Brevet FR3080814A1 — publié le 20191108

Description Titre de l'invention : SYSTÈME D'ESSUIE-GLACE POUR PARE-BRISE À SECTEUR DENTÉ RÉFÉRENCE CROISÉE AUX DEMANDES ASSOCIÉES [0001] Cette demande revendique l'avantage de la demande indienne n ° 201811017157, déposée le 7 mai 2018, qui est incorporée dans la présente à titre de référence dans son intégralité. CONTEXTE [0002] La description suivante concerne un système d'essuie-glace de pare-brise (WWS) d'un aéronef et, plus spécifiquement, un WWS d'aéronef à secteur denté. [0003] Un WWS d'un aéronef est utilisé pour nettoyer la pluie, le sable, la poussière, etc. d'un pare-brise. En règle générale, un système WWS comprend un bras d'essuie-glace qui doit se déplacer dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour que le pare-brise reste propre afin que le pilote/copilote ait une bonne visibilité. Le bras d'essuie-glace est généralement déplacé par un arbre relié à un moteur par l'intermédiaire d'un engrenage, mais différentes configurations sont disponibles et chacune a ses propres avantages et inconvénients. [0004] Dans une approche WWS, le moteur est contrôlé pour tourner de manière bidirec- tionnelle et un mécanisme à quatre barres qui pourrait autrement être nécessaire peut être éliminé. Ici, un balayage complet d'une position intérieure à une position extérieure (ou inversement) est réalisé par engrènement entre un engrenage et un pignon sur 90 °. Ainsi, alors que ce système a une capacité d'engrènement sur 360 ° de l'engrenage, seule une partie de l'engrènement est efficacement utilisée pour générer le balayage complet du bras d'essuie-glace en raison de la rotation bidirectionnelle du moteur. Par conséquent, le système sous-utilise ses fonctionnalités, a augmenté son poids, son volume et son encombrement et a une efficacité typiquement faible. BRÈVE DESCRIPTION [0005] Selon un aspect de l'invention, un système d'essuie-glace pour pare-brise (WWS) est fourni. Le WWS comprend un balai d'essuie-glace mobile selon un angle de balayage maximal, un secteur denté, un bras d'essuie-glace couplé, au niveau de ses extrémités opposées, au balai d'essuie-glace et au secteur denté, ainsi qu'un moteur bidirectionnel. Le moteur bidirectionnel comprend un arbre de moteur et un engrenage à pignon disposé sur l'arbre de moteur pour venir en prise avec le secteur denté. Le moteur bidirectionnel peut fonctionner pour entraîner les rotations de l'engrenage à pignon et du secteur denté dans des sens opposés par l'intermédiaire de l'arbre de moteur pour ainsi entraîner des mouvements opposés du balai d'essuie-glace par 2 l'intermédiaire du bras d'essuie-glace, respectivement, sans risque de perte de venue en prise entre l'engrenage à pignon et le secteur denté. [0006] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le balai d'essuie-glace peut être disposé de manière mobile pour se déplacer à travers un pare-brise. [0007] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le secteur denté est conçu sur la base de l'angle de balayage maximal. [0008] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le secteur denté s'étend de manière circonférentielle le long d'un angle légèrement supérieur à l'angle de balayage maximal. [0009] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le secteur denté comprend une partie de secteur denté, un arbre d'essuie-glace autour duquel le secteur denté est rotatif et un bras d'arbre d'essuie-glace auquel le bras d'essuie-glace est couplé, s'étendant radialement vers l'extérieur depuis l'arbre d'essuie-glace. [0010] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, un système de commande en boucle fermée commande les opérations du moteur bidirectionnel. [0011] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le moteur bidirectionnel peut fonctionner pour entraîner indirectement des mouvements vers l'avant et inverses du balai d'essuie-glace et pour appliquer un freinage vers l'avant et un freinage inverse au balai d'essuie-glace. [0012] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, des butées mécaniques