Brevet FR3114392A1 — publié le 20220325

L’invention concerne un capteur de couple (20) pour véhicule automobile, ledit capteur (20) étant destiné à être monté dans une cavité (11) interne d’un élément (10) dudit véhicule afin de mesurer un couple appliqué audit élément, l’élément (10) s’étendant selon un axe longitudinal de torsion (d 10 ) et comprenant au moins une extrémité et une cavité (11) interne s’étendant selon ledit axe longitudinal de torsion (d 10 ) et débouchant au niveau de ladite au moins une extrémité, le capteur de couple (20) étant caractérisé en ce qu’il comprend : - un insert (21) comprenant un corps s’étendant selon l’axe longitudinal de torsion (d 10 ) et qui est inséré au moins partiellement dans ladite cavité (11) interne, - un élément sensible (22) fixé sur ledit corps et qui est configuré pour générer un signal électrique fonction de la torsion appliquée à l’élément (10) afin d’en mesurer le couple résultant. Figure pour l’abrégé : Fig. 6 Capteur de couple pour véhicule automobile L’invention concerne le domaine des véhicules, notamment automobiles, et plus précisément un capteur de couple pour véhicule automobile. De manière connue, un véhicule comprend plusieurs éléments rotatifs, notamment les arbres de transmissions. Un arbre de transmission est défini comme un arbre mécanique apte à transmettre une puissance d’un moteur thermique ou d’une machine électrique vers d’autres éléments, comme les roues du véhicule. Pour mesurer le couple d’un élément rotatif, selon la demande de brevet FR3072773A1, un capteur de couple est par exemple monté sur l’élément rotatif. Le capteur de couple comprend notamment une jauge de contrainte et un substrat. Plus précisément, la jauge de contrainte est fixée sur le substrat, lui-même fixé sur l’élément rotatif. La jauge de contrainte est apte à mesurer un paramètre relatif à la torsion de l’élément rotatif. Le paramètre ainsi mesuré permet de déterminer le couple de l’élément rotatif. De plus, une bague de maintien est utilisée pour entourer l’élément rotatif, à l’endroit où le capteur de couple est fixé. Ainsi, le capteur de couple est maintenu sur l’élément rotatif grâce à la bague de maintien. Cependant, le capteur de couple et la bague de maintien en saillie de l’élément rotatif, sont relativement encombrant, et ont une masse non négligeable, s’ajoutant à la masse de l’élément rotatif. Cela peut créer un déséquilibre de masse sur l’élément rotatif. De plus, la bague de maintien doit être adaptée à chaque élément rotatif. En effet, les dimensions de chaque bague de maintien dépendent des dimensions de l’élément rotatif. Ainsi, il existe le besoin d’une solution permettant de remédier, au moins partiellement, à ces inconvénients. L’invention concerne un capteur de couple pour véhicule automobile, ledit capteur étant destiné à être monté dans une cavité interne d’un élément dudit véhicule afin de mesurer un couple appliqué audit élément, l’élément s’étendant selon un axe longitudinal de torsion et comprenant au moins une extrémité et une cavité interne s’étendant selon ledit axe longitudinal de torsion et débouchant au niveau de ladite au moins une extrémité, le capteur de couple étant remarquable en ce qu’il comprend : - un insert comprenant un corps s’étendant selon l’axe longitudinal de torsion et qui est inséré au moins partiellement dans ladite cavité interne, - un élément sensible fixé sur ledit corps et qui est configuré pour générer un signal électrique fonction de la torsion appliquée à l’élément afin d’en mesurer le couple résultant. Le signal électrique ainsi généré par le capteur de couple permet de déterminer le couple de force appliqué à l’élément. De plus le capteur de couple n’est pas encombrant puisqu’il est monté à l’intérieur de l’élément. Il n’est donc pas nécessaire d’utiliser une bague de maintien supplémentaire. Enfin, le capteur de couple peut être utilisé avec n’importe quel élément. En effet, il suffit simplement de former une cavité dans l’élément pour pouvoir y insérer le capteur de couple. De préférence, la cavité s’étend de manière coaxiale à l’axe longitudinal de torsion. Avantageusement, le corps est inséré totalement dans la cavité interne. De préférence, l’élément sensible est déporté par rapport à l’axe longitudinal de torsion. Cela permet une mesure plus précise du couple. De préférence encore, la surface