Brevet FR2933951A1 — publié le 20100122

Dispositif de contrôle d'inclinaison La présente invention concerne un dispositif de contrôle d'inclinaison. Il s'agit donc de contrôler l'inclinaison d'un cadre mobile articulé sur un châssis. Ce problème se pose en particulier sur les tricycles qui connaissent maintenant un fort développement. Un tricycle comporte essentiellement en tant que châssis un essieu à deux roues, un cadre dont une extrémité supporte la troisième roue et une articulation qui relie l'autre extrémité de ce cadre à l'essieu. Afin d'améliorer la sécurité et le confort, il est connu de prévoir que le 10 cadre s'incline dans les virages. Ainsi, le document WO 2004/011324 propose un tricycle dont l'inclinaison du cadre est motorisée au moyen d'un vérin à double effet. Les deux extrémités de ce vérin sont reliées l'une à l'essieu et l'autre au cadre inclinable. La commande du vérin est réalisée en fonction de la force exercée par le 15 conducteur du tricycle sur un palonnier agencé sur l'essieu. Il apparaît que ce tricycle n'apporte pas la sécurité requise à vitesse élevée en courbes. En effet, le cadre qui est soumis à la force centrifuge essentiellement due à la masse du conducteur tend à s'incliner vers l'extérieur du virage. 20 Une telle position du cadre rend la conduite délicate, voire dangereuse. De plus, le conducteur peut être amené malgré lui à commander l'inclinaison du cadre dans le mauvais sens. Le document FR 2 825 672 rapporte une solution pour limiter le risque d'inclinaison à contre-sens. Le tricycle comporte toujours un essieu disposé à 25 l'arrière, un cadre qui supporte la roue avant directrice, une articulation pour raccorder le cadre à l'essieu. II comporte de plus un moyen de blocage de cette articulation qui est commandé par un organe pendulaire. Le but recherché est ici d'éviter un basculement du cadre à l'arrêt ou à vitesse très basse et le mécanisme est donc désactivé dès que la vitesse excède un seuil prédéterminé. 30 Il n'est donc pas prévu de contrôler l'inclinaison du cadre à vitesse élevée. L'organe pendulaire présente une structure mécanique complexe et peut amener un blocage brutal du cadre. Par ailleurs, le document WO 2006/130007 décrit un tricycle dont l'inclinaison est motorisée. La commande de cette motorisation prend en compte 35 un capteur de vitesse, un capteur de direction et un capteur d'accélération latérale. Elle est prévue pour privilégier l'accélération latérale à l'arrêt ou à basse vitesse alors qu'à vitesse élevée, c'est le capteur de direction qui prédomine. Là encore l'inclinaison du cadre n'est pas réellement contrôlée à vitesse élevée. En outre, ce tricycle consomme de l'énergie pour fixer l'inclinaison du cadre, ce qui le pénalise fortement dans le cas des véhicules écologiques à très basse consommation et le rend pratiquement inapplicable dans le cas d'un véhicule non motorisé à propulsion humaine. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif adapté à une articulation passive non motorisée qui permet de contrôler l'inclinaison d'un cadre relativement à un châssis. Selon l'invention, un dispositif comporte : - un châssis, - un cadre inclinable, - une articulation passive permettant l'inclinaison du cadre relativement au châssis, - un moyen de blocage de l'articulation ; de plus, ce dispositif comporte : - un accéléromètre disposé sur le cadre inclinable pour mesurer l'accélération transverse qui lui est perpendiculaire, et un circuit de commande pour activer le moyen de blocage lorsque 20 l'accélération transverse excède un seuil prédéterminé. L'accélération transverse est nulle lorsque le cadre est en équilibre dynamique, que le tricycle se déplace en ligne droite ou en courbe. Par équilibre dynamique, on entend une inclinaison du cadre qui correspond à la résultante de l'accélération radiale et de la pesanteur. Par contre, cette accélération transverse 25 est d'autant plus importante que le cadre s'écarte de l'équilibre dynamique en courbe. Ainsi, le dispositif de l'invention interdit tout mouvement inopiné du cadre au-delà d'une certaine vitesse. Suivant un mode de réalisation préférentiel, le moyen de blocage est un vérin à double effet disposé entre le châssis et le cadre inclinable. 