FR2868749A1 - Systeme de direction assistee electrique employant un capteur de couple - Google Patents

Abstract

Un système de direction assistée électrique pour diriger une roue de véhicule comporte un capteur (1) de couple de torsion avec : un élément élastique (4) entre deux arbres (2, 3) à l'un desquels est accouplé un volant, un élément ferromagnétique (5) accouplé à l'élément élastique ou au premier arbre, un élément magnétique doux (6) accouplé au second arbre ou à l'élément élastique, et un capteur magnétique (7) pour détecter l'induction magnétique et en circuit avec un moteur électrique accouplé à un mécanisme de transmission de force de direction ; le moteur transmet une force d'entraînement au mécanisme de transmission en réponse à un courant de commande pour assister le couple de direction appliqué au volant.

Description

SYSTEME DE DIRECTION ASSISTEE ELECTRIQUE

EMPLOYANT UN CAPTEUR DE COUPLE

La présente invention concerne un système de direction assistée électrique incorporant un capteur de couple pour détecter un couple appliqué à une barre de torsion qu'on utilise dans un système de transmission de force de rotation.

De façon classique, conformément à un dispositif décrit dans le brevet JPA-8-159887, on utilise un aimant et un capteur magnétique pour détecter un couple de torsion appliqué à une barre de torsion. L'aimant est fixé à une extrémité axiale de la barre de torsion et le capteur magné-tique est fixé à l'autre extrémité axiale de la barre de torsion. Lorsque le couple de torsion est appliqué aux extrémités axiales opposées de la barre de torsion, la barre de torsion est vrillée, ce qui change un écart en rotation du capteur magnétique par rapport à l'aimant. Par conséquent, le capteur magnétique génère un signal de sortie sous la dépendance du couple appliqué.

Conformément au dispositif de détection mentionné ci-dessus, des contacts électriques tels qu'un balai et une bague pour fournir de l'énergie électrique au capteur magnétique et pour prélever un signal à partir de ce dernier sont nécessaires, du fait que l'aimant et le capteur magnétique sont fixés à des extrémités axiales opposées de la barre de torsion qui est soumise à une rotation. L'utilisation du balai et de la bague est susceptible de dégrader la fiabilité du dispositif de détection.

En outre, conformément à un autre dispositif de détection qui est décrit dans le brevet JP-A-6-281513, bien que ce dispositif soit similaire à celui du brevet JP-A-8-159887 par le fait qu'il utilise l'aimant et le capteur magnétique, des engrenages hélicoïdaux, auxquels l'aimant est fixé, sont utilisés pour convertir le déplacement de rotation de l'extrémité axiale de la barre de torsion par rapport à l'autre extrémité axiale de la barre de torsion, en un déplacement axial de l'aimant par rapport au capteur magnétique qui est fixé à un boîtier. Par conséquent, les contacts électriques pour fournir de l'énergie électrique au capteur magnétique et pour capter un signal à partir de ce dernier ne sont pas nécessaires.

Cependant, ce dispositif de détection utilise les engrenages, ce qui fait que la structure du dispositif de détection est complexe. En outre, le dispositif a un défaut en ce qui concerne le fonctionnement, du fait que des erreurs de détection et des retards de réponse semblent être inévitables à cause du jeu des engrenages et de l'usure possible des engrenages.

Un but de la présente invention est de procurer un système de direction assistée électrique incorporant un capteur de couple n'utilisant pas de contacts électriques, dont la structure ait un plus faible encombrement et dont le fonctionnement soit plus précis.

A ces fins, l'invention propose un système de direction assistée électrique pour diriger une roue de véhicule comportant: un capteur de couple pour détecter un couple de torsion devant être appliqué à un premier arbre et un second arbre, ce capteur de couple comprenant: - un élément élastique disposé entre les premier et second arbres, et fixé à ceux-ci, de façon que le premier arbre, l'élément élastique et le second arbre soient en alignement mutuel en position coaxiale; - un élément ferromagnétique propre à produire un champ magnétique et accouplé à l'un de l'élément élastique et du premier arbre; - un élément magnétique doux accouplé à l'un du second arbre et de l'élément élastique, l'élément magnétique doux étant placé à l'intérieur du champ magnétique et formant un circuit magnétique; et - un capteur magnétique pour détecter l'induction magnétique générée dans le circuit magnétique; un volant de direction auquel un couple de direction est appliqué, une ex- trémité du volant étant accouplée à l'un des premier et second arbres; un mécanisme de transmission de force de direction dont une extrémité est accouplée à la roue et dont l'autre extrémité est accouplée à l'autre des premier et second arbres; un moteur électrique accouplé au mécanisme de transmission de force de direction et en circuit avec le capteur magnétique du capteur de couple; et un circuit de commande pour générer un courant de commande à appli- quer au moteur électrique en réponse à un signal de sortie détecté du capteur magnétique; caractérisé en ce que le moteur électrique transmet une force d'entraînement au mécanisme de transmission de force de direction en réponse au courant de commande pour assister le couple de direction qui est appliqué au volant de direction.

Si le capteur magnétique est un circuit intégré à effet Hall, le capteur de couple a un faible encombrement et est peu coûteux, du fait que des circuits auxiliaires tels qu'un circuit de réglage de gain, un circuit de réglage de décalage et un circuit de compensation de température ne sont pas nécessaires, ce qui fait que le capteur de couple peut être composé d'un plus petit nombre de composants. En outre, du fait que le circuit intégré à effet Hall n'exige pas un circuit oscillant, ce qui fait qu'il y a très peu de bruit rayonné, le circuit intégré à effet Hall n'occasionne pas un problème de bruit pour des dispositifs électriques environnants.