délimitant la cavité comprend une première portion de contact et une deuxième portion de contact, la deuxième portion de contact étant située entre la première portion de contact et l’extrémité de l’élément par laquelle débouche la cavité, le corps de l’insert comprenant une première portion de fixation et une deuxième portion de fixation, de sorte que, lorsque le corps est inséré dans la cavité, la première portion de fixation est maintenue par friction avec la première portion de contact et la deuxième portion de fixation est maintenue par friction avec la deuxième portion de contact. Ainsi, la surface de la première portion de contact contre la surface de la première portion de fixation et la surface de la deuxième portion de contact contre la surface de la deuxième portion de fixation permettent un maintien immobile du capteur de couple dans la cavité. De manière avantageuse, le capteur comprend une troisième portion, s’étendant entre la première portion de fixation et la deuxième portion de fixation, la troisième portion étant apte à être déformée sous l’effet d’un couple appliqué à l’élément, l’élément sensible étant fixé sur ladite troisième portion. Ainsi, puisque la première portion de fixation est immobile par rapport à la première portion de contact et que la deuxième portion de fixation est immobile par rapport à la deuxième portion de contact, alors, lorsqu’une contrainte est appliquée à l’élément, la troisième portion se déforme de la même manière que l’élément. Ainsi, l’élément sensible génère un signal fonction de la déformation de la troisième portion, autrement dit fonction de la déformation de l’élément. De préférence, la cavité est de forme cylindrique de section circulaire. De manière préférée, la cavité étant de forme cylindrique et de section circulaire, la première portion de fixation et la deuxième portion de fixation sont également de forme cylindrique de section circulaire, et le diamètre de la première portion de fixation est inférieur au diamètre de la deuxième portion de fixation et au diamètre de la deuxième portion de contact. Ainsi, lorsque le capteur de couple est emmanché dans la cavité, cela permet de ne pas abîmer la surface de la deuxième portion de contact avec la première portion de fixation. De préférence encore, l’insert comprend une embase configurée pour, lorsque le corps est inséré dans la cavité, être en butée contre l’extrémité de l’élément par laquelle débouche la cavité. Cette embase permet un gain de place car elle est positionnée contre l’extrémité de l’élément et non en saillie. Enfin, l’embase est également un moyen de préhension permettant un retrait plus aisé du capteur de couple, notamment pour réaliser la maintenance du capteur de couple. Selon une autre forme de réalisation, l’embase permet de fermer l’extrémité par laquelle débouche la cavité, à la manière d’un bouchon. De préférence encore, l’embase comprend un module de communication apte à recevoir le signal généré par l’élément sensible. Le module de communication peut ainsi transmettre le signal reçu, via lien sans-fil, à un calculateur ou une unité de contrôle apte à déterminer la variation de la valeur du couple à partir du signal reçu. Avantageusement, l’élément sensible et le module de communication sont connectés électriquement via un lien filaire. Un lien filaire permet une transmission rapide du signal généré entre l’élément sensible et le module de communication. Selon une autre forme de réalisation, l’élément sensible et le module de communication sont connectés électriquement via un lien sans fil. De manière préférée, le capteur est emmanché à force dans la cavité. Ainsi, le montage du capteur de couple dans la cavité par un opérateur est simple et rapide. L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins un élément caractérisé par un axe longitudinal de torsion et comprenant au moins une extrémité et une cavité interne s’étendant selon ledit axe longitudinal de torsion et débouchant à ladite extrémité de l’élément, au moins un élément comprenant un capteur de couple tel que présenté précédemment. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 illustre schématiquement une vue en coupe longitudinale d’une forme de réalisation de l’élément d’un véhicule selon l’invention, La figure 2 illustre schématiquement une vue en coupe longitudinale d’une forme de réalisation du capteur de coupe selon l’invention, La figure 3 illustre également schématiquement une vue en coupe longitudinale d’une forme de réalisation du capteur de coupe selon la figure 2, La figure 4 illustre une vue rapprochée en trois dimensions de l’extrémité libre du capteur de couple selon les figures 2 et 3, La figure 5 illustre une vue en trois dimensions d’une forme de réalisation du capteur de couple selon les figures 2, 3 et 4, La figure 6 illustre schématiquement une vue en coupe longitudinale d’un capteur de couple selon les figures 2 à 5 monté dans l’élément selon la figure 1. En référence à la figure 1, le véhicule selon l’invention comprend au moins un élément 10, caractérisé par un axe longitudinal de torsion d10 et apte à être soumis à des contraintes mécaniques autour dudit axe longitudinal de torsion d10. L’élément 10 est notamment de forme sensiblement cylindrique et l’axe de révolution de l’élément 10 correspond à l’axe longitudinal de torsion d10. De plus, l’élément 10 peut être rotatif autour d’un axe de rotation, ledit axe de rotation étant notamment confondu avec l’axe longitudinal de torsion d10. Ainsi, par exemple, l’élément 10 peut être un arbre de transmission ou un volant d’inertie. L’arbre de transmission est défini comme un organe mécanique rotatif transmettant une puissance, notamment sous la forme d’un couple. Le volant d’inertie est un système rotatif permettant le stockage et la transmission d’énergie cinétique. L’élément 10 comprend deux extrémités. Toujours en référence à la figure 1, l’élément 10 comprend une cavité 11 interne, délimitée par une surface et s’étendant selon l’axe longitudinal de torsion d10. La cavité 11 débouche sur une extrémité de l’élément 10. La portion de la cavité 11 débouchant sur une extrémité de l’élément 10 est appelée par la suite « entrée » de la cavité 11. La cavité 11 interne a notamment une forme cylindrique de section circulaire et l’axe de révolution de ladite cavité 11 interne cylindrique est confondu avec l’axe longitudinal de torsion d10. Ainsi, l’élément 10 et la cavité interne 11 s’étendent coaxialement selon l’axe longitudinal de torsion d10. La cavité 11 cylindrique peut également être de section carrée ou rectangulaire. La surface délimitant la cavité 11 comprend une première portion de contact PC1 et une deuxième portion de contact PC2. Plus précisément, chaque portion désigne une portion cylindrique différente de la surface délimitant la cavité 11. La deuxième portion de contact PC2 sépare la première portion de contact PC1 de l’extrémité de l’élément 10 par laquelle débouche la cavité 11. Autrement dit, la deuxième portion de contact PC2 sépare la première portion de contact PC1 de l’entrée de la cavité 11. Si la cavité 11 interne est de forme cylindrique de section circulaire, alors le diamètre e1 de la première portion de contact PC1 est inférieur au diamètre e2 de la deuxième portion de contact PC2. Par exemple, le diamètre e1 est égal à 11.6mm et le diamètre e2 est égal à 11.8mm. De plus, la longueur selon l’axe longitudinal de torsion d10 de la première portion de contact PC1 est par exemple de 9.2mm De même, la longueur selon l’axe longitudinal de torsion d10 de la deuxième portion de contact PC2 est par exemple de 10.2mm. Par ailleurs, le cavité 11 interne peut également comprendre une troisième portion cylindrique, non représentée sur les figures, entre la deuxième portion de contact PC2 et l’entrée de la cavité 11. La troisième portion cylindrique est notamment de section circulaire. La valeur du diamètre de la troisième portion cylindrique est plus élevée que la valeur du diamètre e2 de la deuxième portion de contact PC2. Selon une autre forme de réalisation, la cavité 11 pourrait également traverser entièrement l’élément 10 selon l’axe longitudinal de torsion d10. Autrement dit, la première portion de contact PC1 débouche sur l’extrémité de l’élément 10 opposée à l’extrémité de l’élément 10 par laquelle débouche l’entrée de la cavité 11. En référence à la figure 2, un capteur de couple 20 est destiné à être monté dans la cavité interne 11 de l’élément 10 afin de mesurer un couple appliqué audit élément 10. Le capteur de couple 20 comprend notamment un insert 21 et un élément sensible 22. En référence à la figure 3, l’insert 21 comprend un corps C21 creux s’étendant longitudinalement et une embase E21 fixée à une extrémité du