Brevet FR2898973A1 — publié le 20070928

Capteur d'angle La présente inventiion concerne un capteur d'angle, en particulier un capteur d'angle pour une colonne de direction d'un véhicule automobile. On connaît différents capteurs d'angle pour colonne de direction pour véhicule automobile. De tels capteurs délivrent par exemple des signaux de la position du volant à un système de direction assistée électrique ( EPS ù pour Electrical power steering). En fonction de l'angle de braquage, l'assistance de direction est plus ou moins forte. Une autre application concerne les systèmes de stabilisation du véhicule ( ESP - Electrical Stabilisation Programm pour programme de stabilisation électrique). Différentes approches technologiques sont aujourd'hui connues et utilisées dans le domaine de l'automobile. Par exemple le document EP 1 074 452 décrit un capteur d'angle fonctionnant avec deux disques codés dont les mots codés sont lus par un capteur de préférence optique. Un premier disque codé est relié fixe en rotation à la colonne de direction et tourne avec celle-ci. Par conséquent, quand le volant tourne de 360 , le disque codé tourne également de 360 . Un deuxième disque codé périphérique est porté rotatif et relié via une transmission réductrice au premier disque. Le facteur de transmission est choisi de telle manière que le deuxième disque tourne de 360 pour l'ensemble de la course rotative du volant. Ce capteur d'angle connu présente un encombrement radial important du fait des disques codés. En effet, pour obtenir une résolution assez fine sur l'ensemble de la course rotative, il est nécessaire d'avoir un nombre important de pistes codées sur chaque disque. SFR7179 Le document EP 0 947 389 décrit un capteur d'angle optique fonctionnant avec des disques codés selon des nuances de gris. Le document EP 1 238 891 décrit un capteur d'angle fonctionnant d'une part avec un disque codé relié fixe en rotation à la colonne de direction et un capteur optique pour déterminer la position angulaire relative de la colonne de direction (mesure sur 360 ) ainsi qu'une unité de mesure par effet Hall du nombre complet de tour du volant magnétique. Une unité de traitement calcule la position angulaire absolue du volant sur toute la course rotative du volant entre -2,5 tours et 2,5 tours. Le document EP 1 574 421 propose une autre alternative pour réaliser un capteur d'angle magnétique permettant de mesurer la position absolue du volant. Dans cet exemple, il y a un disque avec des segments circulaires de pôles magnétiques, en alternance pôle Nord - pôle Sud, dont la position est détectée par deux sondes Hall. Ce premier disque est relié fixe en rotation à la colonne de direction et tourne en même temps que celle-ci. Une roue dentée entraînée par le premier disque à une vitesse correspondant à deux fois la vitesse de rotation du premier disque et présentant un noyau annulaire magnétique avec des sondes Hall permet par combinaison avec des signaux délivrés par les capteurs Hall du premier disque de déterminer la position absolue de la colonne de direction. La présente invention vise à proposer un capteur d'angle alternatif qui soit à la fois fiable et simple et relativement peu encombrant. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur d'angle destiné à mesurer la position angulaire absolue d'un axe tournant, en particulier une colonne de direction d'un véhicule automobile, sur une course rotative à plusieurs tours de rotation, comprenant • une roue d'entraînement destinée à être montée fixe en rotation avec ledit axe tournant, • une roue de mesure de la position angulaire relative de l'axe tournant, ladite roue de mesure étant entraînée par ladite roue d'entraînement, SFR7179 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité compte tour comprenant un élément mobile et des moyens indépendants de ladite roue de mesure pour entraîner de façon intermittente l'élément mobile sur une course de déplacement prédéfinie. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un capteur d'angle selon l'invention d'après un premier mode de réalisation, - la figure 2 est un schéma synoptique de divers composants de mesure du dispositif selon l'invention., - la figure 3 est un diagramme présentant de façon schématique des signaux de mesure et permettant d'expliquer le fonctionnement du capteur d'angle selon l'invention, et - la figure 4 est une vue en perspective d'un capteur d'angle selon l'invention d'après un second mode de réalisation. Sur la figure 1 est représenté un capteur d'angle 1 selon l'invention destiné à mesurer la position absolue d'un axe tournant (non représenté), en particulier une colonne de direction d'un véhicule automobile. Cet axe tournant peut, entre deux butées prédéfinies, faire plusieurs tours complets. Dans le cadre d'une colonne de direction par exemple, le volant tourne par rapport à une position neutre, correspondant à la conduite toute droite, de -2,5 tours à + 2,5 tours, c'est-à-dire sur une plage de -2.5*360 = -900 à +2.5*360 = +900 . L'objectif est donc de mesurer la position angulaire absolue sur toute la plage de mesure allant, dans le présent exemple, de -900 à +900 . A cet effet, le capteur comprend une roue dentée 3, par exemple une bague présentant une denture 5 adaptée, apte à être montée fixe en rotation sur l'axe tournant. Cette roue dentée 3 est maintenue dans un pallier lisse 7 dont on ne voit que la partie boîtier. La denture 7 de la roue d'entraînement 3 engrène avec une roue dentée de 30 mesure 9. SFR7179 Cette roue de mesure 9 comprend en son centre un aimant bipolaire intégré 11 définissant un champ magnétique dont l'axe tourne avec la roue de mesure 9. Un composant 13 de mesure de l'orientation du champ magnétique par effet Hall est placé au dessus de l'aimant 11 de manière que l'on puisse mesurer la position angulaire relative de la roue de mesure 9 et, par conséquent en déduire la position angulaire relative de la roue dentée d'entraînement 3. Bien entendu, d'autres techniques pour mesurer l'orientation du champ magnétique, par exemple par effet magnétorésistif peuvent également être utilisées. La roue de mesure 9 présente avantageusement la particularité que le rapport d'entraînement est choisi de façon qu'elle soit entraînée sur moins de 360 pour un tour complet de la roue d'entraînement. Avantageusement, le produit arithmétique de la multiplication entre d'une part le nombre de déplacements unitaires prédéfinies de l'élément mobile 17 sur un tour de la roue d'entraînement 3 et d'autre part le nombre de dents de la roue de mesure 9 est supérieur au nombre de dents de ladite roue d'entraînement 3. Exprimé par une formule mathématique : Nätain où : Nma;,, ù est le nombre de dents de la roue d'entrainement 3 Nmesure ù est le nombre de dents de la roue de mesure 9 R ù est le nombre de déplacements unitaires prédéfinies de l'élément mobile 17 sur un tour de la roue d'entraînement 3 (dans le présent exemple avec une seule protubérance d'entraînement R=5. Si dans une variante non représentée, on prévoit deux protubérances diamétralement opposées, l'élément mobile est entraîné deux fois pour un tour complet de la roue d'entraînement 3 et donc R=2). De préférence, la course rotative de la roue de mesure est comprise dans une plage entre 300 et 350 , dans le présent exemple une valeur de course de 330 a été choisie pour un tour complet de 360 de rotation de la roue d'entraînement 3. SFR7179 Comme on va le voir plus loin, ce rapport est d'importance, car il permettra de lever des ambiguïtés de mesure qui peuvent éventuellement se présenter dans certaines configurations du dispositif selon l'invention. Pour déterminer le nombre de tours effectués par le volant et donc par la roue d'entraînement 3, le dispositif comprend une unité compte tour présentant d'une part un élément mobile 17 et d'autre part des moyens 19 indépendants de ladite roue de mesure 9 pour entraîner de façon intermittente l'élément mobile 17 sur une course de déplacement prédéfinie. Les moyens 19 pour entraîner de façon intermittente l'élément mobile 17 comprennent au moins une protubérance 21 isolée engrenant avec la denture 22 de l'élément mobile 17 sur une portion de course, c'est-à-dire une unité de déplacement ou un pas de déplacement, pour déplacer l'élément mobile 17 de ladite course de déplacement prédéfinie. Plus en détail, ladite protubérance comprend deux dents 23, 25 de denture définissant une encoche 27 d'entraînement entre-elles. De préférence, ladite protubérance 21 est portée par un anneau 29 agencé fixe en rotation avec ledit axe tournant, ou plus avantageusement encore, réalisé d'une seule pièce avec ladite roue d'entraînement 3. Comme on le voit sur la figure 1, l'élément mobile 17 comprend une roue dentée 20 qui comprend au moins autant de dents que de tours complets à compter. Selon une variante non représentée, l'élément mobile comprend une crémaillère guidée en translation. Selon encore une autre variante non représentée, on peut prévoir qu'il y