Il est préférable que le circuit de commande comporte une plaquette sur laquelle le capteur magnétique est monté simultanément. Dans ce cas, des faisceaux de câblage et des connecteurs pour connecter le capteur de couple et le circuit de commande ne sont pas nécessaires, ce qui entraîne une réduction de coût et une meilleure fiabilité, du fait de l'absence de contacts électriques.

De façon avantageuse, il peut être prévu que: - l'élément élastique subit une torsion élastique lorsqu'un couple de torsion est appliqué au premier arbre et au second arbre; - l'élément ferromagnétique est accouplé à l'une d'une position donnée du premier arbre et d'une position donnée de l'élément élastique d'un côté du premier arbre, et peut tourner avec celui-ci; - l'élément magnétique doux est accouplé à l'une d'une position donnée du second arbre et d'une autre position donnée de l'élément élastique d'un côté du second arbre et peut tourner avec celui-ci; l'élément magnétique doux est placé à l'intérieur du champ magnétique et formant le circuit magnétique de façon que l'induction magnétique générée dans le circuit magnétique varie lorsqu'un écart en rotation de l'élément magnétique doux par rapport à l'élément ferromagnéti- que est changé conformément à la torsion de l'élément élastique; et - le capteur magnétique est placé au voisinage de l'élément magnétique doux, et sans venir au contact avec celui-ci.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de 10 réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la des- cription se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un capteur de couple conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 2A est une coupe du capteur de couple de la figure 1; La figure 2B est une vue en plan d'un aimant et de culasses magnétiques du capteur de couple de la figure 1; La figure 2C est une vue en élévation de l'aimant et des culas- ses magnétiques du capteur de couple de la figure 1; La figure 3A est une vue en perspective d'un capteur de couple 20 conforme à une modification du premier mode de réalisation; La figure 3B est une vue en perspective éclatée du capteur de couple de la figure 3A; La figure 4A est une représentation schématique de l'aimant et des culasses magnétiques lorsqu'une barre de torsion est soumise à une torsion dans une direction, conformément au premier mode de réalisation; La figure 4B est une représentation schématique de l'aimant et des culasses magnétiques lorsque la barre de torsion n'est pas soumise à une torsion conformément au premier mode de réalisation; La figure 4C est une représentation schématique de l'aimant et des culasses magnétiques lorsque la barre de torsion est soumise à une torsion dans une autre direction, conformément au premier mode de réalisation; La figure 4D est une représentation graphique montrant une relation entre l'induction magnétique et l'angle de torsion de la barre de tor-35 sion conformément au premier mode de réalisation; La figure 5 est une vue en perspective éclatée d'un capteur de couple conforme à un second mode de réalisation de la présente invention; La figure 6 est une coupe du capteur de couple de la figure 5; La figure 7 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'un capteur de couple conforme à un troisième mode de réalisation de la pré- sente invention; La figure 8 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'un capteur de couple conforme à un quatrième mode de réalisation de la présente invention; La figure 9 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'un capteur de couple conforme à un cinquième mode de réalisation de la présente invention; La figure 10 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'un capteur de couple conforme à un sixième mode de réalisation de la présente invention; La figure 11 est une représentation graphique montrant une relation entre l'induction magnétique et l'angle magnétique ou mécanique de la barre de torsion, conformément à un septième mode de réalisation de la présente invention; La figure 12 est une coupe d'un capteur de couple conforme à un huitième mode de réalisation de la présente invention; La figure 13 est une coupe d'un capteur de couple dans un but de comparaison avec le capteur de couple conforme au huitième mode de réalisation; La figure 14 est une vue en plan d'un capteur de couple con- forme à un neuvième mode de réalisation de la présente invention; La figure 15 est une coupe du capteur de couple de la figure 14; La figure 16 est une coupe d'un capteur de couple conforme à une modification du neuvième mode de réalisation; La figure 17 est une représentation schématique d'un système de direction assistée électrique entier, conforme à un dixième mode de réalisation de la présente invention; La figure 18 est une coupe d'un capteur de couple conforme à un onzième mode de réalisation de la présente invention; La figure 19 est une coupe d'un capteur de couple conforme à un douzième mode de réalisation de la présente invention; La figure 20A est une vue en perspective d'un capteur de cou- pleur conforme à un treizième mode de réalisation de la présente invention; 5 La figure 20B est une vue en plan d'un élément de transmission de rotation du capteur de couple de la figure 20A; La figure 21A est une coupe d'un capteur de couple monté sur un boîtier de colonne conformément à un quatorzième mode de réalisation de la présente invention; La figure 21B est une représentation schématique du capteur de couple de la figure 21A, vu en direction axiale; La figure 22A est une coupe d'un capteur de couple monté sur un boîtier de colonne conformément à une modification du quatorzième mode de réalisation; et La figure 22B est une représentation schématique du capteur de couple de la figure 22A, en vue axiale.

Premier mode de réalisation On décrira un capteur de couple 1 conforme à un premier mode de réalisation en se référant aux figures 1 à 4D.

La figure 1 montre une vue en perspective éclatée du capteur de couple 1. La figure 2A est une coupe du capteur de couple 1. Les figures 2B et 2C montrent respectivement des vues en plan et en élévation d'un aimant et de culasses magnétiques.

