Brevet FR3126691A1 — publié le 20230310

Ce dispositif de verrouillage (1) pour un manche de pilotage (2) d’un véhicule, le manche de pilotage (2) comprenant un levier de commande (3) relié à une chaîne mécanique, et une coupelle (4), le levier de commande (3) étant orienté par rapport à un point de pivot (6) du manche de pilotage (2), le dispositif de verrouillage (1) comprenant en outre un châssis (9), une mâchoire inférieure (8) et une mâchoire supérieure (7) mobiles entre une position de verrouillage de la coupelle (4) entre les mâchoires (7 ; 8) et une position libre, les mâchoires inférieure (8) et supérieure (7) étant solidaires du châssis (9). Figure pour l’abrégé : Fig 1 Dispositif de verrouillage pour un manche de pilotage d’un véhicule La présente invention concerne les dispositifs de pilotage utilisés par les pilotes d’aéronef. La présente invention peut néanmoins être utilisée dans tout type de véhicule terrestre, marin, aérien ou spatial. La présente invention concerne plus particulièrement un manche actif de pilotage comprenant un retour d’effort intégré. Techniques antérieures Le dispositif de pilotage d’un aéronef comprend généralement un manche de pilotage comprenant un levier de commande monté rotatif selon un axe dit de roulis et un axe dit de tangage, ces deux axes étant orthogonaux. Le manche de pilotage transmet les commandes de déplacement aux organes de pilotage de l’aéronef, les commandes de déplacement étant déterminées par la position du levier de commande selon les deux axes de roulis et de tangage. Sur les modèles récents de manche de pilotage, les commandes de déplacement sont électroniques (commandes « fly-by-wire » en termes anglo-saxons). Le manche de pilotage est par exemple de type mini-manche (« side stick » en termes anglo-saxons). La position du levier de commande selon les deux axes de roulis et de tangage est alors mesurée par des capteurs et traduite en commande de déplacement électronique par le calculateur de l’aéronef pour le pilotage. Le levier de commande n’est donc pas directement lié mécaniquement aux organes de pilotage de l’aéronef. Le pilote ne ressent pas de retour mécanique direct. Un retour d’effort au niveau du levier de commande est cependant souhaitable pour que le pilote perçoive les forces exercées au niveau des commandes. Les sensations de pilotage sont donc améliorées si le mini-manche de pilotage intègre un retour d’effort actif parfois appelé retour haptique. Des systèmes de retour d’effort existent de type mécanique, comme des systèmes ressort, ou de type électromécanique, par exemple avec un motorésolveur. Bien que les systèmes de retour d’effort accroissent la sécurité du vol, ils peuvent être sujets à des défaillances électriques ou mécaniques. Le pilote ne ressent alors plus de retour d’effort sur le levier de commande, ni même de point d’ancrage du levier de commande. Les exigences en matière de sûreté aéronautique étant importantes, il n’est pas acceptable que le pilote passe brutalement d’un mode de pilotage nominal à un mode de pilotage sans retour d’effort. Pour assurer un secours mécanique et empêcher le levier de commande de bouger librement, des systèmes de verrouillage mécanique du levier de commande ont été mis au point pour que l’aéronef puisse être piloté dans un mode de pilotage de secours. Des freins magnétorhéologiques activables électroniquement ont par exemple été proposés afin d’exercer un effort résistif à l’encontre des déplacements du levier de commande selon les axes de roulis et de tangage. Le fonctionnement repose sur le verrouillage des axes moteurs par les freins, l’intention du pilote étant perçue par un capteur d’effort placé à la base et en série avec le levier de commande. Durant le pilotage, l’effort appliqué par le pilote est transmis au calculateur de l’aéronef en lieu et place de la position du levier de commande. Les inconvénients majeurs de cette solution et des autres solutions de l’état de la technique sont la nécessité d’une alimentation électrique supplémentaire dédiée aux freins, ainsi que le fait que ces systèmes sont généralement complexes, coûteux, encombrants et peu fiables, notamment dans le cas d’une indisponibilité électrique générale. Enfin, le mode de pilotage nominal et le mode de pilotage de secours comprennent un mode de panne commun. En effet, ces deux modes de pilotage comprennent un même chemin d’effort mécanique entre le levier de commande et les organes qui assurent le retour d’effort en mode nominal d’une part, et entre le levier de commande et les organes qui assurent le verrouillage en mode de pilotage de secours d’autre part. Dans les deux modes de pilotage nominal et de secours, un mode de panne existe en ce qui concerne la résistance mécanique de la chaîne mécanique comprise entre le levier de commande et l’ensemble comprenant les moteurs, capteurs et freins, ce mode de panne nuisant à la sécurité dans l’aéronef. