Brevet FR2977068A1 — publié le 20121228

La présente invention concerne un instrument de commande, tel qu'un manche d'hélicoptère ou une manette de gaz, et un dispositif de commande intégrant un tel instrument et permettant la commande d'actionneurs. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Certains dispositifs de commande électrique, utilisés par exemple dans le domaine aéronautique pour la commande d'équipements d'aéronefs, sont agencés pour renvoyer au pilote une information représentative d'un ef- fort résistant s'appliquant à l'équipement et s'opposant à la commande du pilote. Il est ainsi connu des dispositifs de commande dits à retour d'efforts utilisés pour commander le déplacement de surfaces mobiles de vol. Ces dispositifs de commande comprennent un instrument de commande qui est destiné à être manipulé par le pilote et qui est relié à un actionneur de déplacement de la surface mobile de vol. L'instrument de commande comporte un manche monté sur une platine de liaison reliée à une chaîne de transmission pour pivoter autour de deux axes principaux. La chaîne de transmission comporte deux moteurs montés chacun autour de l'un des axes principaux. Les moteurs sont reliés à une unité de commande pour servir à la fois comme détecteurs de la position angulaire de la platine autour des axes principaux et comme actionneurs pour s'opposer au déplacement de la platine de liaison de manière à informer le pilote des efforts résistants s'exerçant sur la surface de vol en s'opposant à son déplacement. Pour assurer un tel pilotage des moteurs, l'unité de commande est reliée à un capteur de l'effort exercé sur le manche par le pilote et à un capteur de l'effort résistant s'exerçant sur la surface mobile de vol. Si la détection de l'effort résistant ne pose pas particulièrement de problème, tel n'est pas le cas pour la détection de l'effort appliqué par le pilote. Il est généralement recouru à cette fin à des jauges de contraintes montées sur le support de fixation de la platine de liaison. Cependant, la fixation des jauges de contrainte est problématique et doit être particulière- ment soignée. En outre, l'utilisation sur un aéronef en-traîne des sollicitations vibratoires et thermiques qui rendent délicate la mise en oeuvre de jauges de contraintes sur un dispositif produit en série. Enfin, dans le cadre d'une utilisation prolongée sous des sollicitations mécaniques assez importantes, les systèmes de commande précités peuvent être sujets à une usure entraînant un blocage mécanique, notamment des moteurs, rendant alors le système de commande inopérant. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est donc de proposer un instrument de commande et un dispositif de commande améliorant ceux actuellement mis en oeuvre. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un instru- ment de commande comportant un manche monté sur une platine de liaison reliée à une chaîne de transmission pour être déplaçable selon au moins un axe principal. Le manche est relié à la platine de liaison par une portion élastiquement déformable, et l'instrument comporte un dispositif de détection d'un déplacement du manche par rapport à la platine de liaison selon au moins un axe secondaire parallèle à l'axe principal. L'instrument de commande intègre ainsi un dispositif de détection qui permet d'assurer une mesure des efforts mécaniques au plus court dans la chaîne de transmission offrant alors un gain de place, de poids et de coût. Par ailleurs, l'intégration du dispositif de détection permet, d'une part, un étalonnage et un réglage du dispositif de détection facilités, et d'autre part, un pré-assemblage de l'instrument de commande facilitant et réduisant le temps de montage de l'instrument dans son emplacement. L'invention concerne également un dispositif de commande, permettant de contrôler au moins un équipement via un actionneur, intégrant l'instrument de commande ci- dessus. Le dispositif de commande comprend une unité de commande reliée au dispositif de détection, à l'actionneur, à au moins un capteur déterminant le comportement de l'équipement et à des moteurs montés sur la chaîne de transmission pour détecter des mouvements de la platine de liaison autour des axes principaux et pour en-traîner la platine de liaison en rotation autour des axes principaux en fonction d'instructions provenant de l'unité de commande. La liaison entre le dispositif de détection, l'unité de commande et l'actionneur permet, en cas de grippage de la platine de liaison rendant l'instrument de commande inopérant, de pouvoir poursuivre la commande de l'équipement selon un mode de fonctionnement sans retour d'effort. Ce fonctionnement, dit dégradé, permet de considérablement améliorer la sécurité du pilotage, par exemple, d'un hélicoptère ou d'un aéronef. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers de l'invention en relation avec les figures ci-jointes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue latérale et en coupe d'un premier mode de réalisation d'un instrument de commande selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessus et en coupe selon l'axe AA de l'instrument de commande de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue latérale et en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un instrument de commande selon l'invention ; - la figure 4 est une vue de dessus de l'instrument de commande selon la figure 3 ; - la figure 5 est un schéma fonctionnel d'un dis-positif de détection appliqué au premier mode de réalisation ; - la figure 6 est un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation d'un dispositif de commande selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, l'invention concerne un instrument de commande 1, tel qu'un manche d'hélicoptère, monté sur une platine 2 de liaison à une chaîne de trans- mission symbolisée en 30. La chaîne de transmission 30 comprend notamment deux moteurs électriques 23 dont les arbres sont alignés sur deux axes principaux X' et Y'. La platine de liaison 2 est reliée aux deux arbres de manière à être solidaire en rotation de ceux-ci et donc mobile en rotation autour des axes principaux X' et Y'. La chaîne de transmission comprend par exemple à cette fin un dispositif à cardan intercalé entre la platine de liaison 2 et les arbres des moteurs 23. Le manche comporte un corps principal 3 ayant une première extrémité sur laquelle est fixée une poignée 4 et une deuxième extrémité reliée à la platine de liaison 2 par l'intermédiaire d'une portion élastiquement déformable 5 de sorte que le manche puisse se déplacer selon deux axes secondaires X, Y parallèles aux axes principaux X', Y'. La portion élastiquement déformable 5 a une raideur telle qu'elle transmet sans se déformer à la platine de liaison 2 tout effort exercé sur le manche tant que la chaîne de transmission 30 n'oppose pas un effort résis- tant à ce déplacement qui soit supérieur à un seuil pré- déterminé. Ce seuil prédéterminé est par exemple celui résultant d'un blocage total de la platine de liaison 2 en raison par exemple du grippage d'un ou des deux moteurs 23 ou d'une pignonerie associée aux moteurs. L'instrument de commande 1 comprend également un dispositif de détection d'un déplacement du manche selon les deux axes X, Y par rapport à la platine de liaison 2. Dans le premier mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, un tube 6 solidaire de la platine de liaison 2 entoure, à distance, le corps principal 3 du manche. Le tube 6 a une section transversale de forme complémentaire à celle du manche, ici carrée, et est composé d'une matière électriquement isolante. Chaque paroi interne du tube 6 comprend, sur chaque axe X, Y de dépla- cement du manche, deux d'électrodes 7 disposées en regard et à distance d'électrodes 8 solidaires du manche. Les électrodes 7 et 8 solidaires du manche sont reliées à un circuit de mesure généralement désigné en 40, par exemple intégré dans le manche. De manière à limiter la déformation de la portion déformable 5 et à éviter un contact des électrodes 7 solidaires du tube 6 avec les électrodes 8 du manche, l'extrémité supérieure de chaque face interne du tube 6, du côté de la première extrémité du manche, comporte une butée mécanique 9. Les électrodes 7, 8 sont reliées à une source d'alimentation en énergie électrique pour être sous tension de telle manière qu'un déplacement du manche selon les axes X et Y par rapport à la platine et au tube 6 en- gendre une variation de capacité entre chaque paire d'électrodes 7, 8 en regard. Cette variation de capacité est détectée par le circuit de mesure. A cette fin, chaque paire d'électrodes 7, 8 en regard est reliée à un pont de Wheatstone dont la sortie est reliée à un amplificateur délivrant un signal représentatif de la variation de la capacité. Comme dans le présent mode de réalisation, deux paires d'électrodes 7, 8 sont disposées de chaque côté du manche le long de chacun des axes secondaires X, Y, le circuit de mesure comprend deux ponts