Brevet FR3063382A1 — publié le 20180831

-1- La présente invention concerne un dispositif d'indexage de rotor de module de commande, en particulier pour module de commande dont le rotor est à la fois mobile en rotation et en translation. 11 est connu de combiner dans un même module de commande un mouvement de rotation et un mouvement de translation. Ces modules de commande se présentent généralement sous forme d'un module de commande à rotor ou molette, dont le rotor ou la molette est mobile en translation axiale. L'utilisateur peut alors, par exemple, naviguer dans un menu déroulant au moyen 10 de la rotation du rotor, et valider une sélection d'un objet du menu par enfoncement axial dudit rotor. Le repérage de la position en rotation et en translation du rotor, aussi appelé indexage, nécessite alors deux dispositifs d'indexage, un en rotation, un en translation. Pour l'indexage en rotation, le module de commande peut comporter un dispositif 15 d'indexage optique ou magnétique à défilement. Un tel dispositif d'indexage comporte un capteur qui capte le passage de repères lors de la rotation du rotor, par exemple des doigts interrompant un faisceau laser, ou un capteur à effet Hall captant le passage de plusieurs aimants disposés radialement autour d'un arbre du rotor. Pour le repérage en translation, des capteurs de pression, en particulier de type 20 « cloquants » sont utilisés. Les capteurs cloquants sont des capteurs déformables à deux positions stables : compressée et relevée, avec un profil de force fournissant un retour haptique lors de la déformation de l'une dans l'autre. La présence de ces deux capteurs, qui doivent potentiellement être portés par deux circuits imprimés distincts, diminue la compacité du module de commande 25 obtenu, et en augmente le coût. Afin de résoudre au moins partiellement le problème précédemment mentionné, l'invention a pour objet un dispositif d'indexage de rotor de module de commande dont le rotor est mobile en rotation et en translation axiale par rapport à un stator, comportant : 30 un aimant d'aimantation radiale, 3063382 -2- - un capteur d'induction magnétique de l'aimant selon deux directions radiales orthogonales, - une unité de contrôle configurée pour calculer un quotient des inductions magnétiques selon les deux directions orthogonales et pour en déduire une 5 position en rotation du rotor, l'aimant et le capteur d'induction étant disposés axialement l'un au dessus de l'autre, l'un solidaire en rotation du rotor et l'autre du stator, caractérisé en ce que l'unité de contrôle est configurée pour déterminer une valeur de la somme du carré des valeurs de l'induction selon les deux direction orthogonales, et pour en déduire une position axiale du rotor. Le dispositif d'indexage ainsi obtenu combine en un seul détecteur la fonction d'indexage angulaire et d'indexage en translation. Le dispositif d'indexage peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. L'aimant est solidaire du rotor, et le capteur d'induction est solidaire du stator. L'aimant est disposé à une extrémité inférieure d'un arbre axial du rotor. L'aimant prolonge l'arbre en étant de même diamètre. L'aimant est un aimant permanent. Le capteur d'induction comporte deux capteurs à effet Hall, orientés 20 perpendiculairement l'un à l'autre dans le plan radial. L'invention se rapporte aussi au procédé associé d'indexage de la position d'un rotor de module de commande mobile en rotation et en translation par rapport à un stator, le module de commande comportant : - un aimant d'aimantation radiale, 25 - un capteur d'induction magnétique de l'aimant selon deux directions radiales orthogonales, - une unité de contrôle configurée pour déterminer une valeur de la somme du carré des valeurs de l'induction selon les deux directions orthogonales, et pour en déduire une position axiale du rotor. 3063382 -3- L'aimant et le capteur d'induction étant disposés axialement l'un au dessus de l'autre, l'un solidaire en rotation du rotor et l'autre du stator, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes : o mesurer l'induction magnétique selon les deux directions radiales 5 orthogonales, déduire une position angulaire du rotor du signe des valeurs de l'induction selon les deux directions radiales et du quotient des valeurs de l'induction selon les deux directions radiales, o déterminer la somme des carrés de l'induction mesurée selon les deux 10 directions radiales et en déduire une position axiale du rotor. La somme des carrés de l'induction mesurée peut alors en particulier être comparée à une valeur de référence, et en ce que l'unité de contrôle prend en compte un enfoncement du rotor lorsque la somme des carrés de l'induction mesurée est supérieure à la valeur de référence. 