empêchent la perte d'engagement entre l'engrenage à pignon et le secteur denté. [0013] Selon un autre aspect de l'invention, un système d'essuie-glace pour pare-brise (WWS) dans lequel un balai d'essuie-glace est mobile sur un angle de balayage maximal d'un pare-brise est fourni. Le WWS comprend un secteur denté, un moteur bidirectionnel comprenant un engrenage à pignon disposé pour venir en prise avec le secteur denté, le moteur bidirectionnel pouvant fonctionner pour entraîner des rotations de l'engrenage à pignon et du secteur denté dans des sens opposés pour ainsi entraîner des mouvements opposés du balai d'essuie-glace, respectivement, sans risque de perte d'engagement entre l'engrenage à pignon et le secteur denté, et un système de commande en boucle fermée pour commander les opérations du moteur bidirectionnel en fonction des positions estimées du secteur denté. [0014] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le secteur denté est conçu sur la base de l'angle de balayage maximal. [0015] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le 3 secteur denté s'étend de manière circonférentielle le long d'un angle légèrement supérieur à l'angle de balayage maximal. [0016] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le secteur denté comprend une partie de secteur denté, un arbre d'essuie-glace autour duquel la partie de secteur denté est rotative et un bras d'arbre d'essuie-glace auquel le bras d'essuie-glace est couplé, s'étendant radialement vers l'extérieur depuis l'arbre d'essuie-glace. [0017] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le système de commande en boucle fermée comprend des capteurs configurés pour détecter une condition de rotation du moteur bidirectionnel et un système de traitement configuré pour générer des signaux de commande permettant de commander le moteur bidirectionnel en fonction de la condition de rotation détectée par les capteurs. [0018] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le moteur bidirectionnel peut fonctionner pour entraîner indirectement des mouvements vers l'avant et inverses du balai d'essuie-glace et pour appliquer un freinage vers l'avant et inverse au balai d'essuie-glace. [0019] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, des butées mécaniques empêchent la perte de venue en prise entre l'engrenage à pignon et le secteur denté. [0020] Selon un autre aspect de l'invention, un procédé d'actionnement d'un système d'essuie-glace pour pare-brise (WWS) dans lequel un balai d'essuie-glace est mobile sur un angle de balayage maximal d'un pare-brise est fourni. Le procédé comprend la venue en prise d'un engrenage à pignon d'un moteur bidirectionnel avec un secteur denté, le secteur denté ayant été conçu sur la base de l'angle de balayage maximal, la détection d'une condition de rotation du moteur bidirectionnel et la commande du moteur bidirectionnel pour entraîner des rotations de l'engrenage à pignon et du secteur denté dans des sens opposés conformément à l'état de rotation détecté pour ainsi entraîner les mouvements opposés du balai d'essuie-glace, respectivement, sans risque de perte d'engagement entre l'engrenage à pignon et le secteur denté. [0021] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le secteur denté s'étend de manière circonférentielle le long d'un angle légèrement supérieur à l'angle de balayage maximal. [0022] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, la commande du moteur bidirectionnel comprend les mouvements indirects vers l'avant et inverses du balai d'essuie-glace et l'application d'un freinage vers l'avant et inverse au balai d'essuie-glace. [0023] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, la commande du moteur bidirectionnel comprend des mouvements indirects vers l'avant 4 du balai d'essuie-glace, l'application d'un freinage vers l'avant au balai d'essuie-glace lorsque la condition de rotation détectée indique que le balai d'essuie-glace atteint une limite de contact vers l'avant pignon-secteur denté, entraînant indirectement des mouvements inverses du balai