30 Avantageusement, les deux chambres du vérin à double effet sont reliées par deux canalisations unidirectionnelles de sens opposés comportant chacune une vanne. A titre d'exemple, les canalisations unidirectionnelles comportent chacune un clapet anti-retour. 35 Alternativement, les deux chambres du vérin à double effet sont reliées par une canalisation unique comportant une seule vanne. De préférence, le circuit de commande est agencé pour, lorsque l'accélération transverse excède un seuil prédéterminé, fermer celle des vannes qui autorise un déplacement du vérin dans le sens de cette accélération. Ainsi, on interdit au cadre de s'éloigner de la position d'équilibre dynamique mais on lui permet de s'en rapprocher. Suivant une caractéristique additionnelle de l'invention, le circuit de commande est agencé pour déterminer l'ouverture de la vanne en fonction du module de l'accélération transverse. Cette caractéristique permet d'assurer un blocage progressif de 10 l'articulation en évitant chocs ou à-coups. De plus, si le circuit de commande dispose de la vitesse longitudinale de ce dispositif, il est agencé pour déterminer l'ouverture de la vanne en fonction du module de cette vitesse longitudinale. De la sorte, le dispositif est pratiquement inopérant à basse vitesse. 15 De surcroît, le circuit de commande est agencé pour fermer complètement la vanne lorsque le module de la vitesse longitudinale est compris dans une plage prédéterminée. Par ailleurs, le circuit de commande est agencé pour ouvrir complètement les deux vannes lorsque le module de la vitesse longitudinale est 20 nul, soit inférieur à un seuil prédéterminé. Suivant une autre caractéristique additionnelle de l'invention, le circuit de commande comporte un organe de filtrage disposé en aval de l'accéléromètre. II s'agit ici de filtrer les mouvements erratiques du cadre inclinable. Le dispositif trouve une application particulièrement avantageuse lorsqu'il 25 équipe un véhicule, notamment un tricycle. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en se référant aux figures annexées qui représentent : la figure 1, une vue schématique de face d'un tricycle équipé du 30 dispositif de contrôle d'inclinaison, la figure 2, un schéma d'une articulation, plus précisément : - la figure 2a, une vue d'une patte de fixation, - la figure 2b, une vue de cette articulation, - la figure 2c, une vue d'une platine de fixation, 35 - la figure 3, un schéma d'un moyen de blocage, et - la figure 4, une variante du moyen de blocage ci-dessus. Les éléments présents dans plusieurs figures sont affectés d'une seule et même référence. En référence à la figure 1, un tricycle comporte essentiellement un essieu avant directeur 100, un cadre inclinable 200 et une articulation 300 qui 5 permet la rotation du cadre par rapport à l'essieu. L'essieu 100 se présente comme un châssis rectangulaire qui joint la roue avant gauche 131 et la roue avant droite 132. Le cadre 200 est analogue à celui d'une bicyclette. La fourche arrière sur laquelle est fixée la roue arrière 264 n'apparaît pas. Le tube de direction 270 est agencé sur le cadre 200. 10 Un moyen de blocage 400 est agencé entre deux ancrages, le premier 410 solidaire du châssis 100 et le second 420 solidaire du cadre 200. Ces ancrages permettent le pivotement des extrémités du moyen de blocage 400 de sorte que sa position soit coordonnée avec celle du cadre 200. Un accéléromètre 500 est fixé sur le cadre 200, étant entendu qu'il 15 mesure l'accélération de ce cadre dans la direction qui est perpendiculaire à son plan. En référence à la figure 2 un mode de réalisation préférentiel de l'articulation 300 est détaillé. Sur la figure 2a, la patte de fixation comporte trois trous 310 destinés à 20 sa fixation sur le support solidaire de l'essieu 100. Elle comporte également un premier 321, un second 322 et un troisième 323 orifices disposés à 120° par référence au centre du cercle sur lequel ils figurent. Sur la figure 2b, une platine de fixation 281 qui est montée à l'extrémité du