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de proposer un mode de pilotage de secours ne partageant pas de mode de panne commun au mode de pilotage nominal afin de garantir la sécurité de l’aéronef. La présente invention a pour objet un dispositif de verrouillage pour un manche de pilotage d’un véhicule, le manche de pilotage comprenant un levier de commande relié à une chaîne mécanique, et une coupelle, le levier de commande s’étendant à partir d’un point de pivot du manche de pilotage, le dispositif de verrouillage comprenant un châssis, une mâchoire inférieure et une mâchoire supérieure mobiles entre une position de verrouillage de la coupelle entre les mâchoires et une position libre, les mâchoires inférieure et supérieure étant solidaires du châssis. Ainsi, ce dispositif est avantageux car il permet de verrouiller le manche de pilotage tout en étant indépendant du reste de la mécanique du système. Le véhicule comprend ainsi un mode de pilotage nominal et un mode de pilotage de secours avec son retour d’effort et sa loi d’effort propre, et ne partageant pas de mode de panne commun, améliorant ainsi la sécurité. De plus, le dispositif est peu encombrant, léger et fiable. Avantageusement, la coupelle est une portion de sphère concentrique au point de pivot et centrée autour du levier de commande. Avantageusement, la coupelle présente une souplesse en torsion et simule une loi d’effort. Dans un mode de réalisation, les mâchoires inférieure et supérieure sont des portions de sphères annulaires et comprennent une ouverture destinée à faciliter le débattement du levier de commande lorsque les mâchoires sont en position libre. Avantageusement, la coupelle et/ou les mâchoires comprennent un revêtement à forte adhérence. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un actionneur mécanique, actionnant les mâchoires lors d’une panne dans la chaîne mécanique du manche de pilotage. Avantageusement, l’actionneur mécanique comprend un ressort et un moyen de libération du ressort, de sorte que les mâchoires enserrent la coupelle lorsque le ressort est libéré. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif comprend un actionneur électromagnétique et une alimentation dudit actionneur électromagnétique, l’actionneur électromagnétique actionnant les mâchoires lors d’une panne dans la chaîne mécanique du manche de pilotage. Avantageusement, le dispositif comprend un capteur d’effort placé en série avec le levier de commande de sorte que l’intention du pilote du véhicule est acquise lorsque les mâchoires sont en position de verrouillage de la coupelle. L’invention a également pour objet un véhicule comprenant un dispositif de verrouillage pour un manche de pilotage tel que défini précédemment. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : est une vue schématique d’un dispositif de verrouillage pour un manche de pilotage d’aéronef selon l’invention dans une position libre et avec le manche de pilotage en position neutre ; est une vue schématique d’un dispositif de verrouillage pour un manche de pilotage d’aéronef selon l’invention dans une position libre et avec le manche de pilotage en position inclinée ; est une vue schématique d’un dispositif de verrouillage pour un manche de pilotage d’aéronef selon l’invention dans une position de verrouillage et avec le manche de pilotage en position neutre ; et est une vue schématique d’un dispositif de verrouillage pour un manche de pilotage d’aéronef selon l’invention dans une position de verrouillage et avec le manche de pilotage en position inclinée. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté sur la une vue d’un dispositif de verrouillage 1 pour un manche de pilotage 2 d’aéronef dans une position libre. Le manche de pilotage 2 est par exemple un mini-manche actif et comprend un levier de commande 3, une coupelle 4, et une poignée 5. Le levier de commande 3 est également relié à une chaîne mécanique (non représentée) comprenant des moteurs, et/ou des capteurs, et/ou des freins nécessaires au fonctionnement du pilotage dans un mode de pilotage nominal. Le manche de pilotage 2 comprend en outre un point de pivot 6 correspondant au point de rotation par rapport auquel le levier de commande 3 est orienté lors du pilotage. En particulier, le levier de commande 3 est orientable selon un premier axe de roulis et selon un second axe de tangage, les deux axes étant orthogonaux entre eux. Le levier de commande 3 est par exemple une tige cylindrique. Le point de pivot 6 et la poignée 5 du manche de pilotage 2 sont par exemple chacun à une extrémité du levier de commande 3. La poignée 5 est par exemple un cylindre préhensible ou peut présenter tout autre forme adaptée à la préhension de la poignée 5 par le pilote. La coupelle 4 est positionnée le long du levier de commande 3. La coupelle 4 est par exemple une portion de sphère concentrique au point de pivot 6 et est centrée autour du levier de commande 3 de sorte que l’axe longitudinal du levier de commande 3 passe par le centre de la coupelle 4. Dans un mode de réalisation, la coupelle 4 comprend un revêtement à forte adhérence sur sa surface. Le dispositif de verrouillage 1 comprend une mâchoire supérieure 7, une mâchoire inférieure 8 et un châssis 9. La mâchoire inférieure 8 et la mâchoire supérieure 7 sont positionnées de part et d’autre de la coupelle 4 et sont mobiles de sorte que la mâchoire inférieure 8 et la mâchoire supérieure 7 peuvent se rapprocher ou s’écarter l’une de l’autre. En particulier, les mâchoires 7 et 8 sont mobiles entre une position libre illustrée aux figures 1 et 2, et une position de verrouillage de la coupelle 4 entre les mâchoires 7 et 8 illustrée aux figures 3 et 4. Les mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 sont solidaires du châssis 9 qui comprend un dispositif de mise en mouvement 10 des mâchoires inférieure 8 et supérieure 7. Dans un mode de réalisation, les mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 sont des portions de sphère annulaires. Les portions de sphère sont concentriques au point de pivot 6 dans la position libre. Les mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 comprennent chacune une ouverture 11 centrale destinée à faciliter le débattement du levier de commande 3 lorsque les mâchoires sont en position libre. En particulier, le levier de commande 3 passe au travers des ouvertures 11 des mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 et la coupelle 4 est positionnée entre la mâchoire inférieure 8 et la mâchoire supérieure 7. La coupelle 4 et les deux mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 étant concentrique du point de pivot 6 dans la position libre des figures 1 et 2, le manche de pilotage 2 peut être mis en mouvement tandis que la coupelle 4 se déplace entre les mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 comme illustré à la . Le débattement angulaire du levier de commande 3 est d’environ 40° entre deux positions inclinées extrêmes. La surface des mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 comprend en outre un revêtement à forte adhérence. Ce revêtement permet, lors de la fermeture des mâchoires 7 et 8 en position de verrouillage, de garantir le verrouillage de la coupelle 4 entre les deux mâchoires 7 et 8. Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le manche de pilotage commande un troisième axe de lacet orthogonal aux deux axes de roulis et de tangage pouvant également être bloqué lorsque les mâchoires 7 et 8 immobilisent la coupelle en rotation. Par exemple, le blocage de ce troisième axe de lacet est effectué en couplant en rotation autour de cet axe de lacet les mâchoires 7 et 8 et la coupelle 4. Des cannelures complémentaires entre elles s’étendent par exemple radialement sur les surfaces des mâchoires 7 et 8 et de la coupelle depuis l’axe du levier de commande 3. Le dispositif de mise en mouvement 10 des mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 est par exemple un actionneur mécanique. Il comprend par exemple un ressort et un moyen de libération du ressort (non représentés), de sorte que les mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 enserrent la coupelle 4 lorsque le ressort est libéré. Alternativement, le dispositif de mise en mouvement des mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 comprend un actionneur électromagnétique et comprend en outre une alimentation dudit actionneur électromagnétique (non représentés). Enfin, le dispositif de verrouillage 1 comprend un capteur d’effort 12 placé en série à la base du levier de commande 3 de sorte