Brevet FR3110237A1 — publié le 20211119

L’invention propose une colonne de direction (10) comprenant une base de support destinée à être montée fixe par rapport à un châssis de véhicule, un organe de direction (16) sur lequel est monté un volant de véhicule, l’organe de direction (16) comprenant un arbre de transmission (20) monté à rotation par rapport à la base de support autour d’un axe principal longitudinal (A1), caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un capteur d’effort (32) qui est interposé entre un premier élément non-tournant (34) de la colonne de direction (10) et un second élément non-tournant (36) appartenant soit à la colonne de direction (10), soit au châssis du véhicule. Figure pour l’abrégé : figure 3 COLONNE DE DIRECTION EQUIPEE D’UN DISPOSITIF DE DETECTION DES EFFORTS APPLIQUES SUR LE VOLANT La présente invention concerne une colonne de direction de véhicule, notamment prévue pour être utilisée dans un véhicule automobile apte à fonctionner dans un mode de conduite manuel, ou conduite assistée, et dans un mode de conduite déléguée, ou conduite autonome. Dans un véhicule, la colonne de direction transmet la rotation du volant jusqu’aux roues pour modifier leur orientation, par exemple selon l’ordre suivant: le volant, la colonne de direction, l’axe intermédiaire, la crémaillère et enfin les roues. Certains véhicules automobiles peuvent être équipés d’un système d’aide à la conduite permettant au conducteur de déléguer au moins temporairement la conduite du véhicule à une unité centrale de commande. Il s’agit alors d’un mode de conduite déléguée, ou mode de conduite autonome ou automatique. Dans un tel cas, il est important de savoir détecter l’intention du conducteur de reprendre la conduite en mode manuel. Cette détection de volonté permet au véhicule de s’assurer que le conducteur est conscient que la responsabilité de la conduite lui revient. Le conducteur est acteur dans le fait de revenir à un mode de conduite manuel après une conduite en mode délégué. Il est connu de mesurer la force appliquée par le conducteur sur l’arbre de transmission ou sur le volant afin de détecter la volonté du conducteur de ramener le volant à lui, dans une position de conduite confortable. Toutefois, ce type de solution n’est pas complètement satisfaisant car il nécessite des systèmes de détection parfois complexes et coûteux. Par exemple, certains des systèmes connus nécessitent de mettre en place un raccordement électrique sur une pièce tournante. L’invention vise à remédier aux problèmes mentionnés précédemment en proposant une solution simple et économique. L’invention propose une colonne de direction comprenant : une base de support destinée à être montée fixe par rapport à un châssis de véhicule, un organe de direction sur lequel est monté un volant de véhicule, l’organe de direction comprenant un arbre de transmission monté à rotation par rapport à la base de support autour d’un axe principal longitudinal, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un capteur d’effort qui est interposé entre un premier élément non-tournant de la colonne de direction et un second élément non-tournant appartenant soit à la colonne de direction, soit au châssis du véhicule. Ainsi l’invention permet de détecter les efforts exercés par le conducteur sur le volant de manière précise et déclencher, en fonction de critères prédéterminés, une opération telle que le déplacement du volant pour permettre au conducteur de reprendre les commandes en mode manuel. Selon d’autres caractéristiques avantageuses : - au moins un capteur d’effort est intercalé radialement entre le premier élément non-tournant et le second élément non-tournant ; - au moins un capteur d’effort est intercalé axialement entre le premier élément non-tournant et le second élément non-tournant ; - le premier élément non-tournant est une pièce annulaire d’axe longitudinal qui comporte un premier logement intérieur prévu pour recevoir une bague extérieure d’un roulement de l’arbre de transmission ; - le second élément non-tournant comporte un corps annulaire d’axe longitudinal et un second logement intérieur est aménagé dans le corps annulaire pour recevoir le premier élément non-tournant ; - le second logement intérieur est délimité, d’une part, par une première paroi radiale et par une paroi axiale du corps annulaire et, d’autre part, par une seconde paroi radiale appartenant à un manchon d’extrémité qui est fixé au corps annulaire ; - le second élément non-tournant est fixé sur un tube qui est monté coulissant longitudinalement dans la base de support de manière à