Brevet FR2981745A1 — publié le 20130426

Capteur destiné à détecter le déplacement d'un objet mobile par rapport à un autre objet La présente invention concerne un capteur destiné à détecter le déplacement d'un objet mobile par rapport à un autre objet, un actionneur pour une boîte de vitesse 5 motorisée comportant un tel capteur, ainsi qu'un véhicule automobile comportant un tel actionneur. Une boîte de vitesse motorisée d'un véhicule automobile permet de transmettre la puissance du moteur vers les roues. Elle comporte à cet effet, un arbre d'entrée qui est mis en rotation par le moteur, un ensemble de pignons et un arbre de sortie qui 10 transmet la puissance aux roues. Selon la puissance à délivrer aux roues, certains pignons doivent être en prise les uns avec les autres. Le changement de vitesse s'effectue à l'aide d'un actionneur qui reçoit des ordres d'un calculateur afin de modifier les pignons en prise. La Fig. 1 montre un tel actionneur 10 de l'état de la technique. 15 L'actionneur 10 présente un arbre 11 qui est relié à la boîte de vitesse et, plus particulièrement à des moyens prévus pour déplacer les pignons et ainsi engendrer les changements de vitesse. L'arbre 11 est mobile en rotation autour de son axe comme cela est représenté par la double flèche 12 et il est mobile en translation le long de son axe comme cela 20 est représenté par la double flèche 13. Classiquement l'actionneur 10 comprend également un boîtier 19 et un engrenage 18. Dans le boîtier 19 sont logés les différents éléments constituant l'actionneur 10. L'engrenage 18 est monté coaxial avec l'arbre 11 et, entre autres, il porte un aimant utilisé pour mesurer la vitesse de rotation de l'arbre 11 à l'aide d'une 25 cellule à effet hall. L'engrenage 18 est lié en rotation avec l'arbre 11 mais ce dernier est libre de se déplacer en translation par rapport à l'engrenage 18. L'actionneur 10 comporte également un moyen de déplacement et un bras de levier 14 réalisé dans un matériau nécessairement ferromagnétique et qui s'étend ici dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'arbre 11. Une première 30 extrémité du bras de levier 14 est fixée à l'arbre 11 et une deuxième extrémité du bras de levier 14 est fixée audit moyen de déplacement. Entre les deux extrémités, le bras de levier 14 est en outre, monté à rotation autour d'un axe de rotation perpendiculaire à l'axe de l'arbre 11. Le moyen de déplacement commande le déplacement de la deuxième extrémité entre une première position et une deuxième position. La première extrémité est insérée et bloquée dans une rainure de l'arbre 11. L'arbre 11 et la première extrémité sont ainsi liés par une liaison pivot dont l'axe de rotation est l'axe de l'arbre 11. Ainsi lorsque la vitesse enclenchée de la boîte de vitesse doit être changée, le 5 calculateur commande le moyen de déplacement, ce qui entraîne une rotation du bras de levier 14 autour de son axe de rotation, et donc un déplacement de la première extrémité dudit bras de levier 14, ce qui entraîne alors le déplacement en translation de l'arbre 11 parallèlement à son axe et donc le déplacement des pignons souhaités. Le bras de levier 14 est ainsi mobile entre une première position extrême 10 correspondant à une vitesse enclenchée particulière et une deuxième position extrême correspondant à une autre vitesse enclenchée particulière. La première position extrême et la deuxième position extrême correspondent à des butées, c'est-à-dire que le bras de levier 14 ne peut pas se déplacer de manière à dépasser ces deux positions extrêmes. 15 Pour que le calculateur sache si le bras de levier 14 est dans la première position extrême ou dans la deuxième position extrême, l'actionneur 10 comporte un capteur 20 qui est électriquement relié au calculateur. La Fig. 2 est un agrandissement du capteur 20 qui comporte deux cellules du type à effet Hall 21a et 21b. La première cellule 21a est positionnée de manière à se 20 trouver en regard d'une partie du bras de levier 14 lorsqu'il est dans la première position extrême et la deuxième cellule 21b est positionnée de manière à se trouver en regard de la même partie du bras de levier 14 lorsqu'il est dans la deuxième position extrême. Les deux cellules 21a et 21b sont montées sur un circuit imprimé 22. Sur la face 25 du circuit imprimé 22 opposée à la face portant les deux cellules 21a et 21b, et en face de chaque cellule 21a, 21b, est fixé un aimant 23a, respectivement 23b. Le pôle Sud de chaque aimant 23a, 23b est ici fixé sur le circuit imprimé 22 et le pôle Nord de chaque aimant 23a, 23b est ici orienté à l'opposé de la cellule 21a, 21b correspondante. 