de wheatstone pour chaque axe. Lorsque le manche ne subit aucune force et du fait de l'élasticité de la portion 5 élastiquement déformable, le manche 1 est dans une position neutre et les ponts sont équilibrés. Lorsque le manche est déplacé par rapport au tube 6, une variation de capacité est générée par le déplace-ment du manche entre les électrodes 7 solidaires du tube 6 et celles les électrodes 8 du manche selon l'axe X et/ou Y et provoque le déséquilibre des ponts de wheatstone et le circuit de mesure produit un signal représentatif de ce déséquilibre. L'exploitation de ce signal sera décrite plus loin en liaison avec le dispositif de commande de l'invention. Les figures 3 et 4 illustrent un deuxième mode de réalisation de l'instrument de commande selon l'invention. Les éléments identiques ou similaires à ceux du premier mode de réalisation seront désignés dans la description du deuxième mode de réalisation par les mêmes références que celles employées en relation avec le premier mode de réalisation. L'instrument de commande comprend un manche composé d'un corps principal 3 ayant une première extrémité sur laquelle est fixée une poignée 4 et une deuxième extrémité reliée à une platine de liaison 2 par l'intermédiaire d'une portion élastiquement déformable 5 de sorte que le manche puisse se déplacer selon deux axes secondaires X, Y. Le manche comporte également un plateau 10 solidaire du corps principal 3 et perpendiculaire à celui-ci. Le plateau 10 comprend sur chaque axe X, Y de déplacement du manche, et de part et d'autre du corps principal 3, un orifice 11 recevant librement un capteur de type LVDT solidaire de la platine de liaison 2. Chaque capteur comprend une armature support 12, en matériau ferromagnétique, s'étendant dans l'orifice 11 et comportant une partie centrale et, de part et d'autre de la partie centrale, des joues formant des parties latérales 14, 15 s'étendant en regard d'une portion des fa- ces inférieures et supérieures du plateau entourant l'orifice 11 en définissant deux entrefers (E1, E2). La portion du plateau entourant l'orifice forme une armature polaire 13 du capteur. La partie centrale de l'armature support 12 porte une bobine 16, dite d'émission, alimentée en électricité, et deux bobines 17, dites de détection, disposées par-dessus la bobine d'émission 16 de part et d'autre d'une collerette de la portion centrale de l'armature. Les bobines de détection 17 sont traversées par un flux varia- ble dépendant de la position de l'armature polaire 13 par rapport à l'armature support 12. Le fonctionnement du capteur est connu en lui-même et basé sur la variation de reluctance en fonction de la variation différentielle des entrefers E1, E2. A titre d'exemple, la variation des en- trefers E1, E2 est comprise entre 0,05 mm et 0,15 mm. Selon le mode de réalisation présenté, le plateau comporte, selon chaque axe X, Y de déplacement du manche, deux capteurs LVDT redondants fournissant la même information en parallèle. La variation de reluctance est mise en évidence par un circuit de mesure similaire à celui du premier mode de réalisation. Les bobines de réception 17 sont ainsi raccordées selon un montage en pont de wheatstone dont la sortie est reliée à un amplificateur délivrant un signal représenta- tif de la variation de reluctance. La figure 5 illustre plus précisément le circuit de mesure du dispositif de détection. Selon qu'il s'agisse du premier ou deuxième mode de réalisation, les électrodes solidaires du manche 8 ou la bobine d'émission 16 sont alimentées par un générateur sinusoïdal 18. Cette alimentation permet, lors du déplacement du manche selon l'un au moins des deux axes X, Y, de délivrer des signaux électriques représentatifs des variations de capacité is- sues de chaque électrode 7 solidaire du tube 6 ou d'impédance issues des bobines de détection 17. Chaque paire d'électrodes opposées et disposées sur la face in-terne du tube 6 ou chaque paire de bobines de détection 17 est reliée à un amplificateur différentiel 19. Une fois amplifiés, les signaux traversent un démodulateur 20 de sorte qu'une démodulation en quadrature soit appliquée aux signaux afin d'éviter toute diaphonie entre les deux axes de mesure, les signaux devant être déphasés de 90°. La sortie du circuit de mesure est reliée à une unité de commande qui va exploiter ces signaux comme cela va être détaillée dans la description qui suit du dispositif de commande de l'invention. L'invention concerne ainsi également un dispositif de