Le capteur de couple 1 est applicable, par exemple, à un sys- tème de direction assistée électrique pour un véhicule (voir la figure 17) , et il est disposé entre un arbre d'entrée 2 et un arbre de sortie 3 qui constituent un arbre de direction. Le capteur de couple 1 est destiné à détecter un couple de direction appliqué à l'arbre de direction.

Le capteur de couple 1 est composé d'une barre de torsion 4 (élément élastique) accouplé de façon coaxiale à l'arbre d'entrée 2 et à l'arbre de sortie 3, d'un aimant 5 (élément ferromagnétique) fixé à une extrémité axiale de l'arbre d'entrée 2 d'un côté de l'arbre de sortie 3, d'une paire de culasses magnétiques 6 (élément magnétique doux) fixées sur une extrémité axiale de l'arbre de sortie 3, et d'un capteur magnétique 7 pour détecter l'inductance magnétique qui est générée entre la paire de culasses magnétiques 6.

Des extrémités axiales opposées de la barre de torsion 4 sont introduites dans des trous des arbres d'entrée et de sortie 2 et 3, respec- tivement, et sont fixées par des goupilles 8 à l'autre extrémité axiale de l'arbre d'entrée 2 et à l'autre extrémité axiale de l'arbre de sortie 3, respectivement. La barre de torsion 4 a des caractéristiques torsion/couple données, nécessaires pour produire un déplacement de rotation approprié de son extrémité axiale par rapport à son autre extrémité axiale. Ainsi, lorsque la barre de torsion 4 est soumise à une torsion, l'extrémité axiale de l'arbre d'entrée 2 peut être tournée, ou déplacée dans la direction de la circonférence, par rapport à l'extrémité axiale de l'arbre de sortie 3.

L'aimant 5, qui a une forme annulaire et est constitué de pôles N et S qui sont disposés en alternance dans la direction de la circonfé- rence de l'aimant, est placé à l'extérieur d'une circonférence extérieure de la barre de torsion 4. L'aimant 5 a par exemple 24 pôles.

Comme représenté sur la figure 1, chacune de la paire de culasses magnétiques 6 (6A, 6B) a une forme annulaire et elle est disposée autour et au voisinage d'une circonférence extérieure de l'aimant 5.

Chacune des culasses magnétiques 6A ou 6B est munie de griffes 6a qui sont espacées à des intervalles constants sur la circonférence, et dont le nombre est égal à celui des pôles N ou S de l'aimant 5 (12 exemplaires) . Les culasses de la paire de culasses magnétiques 6 sont fixées sur une base ou un support de fixation 9 (voir la figure 2), et supportées par ce dernier, de manière que les griffes 6a de la culasse magnétique 6A et les griffes 6a de la culasse magnétique 6B s'étendent axialement dans une direction dans laquelle elles viennent près les unes des autres, et sont disposées de manière à alterner mutuellement dans la direction de la circonférence.

Dans un état dans lequel la barre de torsion 4 n'est pas soumise à une torsion (lorsque le couple de torsion n'est pas appliqué à la barre de torsion 4 pour faire tourner l'arbre d'entrée 2 par rapport à l'arbre de sortie 3), chaque centre axial des griffes 6a des culasses magnétiques 6 (6A, 6B) est positionné de façon à coïncider avec une frontière entre des pôles N et S immédiatement adjacents de l'aimant 5.

Comme la figure 2C le montre plus clairement, le capteur magnétique 7 est placé dans un espace axial G qui existe entre la culasse magnétique 6A et la culasse magnétique 6B, et il détecte l'induction magnétique qui est générée entre les culasses magnétiques 6A et 6B. Le capteur magnétique 7 est fixé à une position donnée d'un boîtier (non représenté), sans venir en contact avec les culasses magnétiques 6.

Le capteur magnétique 7 comporte un élément à effet Hall, un circuit intégré à effet Hall ou un élément à magnétorésistance qui émet un signal électrique (par exemple un signal de tension) dont la valeur est convertie à partir d'une valeur de l'induction magnétique détectée.

Bien que l'aimant 5 soit fixé à une extrémité axiale de l'arbre d'entrée 2 et que les culasses magnétiques 6 soient fixées à une extrémité axiale de l'arbre de sortie 3 dans le mode de réalisation ci-dessus, comme représenté sur les figures 1 à 2C, l'aimant 5 peut être fixé à l'extrémité axiale de la barre de torsion 4 d'un côté de l'arbre d'entrée 2, et les culasses magnétiques 6 peuvent être fixées à l'autre extrémité axiale de la barre de torsion 4 d'un côté de l'arbre de sortie 3, comme représenté sur les figures 3A et 3B. Dans ce cas, une surface intérieure de l'aimant de forme annulaire 5 est emmanchée avec serrage sur une surface extérieure de la barre de torsion 4, et un trou intérieur d'un support 9A pour supporter les culasses magnétiques de forme annulaire 6A et 6B est emmanché avec serrage sur la surface extérieure de la barre de torsion 4.

L'aimant 5 et les culasses magnétiques 6 sont assemblés dans le capteur de couple 1 et l'aimant 5 est positionné par rapport aux culas- ses magnétiques 6 par les étapes suivantes: (1) on fixe les culasses magnétiques 6 de forme annulaire à la barre de torsion 4 d'un côté de l'arbre de sortie 3 ou à l'extrémité axiale de l'arbre de sortie 3, par exemple, par emmanchement avec serrage ou collage, (2) on introduit l'aimant 5 dans les culasses magnétiques 6 de forme annulaire et on maintient l'aimant 5 à l'intérieur de façon à permettre une libre rotation par rapport à la barre de torsion 4 ou à l'arbre d'entrée 2, à titre d'assemblage provisoire, (3) on définit une position de repos de l'aimant à laquelle l'ai- mant 5 repose à l'intérieur des culasses magnétiques 6 de forme annu- laire, sous l'effet de la force d'attraction magnétique qui est produite entre l'aimant 5 et les culasses magnétiques 6 de forme annulaire, et (4) on fixe l'aimant 5 sur la barre de torsion 4 d'un côté de l'arbre d'entrée 2 ou à l'extrémité axiale de l'arbre d'entrée 2, de manière que l'aimant 5 conserve la position de repos d'aimant.

