Brevet FR2902185A1 — publié le 20071214

Capteur d'angle La présente invention concerne un capteur d'angle permettant de mesurer la position et le déplacement angulaire d'un axe mobile en rotation, en particulier d'une colonne de direction pour un volant de véhicule automobile. Il existe dans l'état de la technique de nombreux capteurs d'angle. Ces capteurs sont nécessaires en particulier pour des systèmes électroniques EPS (pour Electrical Power Steering , c'est-à-dire un système d'assistance électrique à la conduite) ou ESP (pour Electronic Stability Program , c'est-à-dire le système de stabilité électronique du véhicule). On connaît des capteurs d'angle basés sur des technologies optoélectroniques ou sur des technologies magnétiques avec des capteurs à effet Hall. Il est commun des capteurs connus de disposer d'un élément codeur qui est fixé en rotation à la colonne de direction et d'un capteur de la position de l'élément codeur permettant de mesurer la position angulaire de la colonne de direction. Dans le cas des teclutologies optoélectroniques, l'élément codeur est un disque comportant plusieurs pistes de fentes. Les pistes et l'agencement des diverses fentes sur chaque piste sont conçus de telle façon que chaque position angulaire correspond à un motif unique. Un lecteur optique détermine donc à des intervalles de temps prédéfinis pour chaque piste s'il y a la présence ou non d'une fente, de sorte à en déduire un motif permettant de déterminer avec exactitude la position angulaire de l'axe. Il va de soit que la précision avec laquelle la position angulaire peut être détectée dépend du nombre de pistes du disque codeur. On a noté que la précision demandée par les systèmes EPS ou ESP est en constante augmentation pour atteindre dans certains cas une résolution inférieure à 0,1 , ce qui a pour conséquence une augmentation du nombre de pistes du disque codeur. On comprend aisément que l'augmentation du nombre de piste entraîne automatiquement une augmentation de l'encombrement radial de tels capteurs. Or, l'espace disponible autour des colonnes de direction est de plus en plus réduit. Pour les capteurs d'angle à base de technologie magnétique, l'élément codeur est une bague fixée en rotation à la colonne de direction et comportant en alternance des pôles nord et sud. De façon analogue au capteur optoélectronique, la précision dépend du nombre de pôles disposés en alternance dans la bague. SFR7183 Toutefois, pour des raisons de détectabilité et de faisabilité, les pôles doivent présenter une taille minimale incompressible de sorte qu'il faut augmenter le diamètre de la bague pour atteindre des précisions de résolution angulaire énoncées ci-dessus. Or, l'augmentation du diamètre de la bague entraîne une augmentation de l'encombrement radial du capteur, ce qui est de moins en moins compatible avec les conceptions actuelles de l'espace autour des colonnes de direction dans les véhicules automobiles. La présente invention vise à proposer un capteur d'angle qui puisse répondre aux contraintes de résolution et d'encombrement exposées ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur d'angle pour mesurer la position angulaire en absolu sur un tour d'un axe mobile en rotation, comprenant une roue d'entraînement destinée à être fixe en rotation avec ledit axe mobile en rotation, une roue de mesure entraînée par ladite roue d'entraînement et un capteur de détection de la position angulaire de ladite roue de mesure, caractérisé en ce que le rapport de transmission entre la roue d'entraînement et la roue de mesure est strictement égale à 1. Selon un autre objet de l'invention dans le cadre d'une application multi-tours, il est prévu un dispositif pour mesurer la position angulaire en absolu sur plusieurs tours d'une colonne de direction d'un véhicule automobile entre deux positions rotatives d'extrémité, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur tel que défini ci-dessus et une unité de traitement des signaux en provenance dudit capteur pour déterminer l'angle absolu de la colonne de direction sur un tour, et en ce que l'unité de traitement comprend en outre une entrée pour recevoir un signal correspondant à un nombre de tours de l'axe et des moyens pour déterminer à partir de la position angulaire sur un tour et à partir du signal du nombre de tours une position angulaire absolue multi-tours. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que sur la figure annexée sur laquelle est représentée une vue en perspective d'un capteur d'angle selon l'invention. La figure 1 présente un capteur d'angle 1 selon l'invention pour mesurer la position angulaire en absolu sur un tour d'un axe mobile en rotation (non représenté), tel qu'une colonne de direction d'un véhicule automobile. Ce capteur 1 comprend une roue d'entraînement 3 destinée à être fixe en rotation avec l'axe mobile en rotation (c'est-à-dire par exemple la colonne de direction) dont la position angulaire doit être déterminée. Plus en détail, à l'état monté du capteur, l'axe mobile traverse la roue d'entraînement et celle-ci est fixée sur le pourtour de cet axe, par exemple par collage, par clipsage ou par des formes complémentaires réalisées sur l'axe mobile d'une part et à l'intérieur de la roue d'entraînement d'autre part. La roue d'entraînement est montée dans un pallier 5, par exemple un pallier lisse. SFR7183 De préférence, la roue d'entraînement 3 est une roue dentée. Le capteur comporte de plus une roue de mesure 7 entraînée par ladite roue d'entraînement 3 et un composant 9 de détection de la position angulaire de la roue de mesure 7. La roue de mesure 7 est dans sa version préférée également une roue dentée et est portée en rotation dans un boîtier 11 réalisé de préférence d'une seule pièce avec le pallier 5. Selon l'invention, le rapport de transmission entre la roue d'entraînement 3 et la roue de mesure 7 est strictement égale à 1. Cette caractéristique est obtenue par le fait que la roue d'entraînement 3 et la roue de mesure 7 présentent le même nombre de dents. Par cet agencement avantageux, l'encombrement radial autour de l'axe dont la position angulaire doit être mesurée est réduit au stricte minimum correspondant aux mesures externes du pallier 5 et au