commande, représenté sur la figure 6, destiné à commander les mouvements d'un équipement 25. A cette fin, le dispositif de commande comprend un instrument de commande, tel celui du premier ou du deuxième mode de réalisation ci-dessus, relié par une chaîne de transmission 30 à l'équipement 25. La chaîne de transmission 30 comprend des moteurs 23 comme on l'a vu précédemment et un actionneur 24 relié à l'équipement 25 pour déplacer celui-ci. Le dispositif de commande comprend une unité de commande 22 permettant de réceptionner et envoyer des or- dres de commande et est agencé pour avoir deux modes de fonctionnement, un premier mode dit nominal et un deuxième mode dit dégradé. Dans le mode de fonctionnement nominal, l'actionnement du manche entraîne un mouvement correspon- dant de la platine de liaison 2. Les moteurs 23 reliés mécaniquement à la platine de liaison 2 sont utilisés pour capter les mouvements de la platine de liaison 2 et transmettre un signal correspondant à l'unité de commande 22. L'unité de commande 22 transmet à son tour un ordre de commande à au moins un actionneur 24 pour déplacer l'équipement 25. L'équipement 25 peut être soumis à des efforts s'opposant au déplacement de l'équipement 25. De manière à pouvoir mesurer ces efforts, le dispositif de commande comprend un capteur 26 qui détermine le compor- tement de l'équipement 25. Le capteur 26 transmet l'information recueillie à l'unité de commande 22. L'unité de commande 22 est alors en mesure de piloter les moteurs 23 en retour d'effort de manière à provoquer, en réponse aux contraintes, une force proportionnelle s'opposant au déplacement du manche. Le mode de fonctionnement dégradé est un mode de fonctionnement offrant un niveau de sécurité amélioré lorsque la platine de liaison 2 est bloquée mécanique-ment, par exemple en raison du grippage d'un ou des deux moteurs 23. Dans ce cas, les signaux sortant du dispositif de détection en réponse au déplacement du manche par rapport à la platine de liaison 2 sont transmis à l'unité de commande 22. L'unité de commande 22 calcule un ordre de commande en fonction du déplacement détecté et le transmet à l'actionneur 24 qui commande l'équipement 25 en conséquence. Dans ce mode de fonctionnement dégradé, le manche est déplacé sans retour d'effort mais permet par exemple, lors de situation d'urgence, de poser l'hélicoptère au sol. L'unité de commande est en outre agencée pour exécuter une calibration. Cette phase de calibration est effectuée lorsque les moteurs sont à couple nul et à vitesse nulle et comprend l'étape de mesurer un signal en sortie du dispositif de détection pour déterminer une po- sition neutre du manche. En effet, en fonctionnement normal, lorsque l'arbre de sortie des moteurs n'est soumis à aucun couple ni aucune vitesse, on peut déduire que le manche n'est pas sollicité et se trouve dans la position neutre dans laquelle il a été ramenée par l'élasticité de portion déformable 5. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et sont susceptibles de variantes qui apparaîtront à l'homme de métier sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. Notamment, dans le premier mode de réalisation, les électrodes solidaires du manche peuvent être remplacées par une portion en matériau magnétique et les électrodes solidaires du tube par une bobine s'étendant en regard et à distance de la portion en matériau magnétique. La bobine est alors reliée à l'organe de mesure qui est agencé pour détecter une variation d'un courant in-duit dans la bobine. Il est également possible d'utiliser des potentiomètres. Il sera alors question de mesurer une variation d'indépendance. De même, bien que dans le premier mode de réalisation le manche porte des électrodes en regard d'électrodes solidaires du tube, il n'est pas contraire à l'invention de remplacer les électrodes du manche par un revêtement conducteur recouvrant le manche. Les axes secondaires peuvent être confondus avec les axes principaux. Le manche peut être mobile autour d'un axe seulement. L'invention est applicable à tout type d'instrument de commande comme une manette de commande de 5 gaz. La redondance des capteurs est facultative. La calibration peut être effectuée périodiquement ou une fois en usine. Le manche ou la platine de liaison comprend, sur chaque axe de déplacement du manche, une butée s'opposant à un mouvement du manche au-delà d'une course nominale. Il REVENDICATIONS1. Instrument de commande (1) comportant un manche monté sur une platine de liaison (2) reliée à une chaîne de transmission (30) pour être déplaçable selon au moins un axe principal (X', Y'), caractérisé en ce que le manche est relié à la platine de liaison (2) par une portion élastiquement déformable (5), et en ce que l'instrument (1) comporte un dispositif de détection d'un déplacement du manche par rapport à la platine de liaison (2) selon au moins un axe secondaire (X, Y) parallèle à l'axe principal (X', Y') . 