30 La Fig. 2 montre également, en traits pointillés, la première position extrême du bras de levier 14 correspondant à une position haute, et la deuxième position extrême du bras de levier 14 correspondant à une position basse, et en traits pleins, une position intermédiaire du bras de levier 14 entre les deux positions extrêmes. La Fig. 3a montre une courbe 25 représentative de l'intensité du champ magnétique généré par les deux aimants 23a et 23b. Chaque pic 25a, 25b représente le champ magnétique généré par l'un des aimants 23a et 23b. La Fig. 3b représente le signal 26a, 26b délivré par chaque cellule 21a, 21b en fonction du champ magnétique qu'elle subit. Dans le mode de réalisation présenté ici, chaque cellule 21a, 21b est du type "Hall effect switch". Ainsi, lorsque le bras de levier 14 est dans la première position extrême, il se trouve en face de la cellule 21a qui est soumise au champ magnétique du pic 25a et la sortie est alors active (26a), et lorsque le bras de levier 14 est dans la deuxième position extrême, il se trouve en face de la cellule 21b qui est soumise au champ magnétique du pic 25b et la sortie est alors active (26b). Entre les deux positions extrêmes, aucune des cellules 21a, 21b n'est active. Ainsi, selon la cellule 21a, 21b qui est active et lui retourne un signal, le calculateur sait dans quelle position extrême se trouve le bras de levier 14. Un tel capteur présente cependant certains inconvénients. Par exemple, il utilise deux cellules à effet Hall et un bras de levier en matériau ferromagnétique ce qui entraîne des surcoûts et limite les possibilités d'intégration. Un objet de la présente invention est de proposer un capteur destiné à détecter le déplacement d'un objet mobile entre deux positions extrêmes en particulier pour un 20 actionneur d'une boîte de vitesse motorisée qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur et qui en particulier permet de réduire significativement les coûts. A cet effet, est proposé un capteur destiné à détecter le déplacement d'un premier objet par rapport à un deuxième objet, ledit capteur comportant: - au moins deux sources magnétiques fixées sur le premier objet à distance l'une 25 de l'autre, les deux champs magnétiques générés par les deux sources magnétiques étant orientés différemment, notamment opposés, - une cellule du type à effet Hall fixée sur le deuxième objet, ladite cellule étant adaptée à générer un signal différent selon le champ magnétique qu'elle détecte, l'une des sources magnétiques étant positionnée de manière à se trouver en vis-à-vis 30 de ladite cellule lorsque le premier objet est dans une première position par rapport au deuxième objet, et l'autre source magnétique étant positionnée de manière à se trouver en vis-à-vis de ladite cellule lorsque le premier objet est dans une deuxième position par rapport au deuxième objet. Le capteur peut comporter exactement deux sources magnétiques ou comporter plusieurs sources magnétiques, chaque source magnétique étant alors associée à une position du premier objet par rapport au deuxième objet. Le premier objet peut se déplacer au moins entre la première position et la 5 deuxième position par rapport au deuxième objet. Le premier objet peut se déplacer par rapport au deuxième objet ailleurs qu'entre la première position et la deuxième position, et ce déplacement peut être détecté. « Les champs magnétiques générés par les deux sources magnétiques sont opposés » signifie que les vecteurs champs correspondant ont une même direction 10 mais des sens opposés. Cela n'a en revanche aucune conséquence quant à la valeur, ou norme, de ces champs magnétiques. La première et