plusieurs protubérances d'entraînement, par exemple deux, de sorte que le compte tour 25 avance d'une unité non tous les 360 , mais par exemple tous les 180 . L'élément mobile 17, comprend aussi des pôles magnétiques dont la position est déterminée par des capteurs à effet Hall, de préférence des interrupteurs Hall 31. La figure 2 montre un schéma synoptique de divers composants de mesure du dispositif selon l'invention en particulier des interrupteurs Hall 31 et le composant 13 de 30 mesure de l'orientation du champ magnétique. SFR7179 Tous ces composants de mesure sont reliés à une unité de traitement 33. Cette unité de traitement 33 va calculer, à partir des signaux reçus, la position angulaire de la roue de mesure ainsi que la position de la roue dentée 17 pour déterminer la position des nombres de tours effectués, c'est-à-dire les plages d'angle dans lesquelles doit se trouver la roue d'entraînement et donc la colonne de direction. La figure 3 présente un graphe dans lequel des droites 40, 41, 42, 43, 44 représentent des signaux de mesure venant du composant 13 en fonction de la position angulaire de la roue de mesure 9. Pour chaque tour complet effectué de la roue de mesure 9, on a donc une droite. De plus, on a représenté sur ce graphe par des niveau de gris différents des tours de la roue d'entraînement l 3 et donc de la colonne de direction. Dans le présent exemple, on va donc définir que le premier tour couvre la plage d'angles de -900 à -540 , le deuxième tour la plage d'angle entre -540 à -180 , le troisième tour la plage d'angle entre -180 à +180 , le quatrième tour la plage d'angle entre +180 à +540 et finalement le cinquième tour la plage entre +540 à +900 . Prenons, par exemple le point de mesure 45 sur la figure 3. Dans ce cas, le composant 13 donne une position angulaire relative de la roue de mesure 9 de 150 et les interrupteurs Hall 31 un signal correspondant au tour N 2 de la colonne de direction et donc du volant. L'unité de traitement 33 en déduit que la position absolue de la colonne de direction est de -360 . Rappelons que la roue de mesure 9 ne fait dans le présent exemple qu'une rotation de 330 pour une rotation de 360 de la roue d'entraînement 3. Cette disposition permet avantageusement de lever des incohérences et en plus de résoudre des éventuelles pertes de la position absolue lorsqu'il y a par exemple une coupure de courant, ou lorsque le capteur a été mis en veille ou éteint, lorsque le véhicule a été arrêl:é. De plus, cette disposition permet de s'affranchir de moyens coûteux pour mesurer précisément la position de la roue compte-tour 17 à la charnière de deux tours, par exemple autour de -540 . SFR7179 En effet, les moyens de traitement 33 comprennent en outre des moyens 35 de vérification de la cohérence entre la position angulaire relative de la roue de mesure et l'élément mobile. Prenons comme exemple le point de mesure 50. On va supposer que le composant 13 a délivré un signal correspondant à un angle relatif de 345 et, par incertitude de mesure par exemple, que les composants 31 ont délivrés un signal correspondant à Tour N 1 , c'est-à-dire la plage d'angles comprises entre -900 et - 540 . Dans ce cas, les moyens de vérification de la cohérence 35 relèvent une incohérence, car pour le tour N 1, seul les positions angulaires de 0 à 330 comme position angulaire relative de la roue de mesure sont acceptables. Dans ce cas, l'unité 33 procède elle-même à la correction, car une valeur de position relative de 345 entre le tour N 1 et le tour N 2 ne peut qu'appartenir qu'au tour N 2 comme on le voit sur le graphe. La figure 3 présente donc pour chaque tour une zone grise 60 qui constitue des valeurs incohérentes avec les valeurs de mesure de la position angulaire relative de la roue de mesure 9. Des flèches 62 et 64 montrent les corrections à apporter au nombre de tours mesurés en cas d'incohérence. Ainsi, les flèches 62 indiquent qu'il faut augmenter le nombre de tours alors les flèches 64 indiquent qu'il faut diminuer le nombre de tours mesurés. La figure 4 présente une variante du capteur d'angle selon l'invention. Sur cette figure, les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes numéros de référence. Cette variante se distingue de la figure 1 par le fait que la protubérance 21 est portée par une roue intermédiaire réductrice 90 agencée entre la roue d'entraînement 3 et la roue de mesure 9. Plus en détail, cette roue intermédiaire est réalisée sous la forme d'un pignon à trois étages, à