d'essuie-glace et l'application d'un freinage inverse au balai d'essuie-glace lorsque la condition de rotation détectée indique que le balai d'essuie-glace atteint une limite de contact inverse pignon-secteur inversé. [0024] Selon des modes de réalisation supplémentaires ou d'autres modes de réalisation, le procédé comprend en outre l'arrêt mécanique des mouvements opposés du balai d'essuie-glace. [0025] Ces avantages et caractéristiques, ainsi que d'autres, deviendront plus évidents à partir de la description suivante, prise conjointement avec les figures. Brève description des dessins [0026] L'objet, qui est assimilé à l'invention, est particulièrement soulignée et clairement re- vendiquée dans les revendications à la fin de la spécification. Les caractéristiques et avantages de la description qui précèdent, ainsi que d'autres, ressortiront de la description détaillée suivante, prise conjointement avec les figures jointes, dans lesquelles : Fig. 1 [0027] [fig.1] est une vue en perspective d'un système d'essuie-glace pour pare-brise (WWS) selon des modes de réalisation ; Fig. 2 [0028] [fig.21 est un diagramme schématique d'un système de commande en boucle fermée du WWS de la Fig. 1; Fig. 3 [0029] [fig.31 est une représentation graphique d'une programmation de commande du système de commande en boucle fermée de la Fig. 1 ; et Fig. 4 [0030] [fig.41 est un diagramme schématique d'un circuit de commande d'un moteur bidi- rectionnel du WWS de la Fig. 1. [0031] Ces avantages et caractéristiques, ainsi que d'autres, deviendront plus évidents à partir de la description suivante, prise conjointement avec les figures. Description des modes de réalisation [0032] Comme cela sera décrit ci-dessous, l'invention concerne un système d'essuie-glace pour pare-brise (WWS) pouvant permettre des réductions de poids et de volume et une efficacité améliorée. Le WWS comprend un secteur denté qui transmet la puissance mécanique d'un arbre de moteur au bras d'essuie-glace. Le secteur denté est conçu de manière à répondre à une exigence d'angle de balayage d'essuie-glace en ayant une taille d'engrenage optimale et à remplacer un engrenage droit. Le secteur denté entraîne un bras d'essuie-glace selon les instructions émises par une commande de moteur. Le secteur denté peut glisser hors du contact avec un pignon en cas de mauvaise commande de la position d'un arbre de moteur. Par conséquent, les tolérances sont fournies pour le secteur denté qui sont compatibles avec la précision de commande de position du moteur. Ceci assure un facteur de sécurité et sert à garantir un contact continu du secteur denté avec le pignon. [0033] En référence à la Fig. 1, un WWS 10 est fourni et comprend un balai d'essuie-glace 20, un secteur denté 30, un bras d'essuie-glace 40 qui est couplé, au niveau de ses extrémités, au balai d'essuie-glace 20 et au secteur denté 30, et un moteur bidirectionnel 50. Le balai d'essuie-glace 20 peut être disposé de manière mobile sur un angle de balayage maximal d'un pare-brise d'un véhicule terrestre ou volant, tel qu'un avion ou un hélicoptère. Lorsque le balai d'essuie-glace 20 se déplace le long du pare-brise dans un premier sens ou un sens vers l'avant, le balai d'essuie-glace 20 élimine l'eau, la saleté ou d'autres débris étrangers de la surface du pare-brise et, lorsque le balai d'essuie-glace 20 s'arrête, il change de sens puis se déplace dans le second sens ou le sens inverse, le balai d'essuie-glace 20 élimine l'eau, la saleté ou d'autres débris étrangers accumulés depuis le passage précédent. Le balai d'essuie-glace 20 illustré comprend un élément de balai 21 formé d'un matériau souple, un dos d'élément de balai 22 auquel l'élément de balai 21 est fixé et qui est capable de se conformer à la surface du pare-brise et un élément élastique 23 qui sollicite le dos de l'élément de balai 22 vers un contact accru avec le pare-brise. Le bras d'essuie-glace 40 est couplé à l'élément élastique 23 par l'intermédiaire d'une charnière, d'une broche de connexion ou d'une autre liaison appropriée, de sorte qu'une rotation