corps C21. L’extrémité du corps C21 à laquelle n’est pas fixée l’embase E21 est dite « libre ». Afin de monter le capteur de couple 20 dans la cavité 11, le corps C21 creux est configuré pour être inséré dans la cavité 11 interne, de sorte que le corps C21 s’étende selon l’axe longitudinal de torsion d10. Le corps C21 est de préférence inséré totalement dans la cavité 11. Plus précisément, le corps C21 est inséré dans la cavité 11, par l’entrée de la cavité 11, de sorte que l’embase E21 soit en butée contre l’extrémité de l’élément 10 par laquelle débouche la cavité 11 interne. Dans une autre forme de réalisation, l’embase E21 pourrait également être emmanchée dans la cavité 11. La forme du corps C21 dépend de la forme de la cavité 11 interne. Par exemple, pour une cavité 11 interne cylindrique de section circulaire, telle que décrite précédemment, le corps C21 est également de forme cylindrique de section circulaire. Le corps C21 comprend une première portion de fixation PF1, une deuxième portion de fixation PF2 et une troisième portion P3, séparant la première portion de fixation PF1 et la deuxième portion de fixation PF2. Plus précisément, la première portion de fixation PF1 correspond à la portion cylindrique du corps C21 située vers l’extrémité libre du corps C21. La première portion de fixation PF1 est notamment configurée pour être en contact avec la première portion de contact PC1 de la surface délimitant la cavité 11 interne, lorsque le corps C21 est inséré dans la cavité 11, de sorte que la première portion de fixation PF1 soit immobile par rapport à la première portion de contact PC1. Pour cela, le diamètre d1 de la première portion de fixation PF1 doit être légèrement supérieur au diamètre e1 de la première portion de contact PC1. Ainsi, la première portion de fixation PF1 est maintenue par friction contre la première portion de contact PC1. De plus, la longueur de la première portion de fixation PF1 peut être plus importante, inférieure ou égale à la longueur de la première portion de contact PC1. De préférence, la longueur de la première portion de fixation PF1 est inférieure à la longueur de la première portion de contact PC1. La deuxième portion de fixation PF2 correspond à la portion cylindrique du corps C21 située entre la troisième portion P3 et l’extrémité du corps C21 à laquelle est fixée l’embase E21. La deuxième portion de fixation PF2 est notamment configurée pour être en contact avec la surface de la deuxième portion de contact PC2 de la cavité 11, lorsque le corps C21 est inséré dans la cavité 11, de sorte que la deuxième portion de fixation PF2 soit immobile par rapport à la deuxième portion de contact PC2. Pour cela, le diamètre d2 de la deuxième portion de fixation PF2 doit être légèrement supérieur au diamètre e2 de la deuxième portion de contact PC2. Ainsi, la deuxième portion de fixation PF2 est maintenue par friction contre la deuxième portion de contact PC2. De plus, la longueur de la deuxième portion de fixation PF2 est notamment égale à 10,2mm. Par ailleurs, lorsque la cavité 11 comprend une troisième portion cylindrique, ladite troisième portion cylindrique permet de faciliter l’insertion à force du corps C21 du capteur de couple 20 dans la cavité 11. La troisième portion P3 du corps C21 correspond à la portion cylindrique du corps C21 située entre la première portion de fixation PF1 et la deuxième portion de fixation PF2. La troisième portion P3 comprend notamment un méplat, comprenant un orifice OP3 traversant débouchant d’une part à l’extérieur du corps C21 et de l’autre côté à l’intérieur du corps C21 creux. La longueur de la troisième portion P3 est notamment comprise entre 8mm et 14mm. De plus, la troisième portion P3 est apte à être déformée sous l’effet d’un couple appliqué à l’élément 10. En effet, lorsque le corps C21 est inséré dans la cavité 11, la troisième portion P3 se déforme de la même manière que l’élément 10, puisque la première portion de fixation PF1 est immobile par rapport à la première portion de contact PC1 et que la deuxième portion de fixation PF2 est immobile par rapport à la deuxième portion de contact PC2. En référence aux figures 3 et 4, l’élément sensible 22 est fixé sur la troisième portion P3. Plus précisément, l’élément sensible 22 est fixé sur un support S22, notamment par frittage, et le support S22 est lui-même fixé sur le méplat de