées entre elles par vissage et qui constituent des moyens fixes de support et de guidage du levier 20. Avantageusement, les deux axes 24, 28 sont dans un même plan. L'extrémité inférieure 34 du levier coopère avec des moyens fixes de guidage 36 qui comportent des voies de guidage de l'extrémité inférieure 34 du levier correspondant aux voies de la grille de vitesses précitée. On retrouve donc dans ces moyens fixes de guidage 36 des voies de guidage correspondant aux trois voies de la grille de vitesses, ces voies de guidage étant symétriques de celles de la grille de vitesses par rapport au centre de rotation formé par le point d'intersection des axes des deux arbres de 2891501 7 rotation. Des moyens de rappel 38 tels que des ressorts associés à un coulisseau 40 sont montés dans les moyens de guidage fixes 36, aux extrémités de la deuxième voie de guidage correspondant aux positions + de montée de vitesse et de descente de vitesse. Un autre coulisseau 42 est monté et guidé en translation dans les moyens fixes 36 et est par exemple associé à des moyens de billage, dans une voie de guidage correspondant à la troisième voie de la grille de vitesses passant par les positions N et R. D'autres moyens de billage 44 peuvent être prévus sur le boîtier 26 précité et comprennent par exemple un doigt transversal porté par le levier 20 et guidé dans une lumière du boîtier 26, cette lumière présentant une encoche définissant une position privilégiée du levier 20, qui correspond à la position N ou position neutre. Des butées amortissantes 45 en caoutchouc ou matière analogue sont portées par des joints plats recouvrant les moyens fixes 36 et situées dans des positions correspondant aux fins de course du levier. Dans ce mode de réalisation, les aimants permanents des deux capteurs à magnétorésistance équipant le levier sont portés par les arbres de rotation du levier, l'aimant permanent 46 d'un premier capteur étant monté à une extrémité du premier arbre de rotation ou arbre de sélection, et l'aimant permanent 48 de l'autre capteur étant monté à une extrémité de l'autre arbre de rotation ou arbre d'engagement des vitesses. Les circuits électriques 10 des deux capteurs sont formés en 50 et 52 respectivement sur un circuit imprimé 54, par exemple du type souple qui peut être plié à 90 comme représenté en figure 2, le premier circuit électrique 50 du premier capteur étant porté par le boîtier précité 26, l'autre circuit électrique 52 étant porté par les moyens fixes 32 et associé à un connecteur 58, au moyen duquel les signaux de sortie des capteurs sont appliqués à un calculateur 59. Ce levier de vitesses est utilisé de la façon suivante. 2891501 8 Dans la position représentée en figure 3, qui est une position stable, le levier se trouve dans la position M/D de marche avant automatique ou de commande impulsionnelle de vitesse. Pour sélectionner la position M ou la position D, on déplace le levier vers la gauche dans la position NSA et on le laisse revenir ou on le ramène dans la position M/D. Lorsqu'un déplacement du levier dans la position NSA permet de sélectionner la position M de commande impulsionnelle, le déplacement du levier dans la seconde voie de guidage vers la position + commande le passage au rapport de vitesse supérieur, tandis que le déplacement du levier dans l'autre sens vers la position commande le passage au rapport de vitesse inférieur. Un nouveau déplacement du levier dans la position NSA permet de sélectionner la position D de marche avant automatique. Si le levier est déplacé de cette position vers la position N qui est également une position stable, le levier est amené en position neutre et peut ensuite être déplacé dans la position R de marche arrière. Les déplacements du levier entre les positions NSA, M/D et N sont détectés à partir de la rotation de l'aimant 46 du premier capteur par rapport au circuit électrique 50 porté par le boîtier 26. Les rotations du levier autour de l'axe 28 entre les positions + et ou entre les positions N et R sont détectées à partir de la rotation de l'aimant permanent 48 du second capteur par rapport au circuit électrique 52 porté par les moyens fixes de support 32. Les signaux de sortie des capteurs sont amplifiés, numérisés et 25 traités par le calculateur 59 qui commande de façon correspondante les actionneurs de la boîte de vitesses du véhicule. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté aux figures 4, 5 et 6 dans lesquelles le levier 20 est monté à rotation sur un boîtier 26 autour de l'axe 28 d'engagement des vitesses, le boîtier 26 étant luimême monté à rotation dans des moyens fixes de support (non représentés) autour de l'axe 24 de sélection de vitesse. 