15 Enfin, l'invention se rapporte aussi au module de commande, en particulier pour habitacle de véhicule, comportant : - un rotor, destiné à être mis en mouvement par un utilisateur, mobile en rotation et en translation axiale, - un dispositif d'indexage de rotor de module de commande dont le rotor est mobile en rotation et en translation axiale par rapport à un stator, comportant : - un aimant d'aimantation radiale, - un capteur d'induction magnétique de l'aimant selon deux directions radiales orthogonales, - une unité de contrôle configurée pour calculer un quotient des inductions magnétiques mesurées selon les deux directions orthogonales et pour en déduire une position en rotation du rotor, l'aimant et le capteur d'induction étant disposés axialement l'un au dessus de l'autre, l'un 3063382 -4- solidaire en rotation du rotor et l'autre du stator, caractérisé en ce que l'unité de contrôle est configurée pour déterminer une valeur de la somme du carré des valeurs de l'induction selon les deux direction orthogonales, et pour en déduire une position axiale du rotor. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 montre schématiquement un dispositif de commande disposé dans un habitacle de véhicule automobile, 10 la figure 2 montre schématiquement le module de commande en coupe partielle, la figure 3 montre schématiquement les composants principaux d'un capteur d'aimantation selon deux directions orthogonales, les figures 4a, 4b, 4c illustrent des dispositions relatives de l'aimant et du capteur et les mesures d'induction en découlant, 15 les figures 5a, 5b sont des graphes illustrant les inductions magnétiques mesurées selon les directions orthogonales en fonction de la position angulaire du rotor lorsqu'il est relevé et abaissé, la figure 6 est un organigramme reprenant les principales étapes du procédé associé au dispositif des figures précédentes. 20 Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. Les réalisations décrites en faisant référence aux figures sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples 25 caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres modes de réalisation. La figure 1 montre de façon schématique un habitacle 1 de véhicule automobile, avec un module de commande rotatif 100. Le module de commande 100 est installé dans la console centrale du véhicule : 3063382 -5- la paroi du panneau avant verticale ou inclinée, située entre le conducteur et le passager à l'avant du véhicule. Cet emplacement permet au conducteur, qui est ici l'utilisateur U du module de commande 100, d'interagir aisément avec le module de commande 100 tout en l'ayant en périphérie de son champ de vision en situation normale de conduite. 5 Un tel module de commande 100 permet la commande d'au moins une fonction d'un organe du véhicule automobile telle que la commande des fonctions d'un système de climatisation, d'un système audio, d'un système de téléphonie ou encore d'un système de navigation. Le module de commande 100 peut également servir pour les commandes de lève-vitres, de positionnement des rétroviseurs extérieurs ou encore pour 10 le déplacement de sièges motorisés ou pour commander des lumières intérieures, un verrouillage central, un toit ouvrant, les feux de détresse ou les lumières d'ambiance. Le module de commande 100 comporte un rotor 1, destiné à être mis en mouvement par l'utilisateur U. Le module de commande 100 est représenté plus en détail en figure 2. 15 Le rotor 1 est ici de forme circulaire, avec une surface frontale F qui permet de définir au moins localement une normale n dirigée vers l'utilisateur U et parallèle à l'axe de rotation A du rotor 1. Les termes utilisés ci-après tels que « sur », « sous », « au-dessus », « au-dessous », « inférieur », « supérieur » et équivalents sont définis par rapport à la normale N. 20 La surface frontale F peut en particulier porter des décorations, un repère visuel d'indexage (point, flèche), ou un écran d'affichage. La surface frontale F peut en outre comporter des motifs rétroéclairés, par exemple au moyen d'une diode et d'un ou plusieurs guides de lumière, en particulier dans le cadre de la conduite de nuit. Les termes tels que « radial », « axial » et équivalents sont définis par rapport à 25 l'axe de rotation A du rotor 1. Le rotor 1 est mobile par rapport à un stator 3, ici une paroi de la console centrale du véhicule, à la fois en rotation et en translation par rapport à l'axe de rotation A. Le mouvement en translation du rotor 1 comporte en particulier au moins une position stable relevée à laquelle il retourne en l'absence de pression par l'utilisateur U sous l'action d'un ressort type hélicoïdal. En alternative, le rotor 1 peut comporter deux positions stables, relevée et abaissée, une pression le faisant basculer de l'une vers l'autre. 