la troisième portion P3. Le support S22 peut notamment être soudé sur le méplat. Notamment, l’élément sensible 22 est fixé au centre de la troisième portion P3. De plus, l’élément sensible 22 est fixé sur la troisième portion P3 de sorte que, lorsque le capteur de couple 20 est monté dans la cavité 11, l’élément sensible 22 soit déporté par rapport à l’axe longitudinal de torsion d10. Autrement dit, l’élément sensible 22 n’est pas placé dans l’axe longitudinal de torsion d10. L’élément sensible 22 est notamment configuré pour générer un signal électrique fonction de la torsion appliquée à l’élément 10. Plus précisément, l’élément sensible 22 est une jauge de contrainte. Autrement dit, lorsqu’il y a déformation et/ou torsion de l’élément 10, cela induit une déformation et/ou une torsion de la troisième portion P3, retranscrite sur le signal électrique généré par l’élément sensible 22. Ainsi, à partir du signal électrique généré par l’élément sensible 22, l’homme du métier est capable de déterminer le couple appliqué à l’élément 10. Par exemple, l’élément sensible 22 peut comprendre un MEMS, pour « Microelectromechanical systems » en langue anglaise. Plus précisément encore, le MEMS peut être piézorésistif. Dans le cas présent, la déformation de l’élément 10 conduit à la déformation de la résistance électrique du MEMS piézorésisitif. Le signal électrique généré par l’élément sensible 22 est donc fonction de la résistance du MEMS piézorésisitif. Selon un autre exemple, l’élément sensible 22 peut être une jauge linéaire métallique. Par exemple, une jauge linéaire métallique comprend un circuit conducteur résistif. Le circuit conducteur résistif comprend notamment un ensemble de pistes conductrices imprimées sur un support isolant ou un ensemble de fils de métal fixés sur un support isolant. Lorsqu’il y a déformation de l’élément 10, il y a aussi déformation de la géométrie du circuit conducteur résistif et donc variation de la résistance électrique totale du circuit conducteur résistif. Ainsi, la variation de la résistance électrique traduit la déformation de l’élément 10. Selon un autre exemple encore, l’élément sensible 22 peut être une jauge à ondes acoustiques de surface. Par exemple, une jauge à ondes acoustiques de surface comprend deux ensembles de pistes métalliques rapportées sur un support. Le support est notamment constitué d’un matériau piézoélectrique. Le premier ensemble de pistes est défini de manière à créer un champ électrique apte à exciter le matériau piézoélectrique du support afin de générer, par effet piezoélectrique, une onde acoustique sur la surface du support. L’onde acoustique générée se propage jusqu’au deuxième ensemble de pistes ou revient vers le premier ensemble de pistes via un réflecteur. L’onde acoustique générée par le premier ensemble de pistes et l’onde acoustique reçue par le deuxième ensemble de pistes, ou par le premier ensemble de pistes après réflexion, sont ensuite comparées. Ainsi, lorsqu’il y a déformation de l’élément 10, les caractéristiques géométriques du support ou du premier ensemble de pistes ou du deuxième ensemble de pistes sont modifiées, ce qui modifie également les caractéristiques électriques, notamment le déphasage, entre l’onde acoustique générée et l’onde acoustique reçue. C’est de cette façon que la déformation de l’élément 10 est mesurée. Toujours en référence aux figures 3 et 4, l’embase E21 peut notamment comprendre un module de communication M21 connecté électriquement à l’élément sensible 22, notamment via un lien filaire L. Plus précisément, le lien filaire L comprend au moins un fil connecté d’une part à l’élément sensible 22, puis traversant l’orifice OP3 du méplat pour s’étendre à l’intérieur du corps C21 creux afin d’être connecté d’autre part au module de communication M21. Ainsi, le module de communication M21 reçoit le signal généré par l’élément sensible 22. De plus, le module de communication M21 transmet, via un lien sans-fil, le signal reçu. Le signal reçu est notamment transmis à un calculateur, monté dans le véhicule et apte à déterminer la variation de la valeur du couple appliqué à l’élément 10 à partir du signal reçu qui lui a été transmis. Le module de communication M21 comprend notamment un circuit imprimé. De plus, afin de protéger le module de communication M21, l’embase 21 comprend un moyen de protection du module de