Le fonctionnement du capteur de couple 1 est décrit ci-après.

Comme représenté sur la figure 4B, dans l'état dans lequel un couple n'est pas appliqué à la barre de torsion 4, ce qui fait que l'arbre d'entrée 2 n'est pas tourné par rapport à l'arbre de sortie 3, c'est-à- dire à une position neutre dans laquelle la barre de torsion 4 ne présente pas de torsion, chaque centre axial des griffes 6a des culasses magnétiques 6 coïncide avec une frontière entre les pôles N et S immédiatement adjacents de l'aimant 5. Dans ce cas, du fait que le nombre de lignes de force magnétique passant entre chacun des pôles N et chacune des griffes 6a est égal à celui des lignes passant entre chacune des griffes 6a et chacun des pôles S, les lignes de force magnétique sont fermées à l'intérieur des culasses magnétiques 6A et 6B respectives et ne fuient pas vers l'espace axial G entre la culasse magnétique 6A et la culasse magnétique 6B. Par conséquent, la valeur de l'induction magnétique que détecte le capteur magnétique 7 est égale à zéro, comme représenté sur la figure 4D.

Comme représenté sur la figure 4A ou 4C, dans un état dans lequel un couple est appliqué à la barre de torsion 4, de façon que l'arbre d'entrée 2 soit tourné par rapport à l'arbre de sortie 3, c'est-à-dire lorsque la barre de torsion 4 présente une torsion, une position angulaire de l'aituant 5, qui est fixé à l'arbre d'entrée 2, par rapport à la paire de culasses magnétiques 6, qui sont fixées à l'arbre de sortie 3, est changée dans la direction de la circonférence. Du fait que chaque centre axial des griffes 6a des culasses magnétiques 6 est décalé dans la direction de la circonférence à partir d'une frontière entre les pôles N et S respectifs de l'aimant 5, le nombre de lignes de force magnétique correspondant à un pôle N ou S augmente dans chacune des culasses magnétiques 6A et 6B. Du fait que la polarité des lignes de force magnétique dont le nombre augmente dans l'une des culasses magnétiques 6A est opposée à celle dans l'autre culasse magnétique 6B, une induction magnétique est géné- rée entre les culasses magnétiques 6A et 6B, c'est-à-dire dans l'espace axial G. La valeur de l'induction magnétique est approximativement proportionnelle à une valeur de torsion de la barre de torsion 4, et sa polarité peut être inversée conformément à la direction dans laquelle la barre de torsion 4 présente une torsion.

On décrira ci-après des avantages du capteur de couple 1 con- forme au premier mode de réalisation.

Lorsque la barre de torsion 4 est soumise à une torsion et la position relative de l'aimant 5 par rapport à la paire de culasses magnétiques 6 est changée dans la direction de la circonférence, l'induction magnétique entre la paire de culasses magnétiques 6 est changée sur une circonférence entière de celles-ci, et la valeur de l'induction magnétique est identique en toute position sur la circonférence. Par conséquent, si le capteur magnétique 7 est placé dans une position donnée dans l'espace axial G de part et d'autre duquel les culasses magnétiques 6A et 6B sont disposées en regard l'une de l'autre, le capteur magnétique 7 peut détecter l'induction magnétique entre la paire de culasses magnétiques 6 sans venir en contact avec les culasses magnétiques 6. Par conséquent, la fiabilité de détection du capteur de couple 1 est plus élevée, du fait que les contacts électriques (par exemple le balai et la bague) pour le capteur magnétique 7 ne sont pas nécessaires.

En outre, du fait que chaque centre axial des griffes 6a des culasses magnétiques 6 coïncide avec une frontière entre les pôles N et S de l'aimant 5 qui sont immédiatement adjacents, lorsque la barre de torsion 4 n'est pas soumise à une torsion, un point neutre du capteur magné- tique 7 ne peut pas jamais être décalé, même si la force magnétique de l'aimant 5 est changée à cause d'un changement de température, comme représenté sur la figure 4D. Par conséquent, le capteur de couple 1 a peu de chances d'être affecté par une dérive de décalage, et son exactitude au voisinage du point neutre est plus stable.

En outre, du fait qu'après que la position de repos de l'aimant a été définie, l'aimant 5 est fixé à la barre de torsion 4 ou à l'arbre d'entrée 2, de façon à maintenir la position de repos de l'aimant, la position de l'aimant 5 par rapport aux culasses magnétiques 6 peut être définie de manière exacte de façon que le signal de sortie du capteur magnétique soit pratiquement égal à zéro, lorsque la barre de torsion 4 n'est pas soumise à une torsion.

Second mode de réalisation On décrira un capteur de couple 1 conforme à un second mode 5 de réalisation en se référant aux figures 5 et 6.

La figure 5 montre une vue en perspective éclatée d'un capteur de couple 1. La figure 6 est une coupe du capteur de couple 1.