cadre 200 comporte un quatrième 324, un cinquième 325 et un sixième 326 25 orifices disposés à 120° par référence au centre du cercle sur lequel ils figurent, ce cercle ayant même diamètre que le cercle sur lequel figurent les trois orifices 321, 322, 323 de la patte de fixation. Sur la figure 2c, l'articulation proprement dite 300 est un élément élastique en caoutchouc qui présente deux faces sensiblement parallèles. Il est 30 ici évidé en son centre pour augmenter son élasticité radiale. II comporte successivement une première 331, une seconde 332, une troisième 333, une quatrième 334, une cinquième 335 et une sixième 336 ouvertures qui débouchent sur chacune de ses deux faces et dont les axes sont perpendiculaires à ces mêmes faces. 35 Ces six ouvertures cylindriques sont disposées à 60° par référence au centre du cercle sur lequel elles figurent, ce cercle ayant même diamètre que ceux sur lesquels figurent les orifices 321, 322, 323 de la patte de fixation et les orifices 324, 325, 326 de la platine de fixation. A titre d'exemple, on peut retenir comme articulation 300 un accouplement élastique commercialisé sous la marque déposée JUBOFLEX par la société PAULSTRA domiciliée 61 rue Marius Aufan, 92305 Levallois-Perret, France. L'articulation 300 est fixée à la patte de fixation au moyen de trois boulons qui traversent l'un, le premier orifice 321 et la première ouverture 331, le deuxième, le deuxième orifice 322 et la troisième ouverture 333, et le troisième, le troisième orifice 323 et la cinquième ouverture 335. De même, un quatrième boulon traverse le quatrième orifice 324 ainsi que la deuxième ouverture 332, un cinquième boulon traverse le cinquième orifice 325 et la quatrième ouverture 334, alors qu'un sixième boulon traverse le sixième orifice 326 et la sixième ouverture 336. On peut imaginer bien d'autres articulations. Par exemple, une articulation élastique peut consister en un tube interne et un tube externe, ces deux tubes concentriques étant liés par une couronne d'élastomère ou de tout autre matériau élastique. Les deux éléments à coupler sont solidarisés l'un au tube interne et l'autre au tube externe. Un point important est que l'articulation oppose une relative résistance à la rotation relative des deux éléments qu'il relie. Autrement dit, cette articulation doit présenter une résistance à la rotation. Ainsi, un simple plot cylindrique doté d'une certaine élasticité fixé d'une part à la patte de fixation et d'autre part à la platine de fixation peut tenir ce rôle. En référence à la figure 3, un mode de réalisation préférentiel de l'organe de blocage 400 est présenté. Il s'agit d'un vérin à double effet dont la première chambre 431 est disposée du côté du châssis 100 et dont la deuxième chambre 432 ainsi que l'axe 433 sont du côté du cadre 200. Une première canalisation 435 permet au fluide de s'écouler uniquement de la première 431 vers la seconde 432 chambre. De même, une deuxième canalisation 445 permet au fluide de s'écouler uniquement de la seconde 432 vers la première 431 chambre. La première 435, respectivement la seconde 445 canalisation, comporte un premier 436, respectivement un second 446, clapet anti-retour pour assurer un sens unique de déplacement du fluide. Par ailleurs, la première 435, respectivement la seconde 445 canalisation comporte une première 437, respectivement une seconde vanne 447. Un circuit de commande 450 tel qu'un microcontrôleur commande les vannes en réponse au signal de sortie de l'accéléromètre qui mesure donc l'accélération transverse du cadre dans la direction perpendiculaire à son plan. Lorsque le cadre est à l'équilibre dynamique, c'est-à-dire lorsque l'accélération transverse est nulle, le microcontrôleur 450 commande l'ouverture des vannes. Lorsque le module de l'accélération transverse excède un seuil prédéterminé, deux cas peuvent se présenter. Si cette accélération est positive, c'est-à-dire si le cadre est trop incliné par rapport à la position d'équilibre, le circuit de commande 450 ferme la deuxième vanne 447 et laisse la première vanne 437 ouverte, ceci dans le cas d'un virage à gauche. Ainsi le vérin