la deuxième position, ou deux des positions lorsque plusieurs positions par rapport au deuxième objet peuvent être occupées par le premier objet, peuvent être des positions extrêmes, ou encore de butée, c'est-à-dire que le premier 15 objet ne peut se déplacer par rapport au deuxième objet qu'entre ces deux positions de butée. Le deuxième objet peut être solidaire d'un bâti, par exemple un boîtier d'un actionneur pour boîte de vitesse. En variante, le premier objet est solidaire d'un bâti, notamment du boîtier d'un 20 actionneur pour boîte de vitesse. Selon un mode de réalisation particulier, chaque source magnétique est un aimant. Chaque aimant peut alors présenter ou non les mêmes dimensions et/ou être réalisé avec les mêmes constituants. Deux aimants voisins peuvent être disposés sur le 25 premier objet de manière à ce que le champ magnétique ait la même direction mais un sens opposé d'un aimant à l'autre. Le cas échéant, chaque aimant peut créer un champ magnétique de même valeur. Selon un autre mode de réalisation particulier, chaque source magnétique est une bobine alimentée électriquement. 30 La fixation des sources magnétiques sur le premier objet peut s'effectuer par collage, encliquetage, sertissage, bouterollage, soudure ou autre. La distance entre la cellule de type à effet Hall et les sources magnétiques peut être constante lorsque les sources sont en regard de la cellule de type à effet Hall, c'est-à-dire que la distance entre une première source magnétique et la cellule de type à effet Hall lorsque ladite première source est en regard de ladite cellule peut être égale à la distance entre la deuxième source magnétique et la cellule de type à effet Hall lorsque ladite deuxième source est en regard de ladite cellule. Les sources magnétiques peuvent être fixées le long d'un support du premier objet et ce support peut être réalisé en matériau(x) ferromagnétique(s) ou amagnétique(s). La distance entre deux sources magnétiques, notamment entre les deux sources magnétiques, le long du premier objet peut être supérieure à quelques millimètres, cette distance minimale étant par exemple imposée par le dimensionnement des 10 aimants L'invention propose également un actionneur pour une boîte de vitesse motorisée d'un véhicule automobile comportant un calculateur, ledit actionneur comportant: - un boîtier, 15 - un arbre dont l'une des extrémités est en liaison avec ladite boîte de vitesse et qui est mobile en translation par rapport audit boîtier selon une direction parallèle à son axe, - un moyen de déplacement prévu pour être commandé par ledit calculateur, - un bras de levier dont l'une des extrémités est solidaire de l'arbre et dont l'autre 20 extrémité est solidaire du moyen de déplacement, et qui est monté à rotation autour d'un axe de rotation perpendiculaire à l'axe de l'arbre, et - un capteur selon l'une des variantes précédentes, qui est électriquement relié au calculateur, et où le premier objet est le bras de levier et où le deuxième objet est le boîtier. 25 L'invention propose également un véhicule automobile comportant: - une boîte de vitesse motorisée, - un calculateur, et - un actionneur selon la variante précédente. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, 30 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 représente un actionneur de l'état de la technique pour une boîte de vitesse motorisée, la Fig. 2 montre un agrandissement d'un capteur de l'état de la technique destiné à détecter le déplacement d'un objet mobile entre deux positions extrêmes, la Fig. 3a montre une courbe représentative du champ magnétique généré dans l'actionneur de l'état de la technique, la Fig. 3b montre une courbe représentative de la réponse du capteur de l'état de la technique, la Fig. 4 représente un actionneur selon l'invention pour une boîte de vitesse motorisée, la Fig. 5a et la Fig. 5b représentent un capteur selon l'invention dans deux 10 positions extrêmes d'un objet mobile, la Fig. 6 montre une courbe représentative du champ magnétique généré dans l'actionneur selon l'invention, et les Figs. 7a à 7c montrent les signaux délivrés par la cellule du capteur selon l'invention selon le type de cellules utilisées. 