Le capteur de couple 1 conforme au second mode de réalisation comporte une paire d'anneaux de collecte de flux magnétique 10 (élément magnétique doux auxiliaire), en plus des composants du premier mode de réalisation.

Chacun des anneaux de collecte de flux magnétique 10 (10A, 10B) est constitué du même matériau magnétique doux que les culasses magnétiques 6, et il a une forme annulaire. Les anneaux de collecte de flux magnétique 10A et 10B sont placés autour et au voisinage des circonférences extérieures des culasses magnétiques 6A et 6B, respective-ment.

Chacun des anneaux de collecte de flux magnétique 10 est muni à une position de sa circonférence d'une plaquette de collecte plate 10a.

Les plaquettes de collecte 10a des anneaux de collecte de flux magnétique 10A et 10B sont disposées face à face en direction axiale. La dis-tance axiale entre les plaquettes de collecte 10a est plus courte que celle entre les autres parties des anneaux de collecte de flux magnétique 10A et 10B. Le capteur magnétique 7 est placé entre les plaquettes de collecte 10a disposées face à face en direction axiale, et il détecte l'induction ma- gnétique qui est générée entre les plaquettes de collecte 10a.

Avec la structure indiquée ci-dessus, le flux magnétique que génère l'aimant 5 est collecté en priorité sur les plaquettes de collecte 10a, par l'intermédiaire des culasses magnétiques 6, du fait que les anneaux de collecte de flux magnétique 10 constituent une partie de circuit magnétique. Le capteur magnétique 7 détecte l'induction magnétique entre les plaquettes de collecte 10a, dont la valeur est une valeur moyenne de l'induction magnétique entre les circonférences entières des culasses magnétiques 6. Par conséquent, dans le capteur de couple 1 conforme au second mode de réalisation, des erreurs de détection peuvent difficilement être occasionnées par des erreurs de fabrication, une précision d'assemblage insuffisante des composants constituant le circuit magnétique ou un défaut d'alignement entre les arbres d'entrée et de sortie 2 et 3.

Troisième mode de réalisation On décrira un capteur de couple 1 conforme à un troisième mode de réalisation en se référant à la figure 7. La figure 7 montre une vue en perspective éclatée d'une partie du capteur de couple 1.

Le capteur de couple 1 conforme au troisième mode de réalisation comporte deux capteurs magnétiques 2 qui sont placés dans l'espace axial entre les culasses magnétiques 6A et 6B. Les directions de détection de magnétisme des capteurs magnétiques 7 respectifs sont mutuellement opposées, comme indiqué par des flèches sur la figure 7. Chacun des capteurs magnétiques 7 est connecté à un circuit différentiel 11. Le circuit différentiel 11 émet un signal de couple après que des signaux de sortie des capteurs magnétiques 7, qui sont appliqués aux entrées du circuit dif- férentiel 11, ont été traités de manière différentielle dans ce circuit.

Dans le cas d'un seul capteur magnétique 7, la fluctuation de détection sous la dépendance d'une position à laquelle le capteur magné-tique est placé est relativement grande. Cependant, du fait que le capteur de couple 1 conforme au troisième mode de réalisation comporte deux capteurs magnétiques 7, la fluctuation de détection sous la dépendance des positions auxquelles les capteurs magnétiques sont placés est plus faible.

En outre, la différence des signaux de sortie entre les capteurs 25 magnétiques 7 peut effectivement être utilisée pour annuler une dérive en température et pour augmenter la sensibilité de détection.

Le circuit différentiel 11 peut être ou ne pas être un composant du capteur de couple 1. Si le circuit différentiel n'est pas un composant du capteur de couple 1, une unité de commande électronique (non représentée) joue le rôle du circuit différentiel 11 et peut accomplir des traitements différentiels sur la base des signaux de sortie des capteurs magné-tiques 7, pour calculer le couple.

Les deux capteurs magnétiques conformes au troisième mode de réalisation peuvent également être appliqués au second mode de réali-35 sation.

Quatrième mode de réalisation On décrira un capteur de couple 1 conforme à un quatrième mode de réalisation en se référant à la figure 8. La figure 8 montre une vue en perspective éclatée d'une partie d'un capteur de couple 1.

Le capteur de couple 1 conforme au quatrième mode de réalisation comporte deux capteurs magnétiques 7, ce qui est similaire au troisième mode de réalisation. Les deux capteurs magnétiques 7 sont disposés symétriquement par rapport à la barre de torsion 4 (sur des côtés de la barre de torsion 4 opposés en direction radiale), dans l'espace axial entre les culasses magnétiques 6A et 6B. Les directions de détection de magnétisme des capteurs magnétiques 7 respectifs sont mutuellement opposées, comme indiqué par des flèches sur la figure 8. Chacun des capteurs magnétiques 7 est connecté à un circuit différentiel 11. Le circuit différentiel 11 émet un signal de couple après que des signaux de sortie provenant des capteurs magnétiques 7, qui sont appliqués au circuit diffé- rentiel 11, ont ététraités de manière différentielle dans ce circuit.

Du fait que le capteur de couple 1 conforme au quatrième mode de réalisation comporte deux capteurs magnétiques 7, ce qui est similaire au troisième mode de réalisation, la détection est moins affectée par des positions auxquelles les capteurs magnétiques sont placés, et par conséquent la précision de détection est plus élevée, en comparaison avec celle du capteur magnétique unique.

En outre, une différence des signaux de sortie entre les capteurs magnétiques 7 peut être utilisée effectivement pour annuler une dé- rive en température et pour doubler la sensibilité de détection, du fait que la grandeur physique de détection est doublée. En outre, le défaut d'alignement entre les arbres d'entrée et de sortie 2 et 3 affecte moins la précision de détection.