relative entre le bras d'essuie-glace 40 et l'élément élastique 23 est autorisée. [0034] Selon des modes de réalisation, le balai d'essuie-glace 20 se déplace dans le sens vers l'avant sur une certaine plage angulaire (appelée ici « angle de balayage ») puis se déplace dans le sens inverse sur la même plage angulaire. Un angle de balayage maximal est l'angle de balayage maximal que le balai d'essuie-glace 20 est conçu pour traverser afin de garantir que le pare-brise peut être dégagé sans que le balai d'essuie-glace 20 ne vienne au contact d'un autre balai d'essuie-glace ou d'une structure de support du pare-brise. [0035] Le secteur denté 30 comprend une partie de secteur denté 31, un arbre d'essuie-glace 32 autour duquel la partie de secteur denté 31 est rotative et un bras d'arbre d'essuie-glace 33 auquel le bras d'essuie-glace 40 est couplé par l'intermédiaire d'un assemblage à charnière, d'une broche de connexion ou d'une autre connexion appropriée de sorte qu'une rotation relative entre le bras d'essuie-glace 40 et le bras d'arbre d'essuie-glace 33 est permise. Le bras d'arbre d'essuie-glace 33 s'étend ra- 6 dialement vers l'extérieur de l'arbre d'essuie-glace 32. Avec cette configuration, lorsque la partie de secteur denté 31 tourne autour de l'arbre d'essuie-glace 32 dans un premier sens ou sens vers l'avant (par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre), le bras d'arbre d'essuie-glace 33 entraîne une translation du bras d'essuie-glace 40 qui, à son tour, entraîne le mouvement vers l'avant du balai d'essuie-glace 20 le long du pare-brise. Lorsque la partie de secteur denté 31 tourne autour de l'arbre d'essuie-glace 32 dans un second sens ou sens inverse (par exemple, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre), le bras d'arbre d'essuie-glace 33 entraîne une translation du bras d'essuie-glace 40 qui, à son tour, entraîne le mouvement inverse du balai d'essuie-glace 20 le long du pare-brise. [0036] La partie de secteur denté 31 comprend un secteur de moyeu 310 et une denture 311 disposée le long d'une surface extérieure du secteur de moyeu 310. Les parois latérales du secteur de moyeu 310 peuvent être droites ou incurvées vers l'intérieur, comme le montre la Fig. 1, pour réduire un poids de la partie de secteur denté 31 et un poids total du WWS 10. La partie de secteur denté 31 peut être conçue sur la base de l'angle de balayage maximal du balai d'essuie-glace 20 et, en particulier, peut être conçue pour s'étendre de manière circonférentielle le long d'un angle légèrement supérieur à l'angle de balayage maximal du balai d'essuie-glace 20. [0037] Le moteur bidirectionnel 50 comprend un arbre de moteur 51 et un engrenage à pignon 52. L'engrenage à pignon 52 peut être disposé sur l'arbre de moteur 51 et comporte une denture configurée pour venir en prise avec la denture 311 de la partie de secteur denté 31. Le moteur bidirectionnel 50 peut fonctionner pour entraîner les rotations de l'engrenage à pignon 52 et du secteur denté 31 dans les premier et second sens opposés par l'intermédiaire de l'arbre de moteur 51 (par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre) pour ainsi entraîner des mouvements opposés du balai d'essuie-glace 20 par l'intermédiaire du bras d'essuie-glace 40, respectivement, sans risque de perte de venue en prise entre l'engrenage à pignon 52 et le secteur denté 31. [0038] Selon des modes de réalisation, la partie de secteur denté 31 peut être conçue comme suit. Lorsqu'un angle de balayage du balai d'essuie-glace 20 (en degrés) est égal à X, un angle de balayage correspondant au niveau de l'arbre de moteur 51 (avec un rapport d'engrenage de, par exemple, 1 : 70) est égal à X * 70 et un nombre de rotations de l'arbre de moteur 51 est égal à X * 70/360. Si l'on suppose une précision de positionnement de l'arbre de moteur 51 (en degrés) de 15 ° et une précision de position au bras d'essuie-glace 40 (en degrés) de 0,21 ° (15 ° / 70) et un angle de secteur (en degrés) de X ± 5 °, l'angle de balayage maximum requis dans le WWS 10 est d'environ 90 ° pour que le balai d'essuie-glace 20 balaie suffisamment le pare-brise. Par conséquent, la partie de secteur denté 31 peut être conçue avec une circonférence 7 de 100 ° pour assurer que la partie de secteur denté 31 ne se désolidarise pas de l'engrenage à pignon 52 sans ajouter de poids inutile. Un diamètre D de la partie de secteur denté 31 peut être établi sur la base d'un couple requis au niveau du balai d'essuie-glace 20 et la fabrication de la partie de secteur denté 31 est exécutée en tenant compte des contraintes et des résistances de matériau. [0039] En référence aux figures. 