3063382 -6- Le rotor 1 se prolonge axialement vers le bas en un arbre 5, tubulaire de diamètre inférieur au rotor 1, arbre 5 qui interagit notamment avec des mécanismes de guidage en rotation (roulement à bille), et/ou en translation (perçage complémentaire et ressort). Le rotor 1 peut aussi être en prise avec des mécanismes de retour haptique (non 5 représentés) qui fournissent des forces de résistance variables permettant à l'utilisateur U de ressentir et de quantifier son actionnement du rotor 1 sans confirmation visuelle. À son extrémité inférieure, l'arbre 5 comporte un aimant 7, ici un aimant permanent, par exemple un aimant néodyme. L'aimant 7 prolonge axialement l'arbre 5, 10 en étant ici en forme de disque ou palet de même diamètre que l'arbre 5. Les pôles nord N et sud S de l'aimant 7 sont situés dans le plan radial, l'aimantation de l'aimant 5 est donc radiale, et son orientation radiale change avec la rotation du rotor 1 qui entraîne l'arbre 5, qui à son tour entraîne l'aimant 7 en rotation. Avantageusement l'aimant 7 est un aimant permanent, par exemple néodyme, et 15 solidaire du rotor 1. En effet, il ne nécessite alors aucune liaison électrique ou électronique qui nécessiterait des contacts électriques tournants, complexes et coûteux, qui s'usent rapidement et/ou limitent le mouvement de rotation du rotor 1. Axialement sous ledit aimant 7 est placé un capteur d'induction magnétique 9, qui capte le flux magnétique induit par l'aimant 7 selon deux directions orthogonales x, 20 y dans le plan radial. Le capteur d'induction magnétique 9 est placé sur un circuit imprimé 11, et relié à une unité de contrôle 13. L'unité de contrôle 13 comporte une mémoire électronique et des moyens de calcul, dédiés ou bien éventuellement partagés dans un réseau électronique ou informatique global du véhicule. L'unité de contrôle 13 contrôle en particulier une ou 25 plusieurs fonctions du véhicule par exemple au moyen de transistors, circuits intégrés (ASICs ou application specific integrated circuit) ou commutateurs électroniques, et modifie des paramètres de fonction du véhicule (autoradio, éclairage, etc.) lorsque des positions particulières du rotor 1 par rapport au stator 3 sont atteintes. L'aimant 7, le capteur 9 et l'unité de contrôle 13 ainsi qu'éventuellement le 30 circuit imprimé 11 les portant au moins partiellement forment le dispositif d'indexage 101 du module de commande 100. 3063382 -7- Un mode de réalisation de capteur d'induction magnétique 9 est montré plus en détail en figure 3, où ses composants majeurs sont représentés schématiquement. En figure 3 on peut voir que le capteur d'induction magnétique 9 comporte deux capteurs à effet Hall 15x et 15y, orientés perpendiculairement l'un à l'autre de sorte à 5 capter respectivement la composante By selon l'axe x et la composante By selon l'axe y du flux magnétique B induit par l'aimant 7. Pour ce faire, les capteurs à effet Hall 15x, 15y comportent des lames métalliques, parcourues par un courant i perpendiculaire à l'axe x ou y de la composante By ou By à mesurer. L'induction selon l'axe x ou y est alors déterminée au moyen d'une 10 mesure de la tension entre les bords transverses au passage de courant i et à l'aimantation de l'aimant 7 (direction axiale z). Les deux capteurs à effet Hall 15x, 15y peuvent en particulier être encapsulés dans un corps en résine commun pour obtenir un capteur d'induction 9 compact, résistant et étanche. 15 Trois positions relatives de l'aimant 7 et du capteur d'induction 9 sont représentées en figures 4a, 4b et 4c. Les figures 4a, 4b et 4c sont une vue schématique de l'aimant 7 et du capteur d'induction 9 l'un au-dessus de l'autre, avec, en dessous de chaque représentation du système aimant-capteur 7, 9 un diagramme type diagramme bâton illustrant les composantes Bx, By de l'induction magnétique B engendrée par 20 l'aimantation M de l'aimant 7. En figure 4a, l'aimant 7 et le capteur 9 sont séparés par une distance axiale D, l'aimantation M est orientée sensiblement parallèle à l'axe x, en pointant légèrement vers le bas dans le plan xy. . Les valeurs des composantes Bx, By de l'induction magnétique représentées en dessous indiquent donc une composante Bx selon l'axe x importante et 25 positive, la composante By selon l'axe y est alors négative de valeur absolue faible. En figure 4b, l'aimant 7 et le capteur 9 sont séparés par la distance axiale D, et l'aimantation M est orientée entre une direction parallèle à l'axe x et la diagonale y = x. Entre la figure 4a et la figure 4b, l'utilisateur U a modifié la position angulaire du rotor 1 (orientation de M), sans modifier sa position axiale (distance axiale D). Les 30 valeurs des composantes Bx, By représentées en dessous indiquent une composante Bx 3063382 -8- positive, moins importante qu'en figure 4a, avec une composante By plus importante et positive. Entre les figures 4a et 4b, l'induction totale B égale à Bx2 + By2 reste _\1 inchangée. En revanche, le rapport By/Bx est modifié. 