Le circuit différentiel 11 peut être ou ne pas être un composant du capteur de couple 1. Si le circuit différentiel 11 n'est pas un composant du capteur de couple 1, une unité de commande électronique (non représentée) joue le rôle du circuit différentiel 11 et peut accomplir des traitements différentiels sur la base des signaux de sortie des capteurs magnétiques 7 pour calculer le couple.

Cinquième mode de réalisation On décrira un capteur de couple 1 conforme à un cinquième mode de réalisation en se référant à la figure 9. La figure 9 montre une vue en perspective éclatée d'une partie d'un capteur de couple 1.

Le capteur de couple 1 conforme au cinquième mode de réalisation comporte deux capteurs magnétiques 7 disposés symétriquement par rapport à la barre de torsion 4 dans les plaquettes de collecte 10a des anneaux de collecte de flux magnétique 10 (10A, 10B), ce qui est similaire au second mode de réalisation. Les plaquettes de collecte 10a conformes au cinquième mode de réalisation sont deux paires de plaquettes de collecte 10a qui sont espacées à des intervalles de 180 dans la direction de la circonférence, comme représenté sur la figure 9.

Chacun des deux capteurs magnétiques 7 est placé entre l'une des paires des plaquettes de collecte 10a disposées face à face en direc- tion axiale. Les directions de détection de magnétisme des capteurs magnétiques 7 respectifs sont mutuellement opposées, comme indiqué par des flèches sur la figure 9. Chacun des capteurs magnétiques 7 est connecté à un circuit différentiel 11. Le circuit différentiel 11 émet un signal de couple après que des signaux de sortie provenant des capteurs magnétiques 7 ont été traités de manière différentielle dans ce circuit.

Le cinquième mode de réalisation a non seulement un avantage consistant en ce que chacun des capteurs magnétiques 7 détecte une va-leur moyenne de l'induction magnétique entre les circonférences des culasses magnétiques 6, à cause de l'utilisation des anneaux de collecte de flux magnétique 10, mais également un autre avantage consistant en ce que la sensibilité de détection est doublée et le défaut d'alignement entre les axes d'entrée et de sortie 2 et 3 affecte moins la précision de détection.

Sixième mode de réalisation On décrira un capteur de couple 1 conforme à un sixième mode de réalisation en se référant à la figure 10. La figure 10 montre une vue en perspective éclatée d'une partie d'un capteur de couple 1.

Le capteur de couple 1 conforme au sixième mode de réalisation a plus de deux exemplaires de capteurs magnétiques 7 (trois exemplaires de capteurs magnétiques 7 dans ce mode de réalisation).

Les trois capteurs magnétiques 7, qui sont espacés à des inter- valles constants dans la direction de la circonférence, sont disposés dans l'espace axial entre les culasses magnétiques 6A et 6B et sont connectés à un circuit de calcul 12. Les directions de détection de magnétisme des capteurs magnétiques 7 respectifs sont mutuellement les mêmes. Le circuit de calcul 12 émet un signal de couple après un traitement pour addi10 tionner les signaux de sortie des trois capteurs magnétiques 7, ou faire la moyenne de ces signaux.

Du fait que le capteur de couple 1 conforme au sixième mode de réalisation comporte trois capteurs magnétiques 7 et leurs signaux de sortie sont traités par addition ou calcul de moyenne, la précision de détec- tion est remarquablement améliorée, en comparaison avec celle du capteur magnétique 7 unique, dont la détection de l'induction magnétique est fortement affectée par la position à laquelle le capteur magnétique 7 est placé.

Le circuit de calcul 12 peut être ou ne pas être un composant du capteur de couple 1. Si le circuit de calcul 12 n'est pas un composant du capteur de couple 1, une unité de commande électronique (non représentée) joue le rôle du circuit de calcul 12 et peut accomplir des traitements d'addition ou de calcul de moyenne sur la base des signaux de sortie des capteurs magnétiques 7, pour calculer le couple.

Septième mode de réalisation La figure 11 montre une représentation graphique illustrant une relation entre un angle de torsion de la barre de torsion 4 (un angle d'écart entre l'aimant 5 et les culasses magnétiques 6), et l'induction magnétique générée entre les culasses magnétiques 6. L'angle de torsion de la barre de torsion 4 est représenté comme un angle de torsion maximal de la barre de torsion 4 en fonction d'un nombre de pôles de l'aimant 5 ou des culasses magnétiques 6.

Comme représenté sur la figure 11, si la formule (1) suivante est vérifiée, le couple peut être détecté de manière exacte (zone sensible).

emax X n <_ 120 [degrés] ... (1) en désignant par emax l'angle de torsion maximal de la barre de torsion 4 et par n un nombre de pôles de l'aimant 5 ou des culasses magnétiques 6.

De préférence, si la formule (2) suivante est vérifiée, le couple peut être détecté de façon plus exacte du fait que la valeur de l'induction magnétique change de façon plus linéaire en fonction de l'angle de torsion maximal de la barre de torsion 4 (zone linéaire).

emax x n 60 [degrés] ... (2) Huitième mode de réalisation On décrira un capteur de couple 1 conforme à un huitième mode de réalisation en se référant à la figure 12. La figure 12 montre une vue en perspective éclatée d'un capteur de couple 1.

Le capteur de couple 1 conforme au huitième mode de réalisation comporte un aimant 5 dont la longueur axiale est supérieure à celle des culasses magnétiques 6, comme représenté sur la figure 12.