15 La Fig. 4 montre un actionneur 40 pour une boîte de vitesse motorisée d'un véhicule automobile comportant un calculateur. Les éléments communs avec l'actionneur 10 de l'état de la technique portent les mêmes références. L'actionneur 40 présente un boîtier 19 et un arbre 11 dont l'une des extrémités est en liaison avec la boîte de vitesse motorisée, et plus particulièrement avec les 20 moyens prévus pour déplacer les pignons et ainsi engendrer les changements de vitesse. L'actionneur 40 comporte également un moyen de déplacement et un bras de levier 44 dont le matériau n'est plus nécessairement ferromagnétique ce qui permet une réduction du coût de l'actionneur 40. Le bras de levier 44 est solidaire de l'arbre 25 11 par sa première extrémité et du moyen de déplacement par sa deuxième extrémité. Le bras de levier 44 est monté à rotation autour d'un axe de rotation sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'arbre 11 entre ses deux extrémités. Le moyen de déplacement est prévu pour générer un déplacement des éléments auquel il est lié, et il prend par exemple la forme d'un relais électromécanique. 30 Dans le mode de réalisation de l'invention présenté ici, le bras de levier 44 s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'arbre 11. Le fonctionnement de l'actionneur 40 selon l'invention est identique au fonctionnement de l'actionneur 10 de l'état de la technique. C'est-à-dire que sous la commande du calculateur, le moyen de déplacement déplace la première extrémité et donc l'arbre 11. L'arbre 11 se déplace ainsi en translation par rapport au boîtier 19 selon une direction parallèle à son axe. Le bras de levier 44 et l'arbre 11 sont ainsi mobiles entre une première position extrême correspondant ici à une position haute, et une deuxième position extrême correspondant ici à une position basse. Chaque position extrême correspond à une butée, c'est-à-dire que le bras de levier 44 et l'arbre 11 ne peuvent pas se déplacer de manière à dépasser ces deux positions extrêmes. Pour que le calculateur sache si le bras de levier 44 est dans la première position extrême ou dans la deuxième position extrême, l'actionneur 40 comporte un capteur 50 qui est électriquement relié au calculateur. La Fig. 5a montre le capteur 50 lorsque le bras de levier 44 est en position haute et la Fig. 5b montre le capteur 50 lorsque le bras de levier 44 est en position basse. Le capteur 50 comporte deux sources magnétiques 53a et 53b qui sont montées sur le bras de levier 44, le bras de levier formant le premier objet au sens de l'invention, et une cellule du type à effet Hall 51 qui est montée ici sur un circuit imprimé 52, le circuit imprimé 52 formant le deuxième objet au sens de l'invention. Ce circuit imprimé 52 est dans l'exemple considéré solidaire d'un bâti qui est notamment le boîtier de l'actionneur 40. Dans l'exemple décrit, la partie du bras de levier 44 s'étendant parallèlement à l'arbre 11 forme un support sur lequel sont montées les sources magnétiques 53a, 53b. Les deux sources magnétiques 53a et 53b sont montées à distance l'une de l'autre. Le positionnement des deux sources magnétiques 53a et 53b l'une par rapport à l'autre dépend du trajet suivi par le bras de levier 44. Dans le mode de réalisation de l'invention présenté sur les Figs.5a et 5b, le déplacement entre les deux positions extrêmes est un arc de cercle contenu dans un plan vertical qui, du fait des amplitudes de déplacement qui sont réduites, est assimilable sensiblement à une droite verticale et les deux sources magnétiques 53a et 53b sont l'une au-dessus de l'autre. La première source magnétique 53a est positionnée sur le bras de levier 44 de manière à se trouver en regard de la cellule 51 lorsque le bras de levier 44 est dans la première position extrême. La deuxième source magnétique 53b est positionnée sur le bras de levier 44 de manière à se trouver en regard de la cellule 51 lorsque le bras de levier 44 est dans la deuxième position extrême. Chaque source magnétique 53a, 53b génère un champ magnétique et les deux champs magnétiques ainsi générés sont opposés et