5 En figure 4c, l'aimant 7 et le capteur 9 sont séparés par une distance axiale d de valeur inférieure à D, l'aimantation M est orientée sensiblement parallèle à l'axe x, en pointant légèrement vers le bas dans le plan xy comme en figure 4a. Entre les figures 4a et 4c, l'utilisateur U a enfoncé axialement le rotor 1 (distance axiale d) sans en changer la position angulaire (orientation de l'aimantation M de l'aimant 7). 10 Les valeurs des composantes Bx, By de l'induction magnétique représentées en dessous indiquent donc une composante Bx selon l'axe x importante et positive, la composante By selon l'axe y est alors négative de valeur absolue plus faible. En particulier, les composantes Bx et By sont plus grandes en valeur absolue par rapport à la figure 4a. 15 Entre les figures 4a et 4c, l'induction totale B égale à B 2 By2augmente : le rapprochement entre l'aimant 7 et le capteur 9 fait que l'aimant induit un flux magnétique plus important (multiplié par un facteur valant environ D2/d2). En revanche, le rapport By/Bx reste inchangé. Les figures 5a et 5b illustrent plus avant l'effet d'un changement de la distance 20 axiale au niveau des signaux recueillis par l'unité de contrôle 11 au niveau du capteur d'induction 9. Les figures 5a, 5b sont des graphes de l'induction B (en Tesla /) mesurée selon les directions x et y en fonction de la position angulaire 0 (en radians rad) du rotor 1, lorsque le rotor 1 est respectivement axialement relevé (figure 5a) et enfoncé (figure 5b). 25 Sur les figures 5a, 5b on peut voir deux courbes sinusoïdales en fonction de 0 , en quadrature de phase, correspondant respectivement aux composantes Bx et By, de valeur maximale Bo en figure 5a et de valeur maximale B1 supérieure à Bo en figure 5b. La période et le déphasage entre les courbes Bx, By restent cependant inchangés entre les figures 5a et 5b. 3063382 -9- L'unité de contrôle 13 applique alors le procédé 200 illustré en figure 6 pour déterminer la position angulaire et en translation du rotor 1. La figure 6 est un logigramme reprenant les principales étapes du procédé 200 d'indexage de la position en rotation et en translation du rotor 1 du module de 5 commande 100 mis en oeuvre par l'unité de contrôle 13. La première étape 201 du procédé 200 est la mesure ou détermination des valeurs des composantes Bx, By de l'induction B au niveau du capteur 9. Cette détermination se fait par exemple par mesure de la tension aux bornes des capteurs à effet Hall orthogonaux 15x, 15y du capteur d'induction 9. 10 Lors de la deuxième étape 203 du procédé 200, l'unité de contrôle identifie le signe de chaque composante Bx, By, de sorte à déterminer dans quel quart de plan l'aimantation M de l'aimant est orientée. Lors de la troisième étape 205 du procédé 200, l'unité de contrôle calcule le quotient By/Bx qui est égal à la tangente de l'angle 0, tan(0). En prenant 0 = 15 arctan(By/Bx) dans le quart de cercle déterminé en 203, la position angulaire 0 est résolue. Lors de la quatrième étape 207, la somme des carrés des composantes By2 + Bx2 est calculée et comparée à une valeur seuil 131 m2. Si la somme des carrés By2 + Bx2 est plus importante que la valeur seuil Bhm2, l'unité de contrôle 13 déduit en 209 que le 20 rotor 1 est dans une position axiale enfoncée. Si la somme des carrés By2 + Bx2 est moins importante que la valeur seuil Bhm2, l'unité de contrôle 13 déduit en 211 que le rotor 1 est dans une position axiale relevée. La valeur seuil Bhm2 est avantageusement le carré d'une valeur d'induction magnétique atteinte lorsque le rotor 1 est dans une position intermédiaire à une distance 25 comprise entre D et d dans les figures 4a et 4c. Dans le cadre d'un rotor 1 avec plus de deux positions stables (relevé/intermédiaire/abaissé), le nombre de valeurs seuil Bhm et d'étapes de comparaison correspondant doit être augmenté. En alternative, la somme des carrés des composantes By2 + Bx2 peut être utilisée, après étalonnage de l'induction B en fonction de la distance d, D entre l'aimant 7 et le 30 capteur 9 pour calculer directement une valeur de ladite distance d, D et placer ainsi le 3063382 -10- rotor dans des domaines de valeur de distance d, D correspondant à des positions axiales prédéterminées. L'invention permet de combiner dans un