Par exemple, dans le capteur de couple 1 dans lequel une longueur axiale de l'aimant 5 est pratiquement égale ou inférieure à celle des culasses magnétiques 7, un espace radial entre l'aimant 5 et les culasses magnétiques 7 est susceptible d'être rempli par de la limaille de fer Q, si celle-ci s'introduit dans le capteur de couple 1 à partir de l'extérieur, ce qui occasionne un court-circuit du circuit magnétique et donc une détection erronée.

Cependant, dans un cas dans lequel des extrémités axiales op-posées de l'aimant 5 font saillie en direction axiale à l'extérieur des ex- trémités axiales opposées des culasses magnétiques 7, comme représenté dans le huitième mode de réalisation, la limaille de fer Q est collée aux bords de l'aimant 5 (du fait que l'aimant 5 a une caractéristique consistant en ce que le flux magnétique est concentrée sur ses bords), ce qui n'affecte pas de manière nuisible le circuit magnétique pour la détection du couple, grâce à quoi la détection erronée peut être évitée.

Neuvième mode de réalisation La figure 14 montre une vue en plan d'un capteur de couple 1 conforme à un neuvième mode de réalisation. La figure 15 montre une coupe du capteur de couple 1 conforme au neuvième mode de réalisation. 5 Le capteur de couple 1 conforme au neuvième mode de réalisa- tion comporte un joint magnétique 13 (matériau magnétique) recouvrant une partie pratiquement entière de son circuit magnétique.

Le joint magnétique 13 a une forme cylindrique, comme représenté sur les figures 14 et 15. Le joint magnétique 13 a pour effet de blo- quer des influences du magnétisme terrestre et de champs magnétiques générés autour du capteur de couple 1, de façon à éviter une détection erronée.

En outre, comme représenté sur la figure 16, le joint magnétique 13 peut recouvrir seulement le capteur magnétique 7, sans recouvrir 15 la totalité du circuit magnétique du capteur de couple 1.

Dixième mode de réalisation On décrira en relation avec la figure 17 un système de direction assistée électrique incorporant le capteur de couple de la présente invention, conforme à un dixième mode de réalisation.

Le système de direction assistée électrique conforme au dixième mode de réalisation est composé d'un moteur électrique 15 pour communiquer une force supplémentaire à un mécanisme de transmission de force de direction 14A, qui accouple l'arbre de sortie 3 et des roues 14B, pour assister le couple de direction qu'un conducteur applique à un volant 14, du capteur de couple 1 pour détecter le couple de direction appliqué au volant 14 et d'un circuit de commande pour commander le courant à fournir au moteur électrique 15 en réponse à la valeur du couple que détecte le capteur de couple 1. La structure du capteur de couple 1 est par exemple la même que celle du premier mode de réalisation.

Du fait que le système de direction assistée électrique envisagé cidessus ne comporte pas une bobine pour détecter le changement de champs magnétiques et une bobine pour compenser un changement de température, qui sont incorporées dans un système de direction assistée électrique classique, un grand boîtier pour loger ces bobines n'est pas nécessaire.

En outre, le capteur de couple 1 n'émet pas des bruits électriques et il a une plus faible consommation, du fait qu'un courant alternatif n'est pas appliqué à la bobine comme dans le capteur de couple classique.

Le capteur magnétique 7 utilise le circuit intégré à effet Hall, ce qui fait que le capteur de couple 1 a un faible encombrement et est peu coûteux, du fait que des circuits auxiliaires tels qu'un circuit de réglage de gain, un circuit de réglage de décalage et un circuit de compensation de température ne sont pas nécessaires, grâce à quoi le capteur de couple 1 peut être composé d'un petit nombre de composants.

En outre, du fait que le circuit intégré à effet Hall n'exige pas un circuit oscillant, ce qui fait qu'il y a peu de bruits rayonnés, le circuit intégré à effet Hall n'occasionne pas un problème de bruit pour des disposi- tifs électriques environnants.

En outre, du fait que des composants électriques autres que le circuit intégré à effet Hall ne sont pas nécessaires, le capteur magnétique 7 peut fonctionner avec une moindre consommation d'énergie et à une température relativement élevée, que le circuit intégré à effet Hall peut supporter pendant son utilisation.

En outre, du fait que le réglage de gain, le réglage de décalage et la compensation de température, qui ont été accomplis par une unité de commande électronique dans le capteur de couple classique, peuvent être effectués dans le circuit intégré à effet Hall, l'assurance de qualité du capteur de couple 1 s'applique à une seule entité, et si le capteur de couple 1 dévient défectueux, il est possible de remplacer seulement le capteur de couple 1 défectueux, sans examiner les autres composants tels qu'une unité de commande électronique. En outre, il n'est pas nécessaire d'initialiser le capteur de couple 1, lorsque le capteur de couple 1 est as- semblé dans un système de capteur de couple, par exemple dans le système de direction assistée électrique, ce qui conduit à une productivité supérieure et un coût inférieur.

Onzième mode de réalisation Comme représenté sur la figure 18, un système de direction as- sistée électrique conforme à un onzième mode de réalisation comporte une carte de circuit 17 sur laquelle le circuit de commande 16 (voir la figure 17) et le capteur magnétique 7 pour le capteur de couple 1 sont simultanément installés. La carte de circuit 17 est fixée, par exemple avec des vis, sur un boîtier 18 dans lequel le capteur de couple 1 est logé. Le joint magnétique 13 recouvre au moins une circonférence extérieure du boîtier de colonne 18 où le capteur magnétique 7 est placé ; le joint magnétique peut recouvrir seulement une partie de la circonférence extérieure, au voisinage du capteur magnétique.