2 à 4, le WWS 10 peut en outre comprendre un système de commande en boucle fermée 100 pour commander les opérations du moteur bidirectionnel 50. [0040] Comme l'utilisation du secteur denté 30 représente une réduction inertielle par rapport à un engrenage droit complet, le système de commande en boucle fermée 100 est configuré pour affiner les gains de boucle de vitesse et de courant afin d'encourager le bon déroulement des opérations de mécanisme d'entraînement d'essuie-glaces. En particulier, le système de commande en boucle fermée 100 est configuré pour commander la vitesse et le couple du moteur bidirectionnel 50 sur la base des gains de boucle de vitesse et de courant, qui peuvent être sélectionnés dynamiquement, pour obtenir une commande de moteur adaptative. Une telle commande de moteur adaptative peut être exécutée, par exemple, pour empêcher le secteur denté 30 de ne plus être en contact avec l'engrenage à pignon 52. La commande de moteur adaptative est ainsi conçue pour assurer une venue en prise continue entre le secteur denté 30 et l'engrenage à pignon 52. [0041] Le système de commande en boucle fermée 100 peut inclure un câblage 101 (voir la Fig. 4) qui peut être alimenté selon une séquence de commutation pour entraîner les rotations du moteur bidirectionnel 50, un ou plusieurs capteurs 102 (voir la Fig. 4), tels que des capteurs à effet Hall, qui sont répartis autour du moteur bidirectionnel 50 et une unité de séquence de commutation 103 qui génère la séquence de commutation sous forme de signaux de modulation de largeur d'impulsion (signaux PWM) conformément à une condition de rotation du moteur bidirectionnel 50 tel que détecté par les capteurs 102 et conformément à des commandes de rapport cyclique et à une commande d'inversion de sens qui sont générées par des caractéristiques supplémentaires du système de commande en boucle fermée 100. [0042] Comme représenté sur les Figures 2 et 4, les caractéristiques supplémentaires du système de commande en boucle fermée 100 peuvent inclure une unité génératrice de commande de vitesse 104, une première unité de sommation 105, des première et seconde unités de commande intégrales proportionnelles (PI) 106 et 107, une seconde unité de sommation 108 et un élément de commutation 109. L'unité génératrice de commande de vitesse 104 reçoit les résultats de détection des capteurs 102, par exemple les états de Hall des capteurs à effet Hall (voir la Fig. 4) et transmet un signal de référence de vitesse Si à l'unité de sommation 105. Le signal de référence de 8 vitesse Si est combiné à un signal de retour de vitesse dans l'unité de sommation 105, qui délivre un signal combiné S2 à la première unité de commande P1106. La première unité de commande P1106 agit en tant qu'élément de commande de boucle de vitesse et envoie un troisième signal S3 à la seconde unité de sommation 108 dans laquelle le troisième signal S3 est combiné à un signal de retour de courant pour générer un quatrième signal S4. Le quatrième signal S4 est transmis à la seconde unité de commande P1107. La seconde unité de commande P1107 joue le rôle d'élément de boucle de courant et transmet les commande de rapport cyclique sous forme de cinquième signal S5 à l'unité de séquence de commutation 103 par l'intermédiaire de l'élément de commutation 109. L'élément de commutation 109 peut être soit fermé, par lequel l'unité de séquence de commutation 103 reçoit le cinquième signal S5, soit ouvert par un signal de protection