que l’appui du pilote de l’aéronef sur le manche de pilotage 2 est détecté par le capteur d’effort 12 lorsque les mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 sont en position de verrouillage de la coupelle 4. En particulier, le levier de commande 3 est instrumenté par le capteur d’effort 12. Dans un mode de pilotage nominal, sans panne, les mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 sont dans la position libre des figures 1 et 2. Le pilote utilise le manche de pilotage 2 et le système de retour d’effort, par exemple à l’aide d’un motorésolveur, fonctionne normalement. En cas de panne dans la chaîne mécanique reliée au levier de commande 3, l’aéronef passe dans un mode de pilotage de secours en fermant les mâchoires inférieure 8 et supérieure 7 dans la position de verrouillage illustrée aux figures 3 et 4, les mâchoires bloquant la coupelle 4 et épousant son profil. Une panne est par exemple un défaut d’alimentation sur le moteur de retour d’effort. Le pilote exerce alors une pression sur le manche de pilotage 2 pour piloter : le capteur d’effort 12 interprète la pression pour transmettre la consigne aux organes de pilotage. Dans un mode particulier de réalisation, la coupelle 4 présente une souplesse en torsion. La coupelle 4 est déformable en torsion sous l’effet de l’effort appliqué sur le manche de pilotage 2 lorsqu’il est manipulé, de sorte qu’un effort sur le manche de pilotage 2 lorsque la coupelle 4 est maintenue par les mâchoires 7 et 8 se voit opposer un effort de la part de la coupelle 4. La coupelle 4 simule ainsi une loi d’effort propre. Ce système est avantageux car il permet de bloquer le manche de pilotage 2 tout en s’affranchissant du reste de la mécanique du système. L’aéronef comprend ainsi un mode de pilotage de secours avec son retour d’effort et sa loi d’effort propre. De plus, le dispositif de verrouillage 1 est peu encombrant, léger et de fabrication aisée. Dispositif de verrouillage (1) pour un manche de pilotage (2) d’un véhicule, le manche de pilotage (2) comprenant un levier de commande (3) relié à une chaîne mécanique, et une coupelle (4), le levier de commande (3) s’étendant à partir d’un point de pivot (6) du manche de pilotage (2), le dispositif de verrouillage (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend un châssis (9), une mâchoire inférieure (8) et une mâchoire supérieure (7) mobiles entre une position de verrouillage de la coupelle (4) entre les mâchoires (7 ; 8) et une position libre, les mâchoires inférieure (8) et supérieure (7) étant solidaires du châssis (9). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la coupelle (4) est une portion de sphère concentrique au point de pivot (6) et centrée autour du levier de commande (3). Dispositif selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la coupelle (4) présente une souplesse en torsion et simule une loi d’effort. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le levier de commande (3) est mobile selon un axe de roulis et un axe de tangage orthogonaux entre eux, les axes de roulis et de tangage pouvant être verrouillés par le dispositif de verrouillage (1). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le levier de commande (3) est mobile selon un axe de lacet, l’axe de lacet pouvant être verrouillé par l’immobilisation en rotation de la coupelle (4) par les mâchoires (7 ; 8) du dispositif de verrouillage (1). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un actionneur mécanique, actionnant les mâchoires lors d’une panne dans la chaîne mécanique du manche de pilotage (2). Dispositif selon la revendication 6, dans lequel l’actionneur mécanique comprend un ressort et un moyen de libération du ressort, de sorte que les mâchoires (7 ; 8) enserrent la coupelle (4) lorsque le ressort est libéré. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un actionneur électromagnétique et une alimentation dudit actionneur électromagnétique, l’actionneur électromagnétique actionnant les mâchoires (7 ; 8) lors d’une panne dans la chaîne mécanique du manche de pilotage (2). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un capteur d’effort (12) placé en série avec le levier de commande (3) de sorte que l’intention du pilote du véhicule est acquise lorsque les mâchoires (7 ; 8) sont en position de verrouillage de la coupelle (4). Véhicule caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de verrouillage (1) pour un manche de pilotage (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.