communication M21, installé autour dudit module de communication M21. Le moyen de protection est notamment constitué d’un boîtier en matière plastique. En référence à la figure 5, il est représenté un exemple d’un capteur de couple 20 selon l’invention, dont les proportions sont réalistes. Notamment, la longueur totale du capteur de couple 20 est égale à 200 mm. En référence à la figure 6, il est représenté le capteur de couple 20 monté dans la cavité 11 de l’élément 10. Le capteur de couple 20 est donc notamment emmanché à force dans la cavité 11. Capteur de couple (20) pour véhicule automobile, ledit capteur (20) étant destiné à être monté dans une cavité (11) interne d’un élément (10) dudit véhicule afin de mesurer un couple appliqué audit élément, l’élément (10) s’étendant selon un axe longitudinal de torsion (d 10 ) et comprenant au moins une extrémité et une cavité (11) interne s’étendant selon ledit axe longitudinal de torsion (d 10 ) et débouchant au niveau de ladite au moins une extrémité, le capteur de couple (20) étant caractérisé en ce qu’il comprend : - un insert (21) comprenant un corps (C 21 ) s’étendant selon l’axe longitudinal de torsion (d 10 ) et qui est inséré au moins partiellement dans ladite cavité (11) interne, - un élément sensible (22) fixé sur ledit corps (C 21 ) et qui est configuré pour générer un signal électrique fonction de la torsion appliquée à l’élément (10) afin d’en mesurer le couple résultant. Capteur (20) selon la revendication précédente, dans lequel l’élément sensible (22) est déporté par rapport à l’axe longitudinal de torsion (d 10 ). Capteur (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la surface délimitant la cavité (11) comprenant une première portion de contact (P C1 ) et une deuxième portion de contact (P C2 ), la deuxième portion de contact (P C2 ) étant située entre la première portion de contact (P C1 ) et l’extrémité de l’élément (10) par laquelle débouche la cavité (11), le corps (C 21 ) de l’insert (21) comprenant une première portion de fixation (P F1 ) et une deuxième portion de fixation (P F2 ), de sorte que, lorsque le corps (C 21 ) est inséré dans la cavité (11), la première portion de fixation (P F1 ) est maintenue par friction avec la première portion de contact (P C1 ) et la deuxième portion de fixation (P F2 ) est maintenue par friction avec la deuxième portion de contact (P C2 ). Capteur (20) selon la revendication précédente, comprenant une troisième portion (P 3 ), s’étendant entre la première portion de fixation (P F1 ) et la deuxième portion de fixation (P F2 ), la troisième portion (P 3 ) étant apte à être déformée sous l’effet d’un couple appliqué à l’élément (10), l’élément sensible (22) étant fixé sur ladite troisième portion (P 3 ). Capteur (20) selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, la cavité (11) étant de forme cylindrique et de section circulaire, la première portion de fixation (P F1 ) et la deuxième portion de fixation (P F2 ) sont également de forme cylindrique de section circulaire, et le diamètre (d 1 ) de la première portion de fixation (P F1 ) est inférieur au diamètre (d 2 ) de la deuxième portion de fixation (P F2 ) et au diamètre (e 2 ) de la deuxième portion de contact (P C2 ). Capteur (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’insert (21) comprend une embase (E 21 ) configurée pour, lorsque le corps (C 21 ) est inséré dans la cavité (11), être en butée contre l’extrémité de l’élément (10) par laquelle débouche la cavité (11). Capteur (20) selon la revendication précédente, dans lequel l’embase (E 21 ) comprend un module de communication (M 21 ) apte à recevoir le signal généré par l’élément sensible (22). Capteur (20) selon la revendication précédente, dans lequel l’élément sensible (22) et le module de communication (M 21 ) sont connectés électriquement via un lien filaire (L). Capteur (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur (20) est emmanché à force dans la cavité (11). Véhicule automobile comprenant au moins un élément (10) caractérisé par un axe longitudinal de torsion (d 10 ) et comprenant au moins une extrémité et une cavité (11) interne s’étendant selon ledit axe longitudinal de torsion (d 10 ) et débouchant à ladite extrémité de l’élément (10), au moins un élément (10) comprenant un capteur (20) de couple selon l’une quelconque des revendications précédentes.