2891501 9 Pour cela, la partie intermédiaire du levier forme une chape 60 autour du boîtier 26, chaque bras de la chape 60 comportant une douille cylindrique 62 de guidage d'un tronçon d'arbre 64 s'étendant le long de l'axe 28 d'engagement de vitesse. Les aimants permanents 46 et 48 des deux capteurs sont montés fixement aux extrémités des tronçons d'arbres 64 et sont destinés à être amenés chacun en regard d'un circuit électrique précité d'un capteur selon que le levier 10 est dans une position angulaire ou dans une autre autour de l'axe de sélection 24. Les circuits électriques des deux capteurs sont formés sur deux parties 50 et 52 d'un circuit imprimé 54 associé à un connecteur 58, comme dans le premier mode de réalisation, ce circuit imprimé 54 étant porté par les moyens fixes de support non représentés. L'extrémité inférieure 66 du levier 20 porte un doigt 68, à tête de rotule par exemple, destiné à s'engager dans une rainure d'un organe 70 monté pivotant autour d'un axe fixe 72 et relié par une tringlerie 74 à la boite de vitesses du véhicule. Un moyen de blocage en position tel qu'un électroaimant 76 par exemple, est associé à la partie inférieure du levier 20 pour l'immobiliser dans la position N quand le véhicule est en stationnement. L'utilisation de ce levier est la suivante: Dans la position représentée aux figures 4 et 6, le levier est dans la position N de la grille de vitesses précitée, le doigt à tête de rotule 68 est engagé dans l'organe 70, l'aimant permanent 48 du second capteur se trouve en regard du circuit électrique 52 qui est perpendiculaire à l'axe d'engagement 28 défini par les tronçons d'arbre 64, de sorte que la rotation du levier autour de l'axe 28 est détectée par le second capteur. Dans cette position, l'autre aimant permanent 46 n'est pas en regard du circuit électrique 50 du premier capteur, et sa rotation causée par la rotation du levier autour de l'axe d'engagement 28 n'est pas détectée par le premier capteur. 2891501 10 Le levier peut être amené ensuite, par rotation autour de l'axe 24, dans la position M/D de la figure 5. Dans cette position, l'aimant permanent 46 du premier capteur est en regard du circuit électrique 50 du premier capteur, le circuit 50 étant perpendiculaire à l'axe 28, tandis que l'autre aimant permanent 48 n'est plus dans sa position située en regard du circuit électrique 52 du second capteur. La rotation du levier 20 autour de l'axe d'engagement 28 sera donc détectée par le premier capteur et correspond aux commandes impulsionnelles de passage de vitesse, par déplacement du levier de la position M dans la position + ou dans la position -. Dans cette position angulaire du levier de vitesse autour de l'axe 24, le doigt 68 est écarté de l'organe 70 et la rotation du levier autour de l'axe 28 n'a aucun effet sur la tringlerie 74. Le levier 20 peut ensuite être amené, par rotation autour de l'axe 24 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre en figure 5, dans la position NSA qui est la position de commutation entre la commande impulsionnelle des vitesses et la marche avant automatique. Quand le levier est dans cette position NSA, qui est une position instable, les aimants permanents 46, 48 des capteurs ne sont pas en regard des circuits électriques correspondants 50, 52 mais le déplacement de l'aimant permanent 46 du premier capteur depuis sa position en regard du circuit 50 est détecté par le calculateur et interprété comme un déplacement vers la position NSA. De même, le retour de l'aimant 46 devant le circuit électrique 50 du premier capteur est détecté et interprété comme le déplacement du levier de la position NSA dans la position M/D. Quand un aimant permanent 46, 48 d'un capteur se trouve en face du circuit électrique 50, 52 correspondant, la rotation de l'aimant permanent par rapport au circuit électrique autour de l'axe 28 est détectée et interprétée comme une commande de rapport de vitesse. Quand l'aimant permanent 46, 48 du capteur est déplacé par rapport au circuit électrique correspondant 50, 52 par rotation du levier autour de l'axe 24, l'arrivée de l'aimant permanent en regard du circuit électrique ou son départ de cette position est détecté et interprété comme un signal de sélection, la combinaison des signaux de sortie des deux capteurs permettant de détecter les déplacements du levier entre les positions NSA, M/D et N. L'invention permet donc de suivre de façon continue les déplacements du levier et de connaître à tout moment la position dans laquelle se trouve le levier. Il est de plus facile de modifier les courses de déplacement du levier. Cela permet, quand un levier selon l'invention a été mis au point pour un véhicule d'un modèle donné, de l'adopter sans difficulté à un véhicule d'un modèle différent, par simple programmation. On peut également compenser les dispersions sur les positions prédéterminées dans lesquelles le levier doit être amené. On peut aussi positionner de façon simple le point de commutation électrique en fonction de la course et l'on peut créer des zones de commutation électrique distinctes en fonction du sens de déplacement du levier entre deux positions, l'une de ces zones de commutation correspondant au déplacement du levier dans un sens et l'autre zone au déplacement du levier dans le sens inverse. 