ne peut plus s'allonger, mais il a la faculté de se rétracter. Naturellement, dans le cas d'un virage à droite, la commande des deux vannes 437, 447 est inversée. Si par contre le cadre 200 est insuffisamment incliné par rapport à la position d'équilibre, le circuit de commande 450 ferme la première vanne 437 et laisse la seconde 447 ouverte. Ainsi, le vérin peut s'allonger mais il ne peut pas se rétracter. Pour obtenir un fonctionnement fluide du moyen de blocage et éviter un freinage trop brutal du cadre, les deux vannes 437, 447 ne fonctionnent pas en tout-ou-rien mais présentent plutôt une ouverture variable. Le circuit de commande 450 détermine l'ouverture de ces vannes en fonction du module de l'accélération transverse. A titre d'exemple, cette fonction est linéaire, l'obturation totale de la vanne étant commandée pour une accélération égale ou supérieure à une valeur fixée. Il convient de remarquer que l'on peut utiliser un accéléromètre deux axes, ces axes tous deux dans un plan perpendiculaire au cadre 200 étant l'un dans le plan du cadre et l'autre perpendiculaire à ce cadre. L'angle du vecteur accélération dans le repère orthonormé défini par les deux axes du capteur reflète ainsi directement l'écart angulaire par rapport à la position d'équilibre dynamique. Cet écart angulaire peut servir de référence au circuit de commande 450 à la place du module de l'accélération transverse car il s'agit là d'un moyen équivalent. Accessoirement, un capteur de vitesse 600 fournit la vitesse longitudinale du dispositif au circuit de commande 450. Celui-ci inhibe le moyen de blocage lorsque cette vitesse est nulle ou très basse, c'est-à-dire qu'il laisse les deux vannes 437, 447 complètement ouvertes. On évite ainsi de contrarier les mouvements erratiques du cadre, notamment au démarrage du véhicule. II est également possible de prévoir un verrouillage de l'inclinaison du cadre, par exemple pour une utilisation en terrain accidenté. A cet effet une information est adressée au circuit de commande 450 de sorte qu'il commande l'obturation totale des deux vannes 437, 447. Il est également préférable de prévoir un organe de filtrage au sein du circuit de commande 450 pour éviter une commande intempestive des vannes 437, 447 suite à l'apparition d'une accélération transverse erratique. On minimise ainsi l'effet des vibrations ou des aspérités de la chaussée. Cet organe, un filtre passe-bas par exemple, est disposé à la sortie de l'accéléromètre 500. On filtre également les régimes transitoires qui se présentent notamment à vitesse réduite ou en entrée et en sortie de courbe ; on stabilise le fonctionnement en évitant des oscillations de l'asservissement. Le moyen de blocage exposé ci-dessus a pour avantage de présenter une consommation d'énergie extrêmement réduite car les seuls éléments actifs sont les vannes 437, 447. En référence à la figure 4, une variante 401 du moyen de blocage est présentée encore dans le domaine de l'hydraulique. On reprend le même vérin à double effet avec ces deux chambres 431, 432 et son axe 433. Maintenant, une unique canalisation 455 permet au fluide de s'écouler selon le cas uniquement de la première 431 vers la seconde 432 chambre ou de la seconde 432 vers la première 431 chambre. Cette canalisation comporte une seule électrovanne 457. Un capteur d'effort 470 tel qu'une jauge de contrainte est agencé sur l'axe 433 du vérin pour mesurer l'effort longitudinal auquel est soumis cet axe. Un microprocesseur 460 commande l'électrovanne 457 en réponse au signal de sortie du capteur d'effort 470. Le microcontrôleur 470 commande l'ouverture de l'électrovanne lorsque le cadre est à l'équilibre dynamique, c'est-à-dire lorsque l'accélération transverse est nulle. II fait de même lorsque la combinaison des signaux de sortie du capteur d'effort 470 et de l'accéléromètre 500 indique que le cadre tend à se rapprocher de l'équilibre dynamique. Par contre, il commande la fermeture de l'électrovanne 457 lorsque la combinaison des signaux de sortie du capteur d'effort 470 et de l'accéléromètre 500 indique le cadre tend à s'éloigner de l'équilibre dynamique. Toujours