la cellule 51 est adaptée à générer un signal différent selon la direction du champ magnétique qu'elle détecte. Ainsi la valeur du champ magnétique mesurée par la cellule 51 et transmise au calculateur permet de vérifier quelle source magnétique 53a, 53b est en vis-à-vis de la cellule 51 et donc si le bras de levier 44 est dans l'une ou l'autre des positions extrêmes. Le capteur 50 ainsi constitué est facile à réaliser et à mettre en oeuvre, et il est moins coûteux que celui de l'état de la technique. Un tel capteur 50 permet de détecter de faibles déplacements de l'ordre de quelques millimètres entre deux positions extrêmes d'un objet mobile, à savoir ici le bras de levier 44, par rapport à un objet fixe, à savoir ici le boîtier 19 du capteur 50. En outre, il est possible de positionner les sources magnétiques 53a et 53b à des endroits quelconques du bras de levier 44 sans être lié par la géométrie dudit bras de levier 44. Dans le mode de réalisation de l'invention présenté sur les Figs. 5a et 5b, chaque source magnétique 53a, 53b prend la forme d'un aimant. Le premier aimant 53a présente ici son pôle Sud vers la cellule 51 et le deuxième aimant 53b présente son pôle Nord vers la cellule 51. L'utilisation d'aimants permet d'obtenir un encombrement réduit car ces aimants peuvent être eux-mêmes de tailles réduites. Dans un autre mode de réalisation non représenté, chaque source magnétique peut prendre la forme d'une bobine alimentée éclectiquement. Il est alors possible de choisir la direction du champ magnétique de chaque bobine en choisissant le sens du courant qui la parcourt. De la même manière, dans le mode de réalisation de l'invention présenté sur les Figs. 5a et 5b, les sources magnétiques 53a et 53b sont fixées sur le bras de levier 44 mobile par rapport au circuit imprimé 52 sur lequel est montée la cellule 51 mais il est possible de prévoir un positionnement inverse, c'est-à-dire que la cellule 51 soit montée sur le bras de levier 44 mobile, et que les sources magnétiques 53a et 53b soient fixées sur le circuit imprimé 52 qui est fixe. La Fig. 6 montre une courbe 60 représentative de l'intensité du champ magnétique généré par les deux aimants 53a et 53b. Chaque pic 61a, 61b représente le champ magnétique généré par l'un des aimants 53a et 53b. La cellule 51 peut prendre différentes formes. Par exemple, la cellule 51 peut présenter une sortie analogique dont la tension de sortie est dépendante de l'intensité et de la direction du champ magnétique capté par la cellule 51. La Fig. 7a montre la courbe de la tension de sortie 70 d'une telle cellule 51. Selon la valeur de la tension de sortie, le calculateur peut en déduire la position du bras de levier 44 et s'il est dans l'une ou l'autre des positions extrêmes ou s'il est dans une position intermédiaire. Dans le mode de réalisation de l'invention présenté ici, lorsque la tension de sortie 70 est supérieure à un seuil haut noté ici VH, cela signifie que le bras de levier est en vis-à-vis du deuxième aimant 53b et qu'il est donc dans la deuxième position extrême, et lorsque la tension de sortie 70 est inférieure à un seuil bas noté ici VB, cela signifie que le bras de levier est en vis-à-vis du premier aimant 53a et qu'il est donc dans la première position extrême. Lorsque la tension de sortie 70 est entre les deux seuils VB et VH, cela signifie que le bras de levier est en position intermédiaire. Dans un autre exemple, la cellule 51 peut présenter deux sorties, comme par exemple la cellule de la société Micronas portant la référence HAL 740. La Fig. 7b montre la courbe de tension 71 en sortie de la première sortie. La première sortie est telle que sa tension passe au niveau bas lorsque la cellule 51 est soumise au champ magnétique généré par le pôle Sud d'une source magnétique, c'est- à-dire ici, le premier aimant 53a et sa tension passe au niveau haut lorsque ce champ magnétique disparaît. La Fig. 7c montre la courbe de tension 72 en sortie de la deuxième sortie. La deuxième sortie est telle que sa tension passe au niveau bas lorsque la cellule 51 est soumise au champ magnétique généré par le pôle Nord d'une source magnétique, c'est- à-dire ici, le deuxième aimant 53b et sa tension passe au niveau haut lorsque ce champ magnétique disparaît. Lorsque les deux tensions de sortie 71 et 72 sont au niveau haut, le calculateur en déduit que le bras de levier 44 est en position intermédiaire. Lorsque une seule tension de sortie 71 ou 72 est au niveau haut, le calculateur en déduit que le bras de levier 44 est dans l'une des positions extrêmes, et en fonction de quelle tension de sortie est au niveau haut, le calculateur en déduit dans quelle position extrême est le bras de levier 44. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS1) Capteur (50) destiné à détecter le déplacement d'un premier objet (44) par rapport à un deuxième objet (19), ledit capteur (50) comportant: - au moins deux sources magnétiques (53a, 53b) fixées sur le premier objet et à distance l'une de l'autre, les deux champs magnétiques générés par les deux sources magnétiques (53a, 53b) étant orientés différemment, - une cellule du type à effet Hall (51) fixée sur le deuxième objet, ladite cellule (51) étant adaptée à générer un signal différent selon le champ magnétique qu'elle 10 détecte, l'une des sources magnétiques (53a, 53b) étant positionnée de manière à se trouver en vis-à-vis de ladite cellule (51) lorsque le premier objet (44) est dans une première position par rapport au deuxième objet (19), et l'autre source magnétique (53b, 53a) étant positionnée de manière à se trouver en vis-à-vis de ladite cellule (51) lorsque le 15 premier objet (44) est dans une deuxième position par rapport au deuxième objet (19). 2) Capteur (50) selon la revendication 1, le premier objet étant configuré pour se déplacer au moins entre la première position et la deuxième position par rapport au deuxième objet (19). 3) Capteur (50) selon la revendication 2, la première et la deuxième position étant 20 des positions de butée pour le déplacement du premier objet (44) par rapport au deuxième objet (19). 4) Capteur (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, chaque source magnétique (53a, 53b) étant un aimant. 5) Capteur (50) selon la revendication 4, chaque aimant présentant de mêmes 25 dimensions. 6) Capteur (50) selon la revendication 4 ou 5, chaque aimant créant un champ magnétique de même valeur. 7) Capteur (50) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, deux aimants voisins étant disposés sur le premier objet (44) de manière à ce que d'un aimant à l'autre, le champ magnétique ait la même direction et un sens opposé. 8) Capteur (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, chaque source 5 magnétique (53a, 53b) étant une bobine alimentée électriquement. 9) Capteur (50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le deuxième objet (19) étant fixé à un bâti. 10) Capteur (50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la distance entre la cellule (51) de type à effet Hall et les sources magnétiques (53a, 53b) 10 étant constante lorsque les sources (53a, 53b) sont en regard de la cellule (51) de type à effet Hall. 11) Capteur (50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, les sources magnétiques (53a, 53b) étant fixées le long d'un support du premier objet (44), ce support étant réalisé en matériau(x) ferromagnétique(s) ou amagnétique(s). 15 12) Actionneur (40) pour une boîte de vitesse motorisée d'un véhicule automobile comportant un calculateur, ledit actionneur (40) comportant: - un boîtier (19), - un arbre (11) dont l'une des extrémités est en liaison avec ladite boîte de vitesse et qui est mobile en translation par rapport audit boîtier (19) selon une 20 direction parallèle à son axe, - un moyen de déplacement prévu pour être commandé par ledit calculateur, - un bras de levier (44) dont l'une des extrémités est solidaire de l'arbre (11) et dont l'autre extrémité est solidaire du moyen de déplacement, et qui est monté à rotation autour d'un axe de rotation perpendiculaire à l'axe de l'arbre (11), et 25 - un capteur (50) selon l'une des revendications 1 à 9, qui est électriquement relié au calculateur, et où l'objet mobile (44) est le bras de levier (44) et où l'objet fixe est le boîtier (19).