prolongement par le boîtier 11, ceci indépendamment de la précision en position angulaire que l'on souhaite obtenir. Cet agencement permet de s'adapter facilement à des espaces réduits disponibles autour des colonnes de direction dans un véhicule automobile. Selon une variante non représentée, on envisage un engrenage conique entre la roue d'entraînement et la roue de mesure, de sorte que l'axe de rotation de la roue de mesure est perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue d'entraînement, ce qui, dans certains cas, permet d'accroître la compacité du capteur selon l'invention. Le composant de détection 9 comporte un aimant unique 13 porté par la roue de mesure 7. L'aimant possède avantageusement une forme de pastille et est reçu dans un logement 15 défini par une jupe circulaire 17. L'aimant 13 est divisé en une moitié N formant pôle nord et une moitié S formant pôle sud. On comprend donc que l'orientation du champ magnétique de l'aimant 13 tourne en fonction de la position de la roue de mesure 7, ceci dans un plan qui est perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue de mesure. Le composant 9 comporte de plus une sonde de mesure 19 de l'orientation du champ magnétique ce qui permet de connaître la position angulaire de la roue de mesure et donc de la colonne de direction. Selon une première variante non représentée, le composant de détection comporte un lecteur optique et la roue de mesure comporte un codage optique pour ce lecteur permettant de déduire la position angulaire de l'axe. Selon mie seconde variante non représentée, le composant de détection comporte une sonde à effet Hall et la roue de mesure comporte un codage magnétique pour cette sonde permettant de déduire la position angulaire de l'axe. Comme on le voit sur la figure, le composant 19 est relié à une unité de traitement 21 qui reçoit les signaux de mesure par exemple d'orientation du champ magnétique pour les convertir en une position angulaire de l'axe mobile. SFR7183 Le présent capteur selon l'invention est un capteur mono-tour . Toutefois, pour élargir son champ d'application, il est prévu que l'unité de traitement 21 comprend en outre une entrée 23 pour recevoir un signal correspondant à un nombre de tours de l'axe ainsi que des moyens pour déterminer à partir de la position angulaire sur un tour et à partir du signal du nombre de tours une position angulaire absolue multi-tours. Ainsi, le capteur selon l'invention est apte pour une application multi-tour d'une colonne de direction. c'est-à-dire pour mesurer la position angulaire en absolu sur plusieurs tours d'une colonne de direction d'un véhicule automobile entre deux positions rotatives d'extrémité (braquage complètement à droite et braquage complètement à gauche). De préférence l'entrée 23 pour recevoir un signal correspondant à un nombre de tours de l'axe est une entrée apte à recevoir un signal de position d'un moteur électrique d'assistance à la direction. On comprend donc que le capteur de la présente invention se distingue par un encombrement radial réduit autour de la colonne de direction sans pour autant nécessiter la diminution de la résolution angulaire. SFR7183 REVENDICATIONS 1. Capteur d'angle (1) pour mesurer la position angulaire en absolu sur un tour d'un axe mobile en rotation, comprenant une roue d'entraînement (3) destinée à être fixe en rotation avec ledit axe mobile en rotation, une roue de mesure (7) entraînée par ladite roue d'entraînement (3) et un composant (9) de détection de la position angulaire de ladite roue de mesure (7), caractérisé en ce que le rapport de transmission entre la roue d'entraînement (3) et la roue de mesure (9) est strictement égale à 1. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue d'entraînement (3) et la roue de mesure (7) comportent chacune des dentures engrenant l'une dans l'autre et en ce que les roues dentées (3,7) présentent le même nombre de dents d'engrenage. 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux roues (3, 7) comportent un engrenage conique de sorte que l'axe de rotation de la roue de mesure est perpendiculaire à l'axe 15 de rotation de la roue d'entraînement. 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le composant (9) de détection comporte un aimant unique (13) porté par la roue de mesure (7) et dont l'orientation du champ magnétique tourne en fonction de la position de la roue de mesure (7) dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue de mesure et en ce que le composant (9) comporte 20 de plus une sonde (19) de mesure de l'orientation du champ magnétique. 5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'aimant (13) possède une forme de pastille et en ce que la roue de mesure (7) présente une jupe circulaire (17) définissant un logement (15) pour l'aimant (13) en forme de pastille. 6. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le composant de 25 détection comporte un lecteur optique et en ce que la roue de mesure comporte un codage optique pour ce lecteur permettant de déduire la position angulaire de l'axe. 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le composant de détection comporte une sonde à effet Hall et en ce que la roue de mesure comporte un codage magnétique pour cette sonde permettant de déduire la position angulaire de l'axe. 30 8. Dispositif pour mesurer la position angulaire en absolu sur plusieurs tours d'une colonne de direction d'un véhicule automobile entre deux positions rotatives d'extrémité, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes et une unité de traitement (21) des signaux en provenance dudit capteur pour déterminer l'angle absolu de la colonne de direction sur un tour, et en ce que l'unité de traitement (21) comprend en outre 35 une entrée (23) pour recevoir un signal correspondant à un nombre de tours de l'axe et des SFR7183moyens pour déterminer à partir de la position angulaire sur un tour et à partir du signal du nombre de tours une position angulaire absolue multi-tours. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'entrée (23) pour recevoir un signal correspondant à un nombre de tours de l'axe est une entrée apte à recevoir un signal de position 5 d'un moteur électrique d'assistance à la direction. SFR7183