dans le domaine de l'hydraulique, on peut envisager l'emploi d'un vérin magnéto-rhéologique. Le fluide circulant dans un tel vérin est chargé de particules ferromagnétiques si bien que sa viscosité est fonction du champ magnétique auquel il est soumis. On peut donc faire varier la résistance à l'écoulement du fluide en utilisant un électroaimant. L'invention s'applique cependant à tout autre mode de réalisation du moyen de blocage pourvu que sa fonction soit de contrôler l'inclinaison d'un cadre 200. A titre d'exemple, on peut prévoir un frein, du type embrayage, à commande électrique, situé dans l'axe de l'articulation 300, ce frein prenant la forme de deux disques concentriques dont l'axe est celui de cette articulation. D'autres solutions sont également disponibles pour l'homme du métier. Il suffit d'adapter la commande compte tenu de l'enseignement de la présente invention. Indépendamment du moyen de blocage, il peut être judicieux de limiter l'inclinaison du cadre 200 au moyen de butées mécaniques (non représentées) dans une plage qui s'étend typiquement de û 15° à + 15°. Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis eu égard à leur caractère concret. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1) Dispositif comportant : - un châssis (100), - un cadre inclinable (200), - une articulation passive (300) permettant l'inclinaison dudit cadre relativement audit châssis, - un moyen de blocage (400) de ladite articulation, caractérisé en ce qu'il comporte de plus : - un accéléromètre (500) disposé sur ledit cadre inclinable (200) pour mesurer l'accélération transverse qui lui est perpendiculaire, et - un circuit de commande (450) pour activer ledit moyen de blocage (400, 401) lorsque ladite accélération transverse excède un seuil prédéterminé. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de blocage est un vérin à double effet (400, 401) disposé entre ledit châssis (100) et ledit cadre inclinable (200). 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux chambres (431, 432) dudit vérin à double effet (400) sont reliées par deux canalisations unidirectionnelles (435, 445) de sens opposés comportant chacune une vanne (437, 447). 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites canalisations unidirectionnelles (435, 445) comportent chacune un clapet anti-retour (436, 446). 5) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux chambres (431, 432) dudit vérin à double effet (401) sont reliées par une canalisation unique (455) comportant une seule vanne (457). 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit circuit de commande (450) est agencé pour, lorsque ladite accélération transverse excède un seuil prédéterminé, fermer celle 9desdites vannes (437, 447, 457) qui autorise un déplacement dudit vérin (400, 401) dans le sens de cette accélération. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit circuit de commande (450) est agencé pour déterminer l'ouverture de ladite vanne (437, 447, 457) en fonction du module de ladite accélération transverse. 8) Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que, ledit circuit de commande (450) disposant de plus de la vitesse longitudinale (600) de ce dispositif, il est agencé pour déterminer l'ouverture de ladite vanne (437, 447, 457) en fonction du module de ladite vitesse longitudinale. 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que, ledit circuit de commande (450) est agencé pour fermer complètement ladite vanne (437, 447, 457) lorsque le module de ladite vitesse longitudinale est compris dans une plage prédéterminée. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit circuit de commande (450) est agencé pour ouvrir complètement la ou les vannes (437, 447, 457) lorsque le module de ladite vitesse longitudinale est nul, soit inférieur à un seuil prédéterminé. 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit de commande (450) comporte un organe de filtrage disposé en aval dudit accéléromètre (500). 12) Véhicule équipé d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 13) Véhicule selon la revendication 12, caractérisé en que c'est un tricycle.