savoir, un étage de denture 70 en prise avec la roue d'entraînement 3, un SFR7179 étage intermédiaire présentant la protubérance 21 et un étage de denture 72 en prise avec la roue de mesure 9. Cette roue intermédiaire 90 ainsi réalisée permet de réduire encore plus l'encombrement du capteur d'angle selon l'invention. Bien entendu, plusieurs variantes du capteur d'angle décrit ci-dessus sont possibles sans sortir du cadre de la présente invention. Ainsi, la détermination de la position angulaire relative aussi bien pour la roue de mesure que pour l'élément mobile peut se faire par tout moyen approprié. Enfin, on précise qu'en particulier pour le bon fonctionnement du capteur en ce qui concerne le fait de relever des éventuelles incohérences de mesure, il est important que l'élément mobile ne soit pas entraîné par la roue de mesure, mais soit entraîné indépendamment die celle-ci. SFR7179 30 REVENDICATIONS 1. Capteur d'angle destiné à mesurer la position angulaire absolue d'un axe tournant, en particulier une colonne de direction d'un véhicule automobile, sur une course rotative à plusieurs tours de rotation, comprenant : • une roue d'entraînement (3) destinée à être montée fixe en rotation avec ledit axe tournant, • une roue de mesure (9) de la position angulaire relative de l'axe tournant, ladite roue de mesure (9) étant entraînée par ladite roue d'entraînement (3), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité compte tour (17 ; 19) comprenant un élément mobile (17) et. des moyens (19) indépendants de ladite roue de mesure pour entraîner de façon intermittente l'élément mobile sur une course de déplacement prédéfinie. 2. Capteur d'angle selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément mobile (17) comprend une denture (22) et en ce que les moyens pour entraîner de façon intermittente l'élément mobile comprennent au moins une protubérance isolée coopérant avec la denture (22) de l'élément mobile (17) sur une portion de course pour déplacer celui û ci de ladite course de déplacement prédéfinie. 3. Capteur d'angle selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite protubérance comprend deux dents (23,25) de denture définissant une encoche d'entraînement entre-elles. 4. Capteur d'angle selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite protubérance (21) est portée par un anneau (29) agencé fixe en rotation avec ledit axe tournant. SFR7179 . Capteur d'angle selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit anneau (29) est réalisé d'une seule pièce avec ladite roue d'entraînement (3). 6. Capteur d'angle selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite 5 protubérance (21) est portée par une roue intermédiaire réductrice (90) agencée entre la roue d'entraînement (3) et la roue de mesure (9). 7. Capteur d'angle selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'élément mobile (17) comprend une roue dentée qui comprend au 10 moins autant de dents que de tours complets à compter. 8. Capteur d'angle selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'élément mobile comprend une crémaillère. 15 9. Capteur d'angle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la roue de mesure (9) est dimensionnée par rapport à la roue d'entraînement de façon qu'elle soit entraînée directement ou par une roue intermédiaire sur moins de 360 pour un tour complet de la roue d'entraînement. 20 10. Capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce le produit arithmétique de la multiplication entre d'une part le nombre de déplacements unitaires prédéfinies de l'élément mobile (17) sur un tour de la roue d'entraînement (3) et d'autre part le nombre de dents de la roue de mesure (9) est supérieur au nombre de dents de ladite roue d'entraînement (3). 25 11. Capteur d'angle selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la roue de mesure est entraînée sur une course rotative comprise dans une plage entre 300 et 350 , de préférence sur une course de 330 pour un tour complet de la roue d'entraînement. SFR71 7912. Capteur d'angle selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre pour la roue de mesure (9) et pour l'élément mobile (17) des composants de mesure à effet Hall (13, 31) et une unité de traitement des signaux (33) pour évaluer la position angulaire absolue de l'axe tournant et en ce que l'unité de traitement comprend en outre des moyens (35) de vérification de la cohérence entre la position angulaire relative de la roue de mesure (9) et l'élément mobile (17). SFR7179