pouvoir réaliser le réglage de la position longitudinale du volant , l’arbre de transmission étant relié à la base de support par l’intermédiaire du tube coulissant ; - le premier élément non-tournant est fixé sur la base de support de la colonne de direction, et le capteur d’effort est agencé sur la base de support de la colonne de direction de manière à pouvoir être interposé entre la base de support et un élément du châssis du véhicule ; - chaque capteur d’effort comporte une jauge de déformation ; - au moins un capteur d’effort est configuré pour détecter une force de cisaillement ; - au moins un capteur d’effort est configuré pour détecter une force de compression ou d’extension ; - la colonne comporte plusieurs capteurs d’effort qui sont répartis circonférentiellement autour de l’arbre de transmission ; – la colonne comporte une unité électronique de commande qui est configurée pour utiliser les informations fournies par le ou les capteurs d’effort afin de détecter une séquence haptique particulière appliquée par le conducteur sur le volant et qui est configurée pour déclencher une opération déterminée en fonction de la séquence haptique détectée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : est un schéma qui représente un véhicule automobile équipé d’une colonne de direction conforme aux enseignements de l’invention ; est une vue en coupe axiale longitudinale qui représente la colonne de direction de la figure 1 ; est une vue en coupe axiale longitudinale qui représente un détail de la partie haute de la colonne de direction de la figure 2 montrant l’agencement d’un capteur d’effort conformément à un premier mode de réalisation de l’invention ; est une vue en coupe transversale selon le plan 4-4 de la figure 3 qui représente l’agencement des capteurs d’effort selon le premier mode de réalisation de l’invention ; est une vue similaire à celle de la figure 3 qui représente un second mode de réalisation de l’invention ; est une vue similaire à celle de la figure 4 selon le plan 6-6 de la figure 5 qui représente le second mode de réalisation ; est un bloc-diagramme qui représente la colonne de direction 10 du véhicule de la figure 1 équipée de capteurs d’effort selon l’un des modes de réalisation de l’invention. On a représenté sur la figure 1 un véhicule automobile 11 équipé d’une colonne de direction 10. La colonne de direction 10, qui est représentée plus en détail sur la figure 2, comprend une base de support 12 destinée à être montée fixe par rapport au châssis du véhicule 11, par exemple fixée à une traverse 14. La colonne de direction 10 comprend un organe de direction 16 sur lequel est monté un volant 18 tournant autour d’un axe principal longitudinal A1. La colonne de direction 10 peut aussi être montée à pivotement autour d’un axe transversal B1 pour permettre son réglage en inclinaison. Dans la suite de la description, on utilisera à titre non limitatif une orientation de bas en haut suivant l’axe longitudinal A1, le haut correspondant à l’extrémité axiale munie du volant 18. L’organe de direction 16 comprend un arbre de transmission 20 monté à rotation par rapport à la base de support 12 autour de l’axe principal longitudinal A1. Selon le mode de réalisation représenté ici, l’arbre de transmission 20 porte le volant 18 à son extrémité axiale supérieure et l’arbre de transmission 20 est guidé en rotation à l’intérieur d’un tube 22 qui est monté coulissant longitudinalement dans la base de support 12 de manière à pouvoir réaliser le réglage en profondeur de la colonne de direction 10. Comme représenté sur la figure 3, le guidage en rotation de l’arbre de transmission 20 est ici réalisé au moyen d’un roulement 24 de haut de colonne qui est agencé dans la partie haute du tube 22, entre le tube 22 et la surface axiale externe 26 de l’arbre de transmission 20. Le roulement 24 de haut de colonne comporte ici une bague extérieure de roulement 28, du côté du tube 22, et une bague intérieure de roulement 30, du côté de l’arbre de transmission 20. Selon le premier mode de réalisation, qui est représenté sur les figures 3 et 4, la colonne de direction 10 comporte trois capteurs d’effort 32 qui sont interposés entre un premier élément non-tournant 34 de la colonne de direction 10 et un second élément non-tournant 36 de la colonne de direction 10. Avantageusement, les trois capteurs d’effort 32 sont répartis circonférentiellement autour de l’arbre de transmission 20 de manière régulière, avec un espace d’environ 120 degrés entre chaque capteur d’effort 32. Alternativement, il pourrait n’y avoir qu’un seul capteur d’effort 32 