2891501 12 REVENDICATIONS 1. Levier de commande de vitesses, en particulier pour véhicule automobile, monté à rotation autour de deux axes perpendiculaires (24, 28) de sélection et d'engagement de vitesses et comprenant des capteurs de position du type sans contact dont les signaux de sortie sont appliqués à un calculateur déterminant les sens de déplacement et les positions du levier, caractérisé en ce que lesdits capteurs sont des capteurs à magnétorésistance et sont au nombre de deux, chaque capteur comprenant un aimant permanent (46, 48) mobile porté par un arbre de rotation du levier et susceptible de se déplacer en regard d'un circuit électrique (50, 52) correspondant monté sur des moyens de support du levier. 2. Levier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un premier arbre de rotation solidaire du levier et guidé et porté par un boîtier (26), un second arbre de rotation perpendiculaire au premier arbre de rotation et solidaire du boîtier (26), et des moyens fixes (32) de support et de guidage du second arbre de rotation, ces moyens fixes portant également les circuits électriques (50, 52) des deux capteurs à magnétorésistances. 3. Levier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les axes des deux arbres de rotation (24, 28) sont coplanaires. 4. Levier selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'aimant permanent (46) d'un des deux capteurs est fixé à une extrémité du premier arbre de rotation et l'aimant permanent (48) du second capteur est fixé à une extrémité du second arbre de rotation. 5. Levier selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux circuits électriques (50, 52) des deux capteurs sont formés sur un même circuit imprimé (54) porté par les moyens fixes de support (32) et coudé à 90 . 6. Levier selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'une 2891501 13 partie inférieure du levier s'étend en dessous des arbres de rotation et coopère à son extrémité (34) avec des moyens (36, 38, 40, 42) de guidage, de rappel et/ou de billage solidaires des moyens fixes de support 32. 7. Levier selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de guidage de l'extrémité inférieure (34) du levier comprennent une première voie de guidage s'étendant entre des positions de commutation automatique ou semi-automatique NSA, de commande impulsionnelle M et neutre N, une deuxième voie de guidage perpendiculaire à la première voie de guidage et s'étendant entre des positions de commande impulsionnelle M, de montée de rapport de vitesse + et de descente de rapport de vitesse -, et une troisième voie de guidage parallèle à la deuxième voie de guidage et s'étendant entre les positions neutre et de marche arrière. 8. Levier selon la revendication 7, caractérisé en ce que des ressorts de rappel (38) sont montés aux extrémités de la deuxième voie de guidage, de part et d'autre de l'extrémité inférieure (34) du levier. 9. Levier selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en qu'un coulisseau (42) déplaçable par l'extrémité inférieure (34) du levier est mobile en translation dans la troisième voie de guidage et est associé à des moyens de billage et/ou à des moyens de rappel. 10. Levier selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que des butées d'amortissement (45) en caoutchouc ou en matériau analogue sont montées aux extrémités des voies de guidages de l'extrémité inférieure (34) du levier. 11. Levier selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aimant permanent (46) d'un des deux capteurs est fixé à une extrémité de l'arbre d'engagement de vitesses et l'aimant permanent (48) de l'autre capteur est fixé à l'autre extrémité de cet arbre d'engagement de vitesses. 12. Levier selon la revendication 11, caractérisé en ce que le levier et le boîtier (26) précité pivotent autour de l'axe (24) de sélection de vitesses entre trois positions, comprenant une position médiane où un 2891501 14 premier aimant permanent (46) est en regard du circuit électrique (50) d'un premier capteur et le second aimant permanent (48) est écarté de sa position située en regard du circuit électrique (52) de l'autre capteur, une première position extrême où le premier aimant (46) est écarté de sa position située en regard du circuit électrique (50) du premier capteur et le second aimant (48) est dans sa position en regard du circuit électrique (52) du second capteur, et une deuxième position extrême où les deux aimants (46, 48) sont écartés de leurs positions situées en regard des circuits électriques (50, 52) des capteurs. 13. Levier selon la revendication 12, caractérisé en ce que sa partie inférieure (66) située sous les axes de sélection et d'engagement de vitesse (24, 28) comprend des moyens (68) d'entraînement d'un organe pivotant (70) relié par une tringlerie (74) à la boite de vitesses du véhicule, ces moyens d'entraînement étant dégagés de l'organe pivotant (70) quand le levier est dans sa position médiane et dans l'une de ses positions extrêmes et venant en prise avec l'organe pivotant (70) quand le levier est dans son autre position extrême. 14. Levier selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de blocage, tel qu'un électroaimant (74) par exemple, permettant de verrouiller le levier dans une position de sécurité.