seul capteur 9 la détection des positions angulaire 0 et axiales du rotor 1. Le module de commande 100 obtenu est ainsi 5 potentiellement plus compact et moins coûteux. En outre, l'estimation de la position axiale du rotor 1 se fait sans contact mécanique, ce qui augmente la durée de vie potentielle du module de commande 100. REVENDICATIONS1. Dispositif d'indexage de rotor (1) de module de commande (100) dont le rotor (1) est mobile en rotation et en translation axiale par rapport à un stator (3), comportant : . un aimant (7) d'aimantation (M) radiale, . un capteur d'induction (9) magnétique de l'aimant (7) selon deux directions radiales orthogonales (x, y), . une unité de contrôle (13) configurée pour calculer un quotient des inductions magnétiques (Bx, By) selon les deux directions orthogonales (x, y) et pour en déduire une position en rotation (0) du rotor (1), l'aimant (7) et le capteur d'induction (9) étant disposés axialement l'un au dessus de l'autre, l'un solidaire en rotation du rotor (1) et l'autre du stator (3), caractérisé en ce que l'unité de contrôle est configurée pour déterminer une valeur de la somme du carré des valeurs de l'induction selon les deux directions orthogonales (x, y), et pour en déduire une position axiale du rotor (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant (7) est solidaire du rotor, et en ce que le capteur d'induction (9) est solidaire du stator (3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'aimant (7) est disposé à une extrémité inférieure d'un arbre (5) axial du rotor (1). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'aimant (7) prolonge l'arbre (5) en étant de même diamètre. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aimant (7) est un aimant permanent. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur d'induction (9) comporte deux capteurs à effet Hall (15x, 15y), orientés perpendiculairement l'un à l'autre dans le plan radial. 7. Procédé d'indexage de la position d'un rotor (1) de module de commande (100) 3063382 -12- mobile en rotation et en translation par rapport à un stator (3), le module de commande (100) comportant : - un aimant (7) d'aimantation (M) radiale, - un capteur d'induction (9) magnétique de l'aimant (7) selon deux directions 5 radiales orthogonales (x, y), - une unité de contrôle (13) configurée pour déterminer une valeur de la somme du carré des valeurs de l'induction selon les deux directions orthogonales (x, y), et pour en déduire une position axiale du rotor (1). l'aimant (7) et le capteur d'induction (9) étant disposés axialement l'un au dessus 10 de l'autre, l'un solidaire en rotation du rotor (1) et l'autre du stator (3), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes : o mesurer l'induction magnétique (Bx, By) selon les deux directions radiales orthogonales (x, y), déduire une position angulaire (0) du rotor (1) du signe des valeurs de 15 l'induction (Bx, By) selon les deux directions radiales et du quotient des valeurs de l'induction (Bx, By) selon les deux directions radiales (x, y), o déterminer la somme des carrés de l'induction mesurée selon les deux directions radiales (x, y) et en déduire une position axiale du rotor (1). 8. Procédé d'indexage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la 20 somme des carrés de l'induction mesurée est comparée à une valeur de référence (Bhm2), et en ce que l'unité de contrôle (13) prend en compte un enfoncement axial du rotor (1) lorsque la somme des carrés de l'induction mesurée est supérieure à la valeur de référence (Bhm2). 9. Module de commande, en particulier pour habitacle de véhicule, comportant : 25 - un rotor (1), destiné à être mis en mouvement par un utilisateur, mobile en rotation et en translation axiale, - un dispositif d'indexage (101) de rotor (1) de module de commande (100) dont le rotor (1) est mobile en rotation et en translation axiale par rapport à 3063382 -13- un stator (3), comportant : . un aimant (9) d'aimantation (M) radiale, . un capteur d'induction (9) magnétique de l'aimant (7) selon deux directions radiales orthogonales (x, y), 5 . une unité de contrôle (13) configurée pour calculer un quotient des inductions magnétiques (Bx, By) mesurées selon les deux directions orthogonales (x, y) et pour en déduire une position en rotation (0) du rotor (1), l'aimant (7) et le capteur d'induction (9) étant disposés axialement l'un au dessus 10 de l'autre, l'un solidaire en rotation du rotor (1) et l'autre du stator (3), caractérisé en ce que l'unité de contrôle (13) est configurée pour déterminer une valeur de la somme du carré des valeurs de l'induction selon les deux directions orthogonales (x, y), et pour en déduire une position axiale du rotor (1).