ou seulement deux capteurs d’effort 32 diamétralement opposés par rapport à l’axe longitudinal A1, ou bien quatre capteurs d’effort 32 tous les 90 degrés. Selon ce premier mode de réalisation, chaque capteur d’effort 32 est intercalé radialement entre le premier élément non-tournant 34 et le second élément non-tournant 36. Le capteur d’effort 32 comporte de préférence une jauge de déformation 38 qui est prévue pour détecter une force de cisaillement, c’est-à-dire ici un déplacement relatif du premier élément non-tournant 34 par rapport au second élément non-tournant 36 suivant une direction longitudinale. Ceci permet au capteur d’effort 32 de mesurer la composante longitudinale des efforts exercés par le conducteur sur le volant 18. La jauge de déformation 38 est par exemple du type résistive ou du type piézo-électrique. Dans le cas d’une jauge de déformation 38 du type piézo-électrique, elle est monté précontrainte, ici radialement entre le premier élément non-tournant 34 et le second élément non-tournant 36. D’autres types de jauges de déformation 38 pourraient également être utilisés, notamment des jauges de déformation 38 qui ne nécessite pas d’être montées sous précontrainte. Selon le premier mode de réalisation, le premier élément non-tournant 34 est une pièce annulaire d’axe longitudinal qui comporte un premier logement intérieur 40 prévu pour recevoir la bague extérieure 28 du roulement de haut de colonne 24. Le premier logement intérieur 40 a ici la forme d’une rainure dont la dimension longitudinale est sensiblement égale à la dimension longitudinale de la bague extérieure 28 de manière à ce qu’elle soit retenue longitudinalement dans le premier logement intérieur 40. Le premier élément non-tournant 34 comporte ici une surface axiale extérieure 42. Le second élément non-tournant 36 comporte un second logement intérieur 44 aménagé dans un corps annulaire 46 d’axe longitudinal pour recevoir le premier élément non-tournant 34. Le second logement intérieur 44 est délimité, du côté inférieur, par une première paroi radiale 48 et par une paroi axiale 50 qui forment un épaulement dans lequel le premier élément non-tournant 34 vient se loger axialement. L’extrémité axiale supérieure du second logement intérieur 44 est délimitée par une seconde paroi radiale 52 appartenant ici à un manchon d’extrémité 54 qui est fixé au corps annulaire 46 par tout moyen approprié. Dans le premier mode de réalisation, le second élément tournant 36 est fixé à l’intérieur du tube 22. Chaque capteur d’effort 32 est ici intercalé directement entre la surface axiale extérieure 42 du premier élément non-tournant 34 et la paroi axiale 50 du second logement intérieur 44 du second élément non-tournant 36. Le premier élément non-tournant 34 et le second élément non-tournant 36 permettent de placer le capteur d’effort 32 sous précontrainte radiale si nécessaire de manière à assurer une détection optimale des efforts en cisaillement, lorsque les efforts exercés par le conducteur sur le volant 18 sont transmis à la bague extérieure de roulement 28. Le capteur d’effort 32 mesure donc la composante longitudinale des efforts exercés par le conducteur. Selon un second mode de réalisation, qui est représenté sur les figures 5 et 6, un premier capteur d’effort additionnel 56 est agencé entre la première paroi radiale 48 du second logement intérieur 44 et une paroi radiale inférieure 58 du premier élément non-tournant 34, et un second capteur d’effort additionnel 60 est agencé entre une paroi radiale supérieure 62 du premier élément non-tournant 34 et la seconde paroi radiale 52 du second logement intérieur 44. Les capteurs d’effort additionnel 56, 60 sont par exemple prévus pour détecter chacun une force de compression longitudinale. Alternativement l’un des capteurs additionnels 56, 60 peut être prévu pour détecter une force de cisaillement radiale. Dans ce second mode de réalisation, le capteur d’effort 32, qui est agencé entre la surface axiale extérieure 42 du premier élément non-tournant 34 et la paroi axiale 50 du second logement intérieur 44, peut être prévu pour détecter une force de compression radiale au lieu d’une force de cisaillement. Dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures 5 et 6, il y a plusieurs groupes G1, G2, G3, G4 de capteurs d’effort 32, 56, 60 qui sont répartis circonférentiellement, ici tous les 90 degrés, autour de l’arbre de transmission 20. Chaque groupe G1, G2, G3, G4 de capteurs d’effort 32, 56, 60 comporte ici un capteur d’effort 32 monté en compression radiale entre la surface axiale extérieure 42 du premier élément non-tournant 