2. Instrument selon la revendication 1, dans le-quel le dispositif de détection comporte un premier élé- ment (8 ; 13) solidaire du manche et un deuxième élément (7 ; 16, 17) solidaire de la platine de liaison (2), au moins un des éléments étant reliés à un organe de mesure d'un déplacement relatif des éléments l'un par rapport à l'autre. 3. Instrument selon la revendication 2, dans le-quel les éléments sont des électrodes (7, 8) reliées à l'organe de mesure, le deuxième élément (7) étant monté sur un tube (6) solidaire de la platine de liaison (2) pour s'étendre en regard et à distance du premier élément (8) de manière à former une capacité et l'organe de me-sure étant agencé pour détecter une variation de capacité entre les deux éléments (7, 8). 4. Instrument selon la revendication 2, dans le-quel le premier élément est une portion en matériau ma- gnétique et le deuxième élément est une bobine qui est montée sur un tube solidaire de la platine de liaison (2) pour s'étendre en regard et à distance du premier élément et qui est reliée à l'organe de mesure, l'organe de me-sure étant agencé pour détecter une variation d'un cou- rapt induit dans le deuxième élément. 5. Instrument selon la revendication 2, dans le-quel le premier élément est une armature polaire (13) solidaire du manche et le deuxième élément comprend une armature support (12) portant une première bobine d'émission (16) et deux bobines de détection (17) qui sont disposés par rapport à la bobine d'émission (16) pour être traversées par un flux variable en fonction d'une position de l'armature polaire (13) par rapport à l'armature support (12). 6. Instrument selon la revendication 2, dans le-quel le dispositif de détection comprend un démodulateur (20) agencé de sorte à éviter une diaphonie entre les axes de mesures. 7. Instrument selon la revendication 2, dans le- quel le dispositif de détection comprend un amplificateur différentiel(19) pour amplifier des signaux relatifs au déplacement du premier élément par rapport au second. 8. Instrument selon la revendication 1, dans le-quel le manche ou la platine de liaison (2) comprend, sur chaque axe de déplacement du manche, une butée (19) s'opposant à un mouvement du manche au-delà d'une course nominale. 9. Dispositif de commande permettant de contrôler au moins un équipement (25) via un actionneur (24) et in- tégrant l'instrument de commande selon l'une des revendications précédentes, le dispositif de commande comprenant une unité de commande (22) reliée au dispositif de détection, à l'actionneur (24), à au moins un capteur déterminant le comportement de l'équipement (25) et à des mo- teurs (23) montés sur la chaîne de transmission (30) pour détecter des mouvements de la platine de liaison (2) au-tour des axes principaux et pour entraîner la platine de liaison (2) en rotation autour des axes principaux en fonction d'instruction provenant de l'unité de commande (22). 10. Dispositif de commande selon la revendication 9, dans lequel l'unité de commande (22) est agencée pour exécuter une calibration lorsque les moteurs (23) sont à couple nul et à vitesse nulle, la calibration comprenant l'étape de mesurer un signal en sortie du dispositif de détection pour déterminer une position neutre du manche. 11. Dispositif de commande selon la revendication 9, dans lequel l'unité de commande (22) est agencée pour exécuter deux modes de fonctionnement : - un premier mode, dit nominal, dans lequel l'unité de commande (22) pilote l'actionneur (24) en fonction de signaux représentatifs des mouvements de la platine de liaison (2) qui sont détectés par les mo- teurs (23), et l'unité de commande (22) pilote les moteurs (23) en retour d'effort en fonction de don- nées provenant du capteur ; un deuxième mode, dit dégradé, dans lequel, la platine de liaison (2) étant au moins en partie bloquée, l'unité de commande (22) pilote l'actionneur (24) en fonction de signaux qui sont transmis par le dispositif de détection et qui sont représentatifs des déplacements du manche par rapport à la platine de liaison (2).