de courant. Le signal de protection de courant agit en tant que caractéristique de sécurité qui peut effectivement désexciter le câblage 101 dans le cas où le balai d'essuie-glace 20 atteindrait son point final de balayage. [0043] C'est-à-dire que, dans un fonctionnement du WWS 10 et du système de commande en boucle fermée 100, le système de commande en boucle fermée 100 met le câblage 101 sous tension pour entraîner la rotation vers l'avant du moteur bidirectionnel 50 et un mouvement correspondant du balai d'essuie-glace vers l'avant 20 (voir Fig. 3). Une position de rotation courante du secteur denté 30 est estimée à partir des résultats de détection des capteurs 102 et, dans le cas où le secteur denté 30 atteint sa limite de contact avec l'engrenage à pignon 52, le système de commande en boucle fermée 100 applique effectivement un frein électromagnétique dans le moteur bidirectionnel 50 (par exemple, freinage vers l'avant) qui arrête le mouvement vers l'avant du balai d'essuie-glace 20 (voir Fig. 3. Le système de commande en boucle fermée 100 met ensuite le câblage 101 sous tension pour commander la rotation inverse du moteur bidirectionnel 50 et un mouvement inverse correspondant du balai d'essuie-glace 20 (voir la Fig. 3). Une position de rotation courante du secteur denté 30 est à nouveau estimée à partir des résultats de détection des capteurs 102 et, dans le cas où le secteur denté 30 atteint sa limite de contact avec l'engrenage à pignon 52, le système de commande en boucle fermée 100 applique effectivement un frein électromagnétique dans le moteur bidirectionnel 50 (par exemple, freinage 'inverse) qui arrête le mouvement inverse du balai d'essuie-glace 20 (voir Fig. 3). [0044] Conformément aux modes de réalisation, et en référence à la Fig. 1, le WWS 10 peut en outre comporter des caractéristiques de butée mécanique 80 servant à empêcher mécaniquement la rotation du secteur denté 30 étant le point où le secteur denté 30 est découplé de l'engrenage à pignon 52. Comme indiqué dans la FIG. 1, les caractéristiques de butée mécanique 80 peuvent inclure ou être fournies sous la forme de denture d'extrémité, qui sont plus grandes et d'une forme différente de celle de l'autre 9 denture 311 de la partie secteur denté 31 et qui sont configurées pour empêcher toute rotation ultérieure du secteur denté 30 ou de l'engrenage à pignon 52 une fois en prise avec l'engrenage à pignon 52. Les caractéristiques de butée mécanique 80 peuvent également inclure ou être fournies en tant que bouchons mécaniques qui interfèrent avec les rotations du secteur denté 30 au-delà de certains points. [0045] Les avantages des caractéristiques décrites ici sont une conception optimisée du secteur denté 30 permettant de réduire le poids et le volume de près de 30%, de réduire les coûts et d'améliorer l'efficacité globale du WWS 10. Le WWS 10 est capable de répondre aux exigences de conception de divers véhicules, incluant, mais sans s'y limiter, les hélicoptères à couple moyen-faible et les avions à couple élevé. [0046] Bien que l'invention soit fournie en détail en relation avec seulement un nombre limité de modes de réalisation, il devrait être facilement compris que l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation divulgués. Au contraire, l'invention peut être modifiée de manière à incorporer un nombre quelconque de variations, modifications, substitutions ou arrangements équivalents non décrits jusqu'ici, mais qui correspondent à l'esprit et à la portée de l'invention. De plus, bien que divers modes de réalisation de l'invention aient été décrits, il convient de comprendre que le ou les modes de réalisation donnés à titre d'exemple peuvent inclure uniquement certains des aspects décrits à titre d'exemple. En conséquence, l'invention ne doit pas être considérée comme limitée par la présente description, mais uniquement par la portée des revendications jointes en annexe. [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31 [Revendication 41 [Revendication 51 [Revendication 61 [Revendication 71 [Revendication 81