34 et la paroi axiale 50 du second logement intérieur 44, un premier capteur d’effort additionnel 56 et un second capteur d’effort additionnel 60. Sur la vue de la figure 6, seul le capteur d’effort 32 en compression radiale est visible. Grâce à ces capteurs d’effort additionnels 56, 60, en combinaison avec le capteur d’effort 32, il est possible de détecter toutes les composantes d’une force exercée par le conducteur sur le volant 18 et transmise via l’arbre de transmission 20 au roulement 24 de haut de colonne, c’est-à-dire une force axiale longitudinale, une force selon une direction radiale vers le haut ou vers le bas, et une force selon une direction radiale vers le côté, c’est-à-dire suivant une direction transversale horizontale correspondant à l’axe transversal B1 en considérant le véhicule 11 de la figure 1. On note que dans le cas où il y deux groupes de capteurs d’effort 56, 60 additionnels qui sont configurés pour détecter des efforts en cisaillement et qui ne sont pas diamétralement opposés, comme par exemple le premier groupe G1 et le second groupe G2, il est possible de déterminer la composante verticale et la composante transversale. Selon une variante du second mode de réalisation, il est possible de supprimer un des capteurs d’effort additionnel 56, 60 dans chaque groupe G1, G2, G3, G4. Selon un troisième mode de réalisation (non représenté), le premier élément non-tournant 34 est fixé sur la base de support 12 de la colonne de direction 10 et le second élément non-tournant 36 est agencé sur un élément de châssis du véhicule 11, par exemple sur la traverse 14. Sur la figure 7 on a représenté sous forme de schéma blocs la colonne de direction 10 avec son unité électronique de commande 64 prévue pour contrôler des moteurs de réglage 66 servant à positionner la colonne de direction 10 de manière appropriée. L’unité électronique de commande 64 est configurée pour commander l’inclinaison de la colonne de direction 10 autour de l’axe transversal B1, ce qui permet un réglage en hauteur du volant 18 pour le conducteur. L’unité électronique de commande 64 peut également, à l’aide des moteurs de réglage 66, contrôler la profondeur du volant 18 en réglant la position longitudinale du volant 18 suivant l’axe A1. Avantageusement, l’unité électronique de commande 64 est configurée pour commander le volant 18 dans un état rétracté correspondant au mode de conduite déléguée, où le conducteur n’a pas besoin de manipuler le volant 18, et dans un état standard correspondant au mode de conduite manuel, où le conducteur contrôle la direction du véhicule 11 à l’aide du volant 18. Les capteurs d’effort 32, 56, 60 sont reliés à l’unité électronique de commande 64 ce qui permet à l’unité électronique de commande 64 de mesurer les valeurs d’efforts exercés par le conducteur sur le volant 18. L’unité électronique de commande 64 peut ainsi détecter une force longitudinale, par exemple une force de traction, dépassant un seuil prédéterminé signalant que le conducteur souhaite reprendre le contrôle de la direction en tirant le volant 18 depuis la position rétractée vers la position standard. A cet effet, l’unité électronique de commande 64 peut utiliser une combinaison des paramètres suivants : valeur et sens de l’effort, durée et position axiale du volant 18. Selon une variante de réalisation, l’unité électronique de commande 64 peut aussi utiliser les informations fournies par les capteurs d’effort 32, 56, 60 pour détecter une séquence haptique particulière appliquée par le conducteur sur le volant 18 en vue de déclencher une opération déterminée. Par exemple, trois appuis longitudinaux répétés dans un délai de 3 secondes peuvent permettre au conducteur de commander le volant 18 en position rétractée. Il est aussi possible de décomposer la commande haptique selon les 3 axes principaux ce qui permet de quantifier les efforts nécessaires à la commande haptique de manière très précise dans l’espace. Dans ce cas, l’unité électronique de commande 64 détermine les valeurs maximales de l’effort axial lors de l’apparition de pics d’effort, la durée entre les pics, le nombre de pics et le sens des pics afin de détecter une intention de commande de la part du conducteur. La mesure des efforts sur plusieurs axes permet de connaitre la valeur de l’effort appliqué au niveau du volant 18 dans plusieurs plans. Ceci est avantageux notamment parce que le conducteur positionné en face du volant 18 n’est pas toujours conscient de l’angle selon lequel il applique un effort sur le volant 18, ni précis dans sa manière d’appliqué un effort. Ainsi l’on peut mesurer la valeur absolue de l’effort exercé par le conducteur selon chaque axe, indépendamment de la direction dans laquelle le conducteur applique son effort sur le volant 18. On n’impose pas au conducteur une direction pour appliquer son effort. Un avantage d’utiliser plusieurs capteurs d’effort 32, 56, 60 répartis autour de l’arbre de transmission 20 est qu’il est possible de détecter précisément tout type d’effort appliqué sur le volant 18 par le conducteur, quel que soit l’orientation du volant 18 et quel que soit la position du conducteur par rapport au volant 18. Colonne de direction (10) comprenant : une base de support (12) destinée à être montée fixe par rapport à un châssis de véhicule, un organe de direction (16) sur lequel est monté un volant (18) de véhicule, l’organe de direction (16) comprenant un arbre de transmission (20) monté à rotation par rapport à la base de support (12) autour d’un axe principal longitudinal (A1), caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un capteur d’effort (32, 56, 60) qui est interposé entre un premier élément non-tournant (34) de la colonne de direction (10) et un second élément non-tournant (36) appartenant soit à la colonne de direction (10), soit au châssis du véhicule (11). Colonne de direction (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’au moins un capteur d’effort (32, 56, 60) est intercalé radialement entre le premier élément non-tournant (34) et le second élément non-tournant (36). Colonne de direction (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’au moins un capteur d’effort (32, 56, 60) est intercalé axialement entre le premier élément non-tournant (34) et le second élément non-tournant (36). Colonne de direction (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier élément non-tournant (34) est une pièce annulaire d’axe longitudinal (A1) qui comporte un premier logement intérieur (40) prévu pour recevoir une bague extérieure (28) d’un roulement (24) de l’arbre de transmission (20). Colonne de direction (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le second élément non-tournant (36) comporte un corps annulaire (46) d’axe longitudinal (A1) et en ce qu’un second logement intérieur (44) est aménagé dans le corps annulaire (46) pour recevoir le premier élément non-tournant (34). Colonne de direction (10) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le second logement intérieur (44) est délimité, d’une part, par une première paroi radiale (48) et par une paroi axiale (50) du corps annulaire (46) et, d’autre part, par une seconde paroi radiale (52) appartenant à un manchon d’extrémité (54) qui est fixé au corps annulaire (46). Colonne de direction (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le second élément non-tournant (36) est fixé sur un tube (22) qui est monté coulissant longitudinalement dans la base de support (12) de manière à pouvoir réaliser le réglage de la position longitudinale du volant(18), l’arbre de transmission (20) étant relié à la base de support (12) par l’intermédiaire du tube coulissant (22). Colonne de direction (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le premier élément non-tournant (34) est fixé sur la base de support (12) de la colonne de direction (10), et en ce que le capteur d’effort (32, 56, 60) est agencé sur la base de support (12) de la colonne de direction (10) de manière à pouvoir être interposé entre la base de support (12) et un élément du châssis du véhicule (11). Colonne de direction (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque capteur d’effort (32, 56, 60) comporte une jauge de déformation (38). Colonne de direction (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’au moins un capteur d’effort (32, 56, 60) est configuré pour détecter une force de cisaillement. Colonne de direction (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’au moins un capteur d’effort (32, 56, 60) est configuré pour détecter une force de compression ou d’extension. Colonne de direction (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte plusieurs capteurs d’effort (32, 56, 60) qui sont répartis circonférentiellement autour de l’arbre de transmission (20). Colonne de direction (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte une unité électronique de commande (64) qui est configurée pour utiliser les informations fournies par le ou les capteurs d’effort (32, 56, 60) afin de détecter une séquence haptique particulière appliquée par le conducteur sur le volant (18) et qui est configurée pour déclencher une opération déterminée en fonction de la séquence haptique détectée.