Dans ce cas, des faisceaux de câblage et des connecteurs pour connecter le capteur de couple 1 et le circuit de commande 16 ne sont pas nécessaires, ce qui conduit à une réduction de coût et une meilleure fiabilité du fait de l'absence de contacts électriques.

Douzième mode de réalisation Comme représenté sur la figure 19, dans un système de direction assistée électrique conforme à un douzième mode de réalisation, le capteur ma- gnétique 7 est monté sur un connecteur ou une fiche 21 d'un faisceau de câblage 20 pour connecter le capteur de couple 1 et le circuit de commande 16.

Dans ce cas, si le connecteur 21 du capteur magnétique 7 est simplement introduit dans un boîtier 18 du capteur de couple 1, l'assemblage du capteur magnétique 7 est plus simple.

Treizième mode de réalisation Dans un système de direction assistée électrique conforme à un treizième mode de réalisation, une partie de détection S du capteur de couple 1 peut être assemblée à un moment ultérieur. La partie de détection S est composée d'un aimant 5 de forme annulaire, d'une paire de culasses magnétiques 6 (6A, 6B) de forme annulaire et d'un capteur magnétique 7.

Comme représenté sur la figure 20, un arbre d'entrée 3, une barre de torsion 4 et un arbre de sortie 3 sont mutuellement en aligne-ment axial. La partie de détection S est placée axialement dans une orientation parallèle à la barre de torsion 4. L'arbre d'entrée 2 est accouplé à l'aimant 5 par l'intermédiaire d'un premier élément de transmission de couple qui est composé d'une roue dentée 22 fixée de façon coaxiale à l'arbre d'entrée 2, et d'une roue dentée 23 fixée de façon coaxiale à l'aimant 5a. Les roues dentées 22 et 23 sont en prise, de façon que la rotation de l'arbre d'entrée 2 soit transmise à l'aimant 5. L'arbre de sortie 3 est accouplé aux culasses magnétiques 6 par l'intermédiaire d'un second élément de transmission de couple qui est composé d'une roue dentée 24 fixée de façon coaxiale à l'arbre de sortie 3, et d'une roue dentée 25 fixée de façon coaxiale aux culasses magnétiques 6. Les roues dentées 24 et 25 sont en prise, de façon que la rotation de l'arbre de sortie 3 soit transmise aux culasses magnétiques 6.

Avec la structure envisagée ci-dessus, la partie de détection S peut être assemblée séparément après que l'arbre d'entrée 2 avec la roue dentée 22, la barre de torsion 4, l'arbre de sortie 3 avec la roue dentée 25, le moteur électrique 15 (voir la figure 17) et le mécanisme de trans- mission de force de direction 14A (voir la figure 17) ont été assemblés à l'avance. Ainsi, il est plus simple d'assembler la partie de détection S au système de direction assistée électrique. En outre, la partie de détection S peut être remplacée en une seule pièce, ce qui facilite des opérations de maintenance.

Quatorzième mode de réalisation Comme représenté sur la figure 21, un système de direction assistée électrique conforme à un quatorzième mode de réalisation comporte un joint magnétique 26 entourant le capteur de couple 1. Le joint magnétique 26 recouvre la circonférence extérieure entière d'un boîtier de colonne 27 (par exemple en aluminium) dans lequel le capteur de couple 1 est logé.

Le capteur de couple 1 destiné à être utilisé dans le système de direction assistée électrique est susceptible de détecter le couple de manière erronée s'il est influencé par des champs magnétiques extérieurs qui sont générés, par exemple, par des haut-parleurs (incorporant des aimants) se trouvant à bord du véhicule. Par conséquent, le fait d'établir un joint magnétique autour de la circonférence extérieure du capteur de couple 1 empêche le capteur de couple 1 d'effectuer une détection erronée à cause des champs magnétiques extérieurs.

Comme représenté sur la figure 22, au lieu d'établir un joint magnétique sur la circonférence extérieure entière du boîtier de colonne 27, il est possible d'établir un joint magnétique sur une partie seulement du boîtier de colonne 27, à l'endroit auquel le capteur magnétique 7 est placé.

Dans les modes de réalisation mentionnés ci-dessus, au lieu que l'aimant 5 soit accouplé au premier arbre 2 ou à la barre de torsion 4 d'un côté du premier arbre 2, et que la culasse magnétique 6 soit accouplée au second arbre 3 ou à la barre de torsion 4 d'un côté du second arbre 3, l'aimant 5 peut être accouplé au second arbre 3 ou à la barre de torsion 4 d'un côté du second arbre 3, et les culasses magnétiques 6 peu- vent être accouplées au premier arbre 2 ou à la barre de torsion 4 du côté du premier arbre 2.

En outre, pour assembler l'aimant 5 et les culasses magnétiques 6 dans le capteur de couple 1, après que l'aimant 5 a été fixé initialement à la barre de torsion 4 ou à l'un des arbres d'entrée et de sortie 2 et 3, les culasses magnétiques 6 peuvent recouvrir l'aimant 5 pour définir une position de repos de culasse magnétique, et ensuite les culasses magnétiques 6 peuvent être fixées à la barre de torsion 4 ou à l'autre des arbres d'entrée et de sortie 2 et 3, pour maintenir la position de la culasse magnétique.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Système de direction assistée électrique pour diriger une roue de véhicule comportant: un capteur de couple pour détecter un couple de torsion devant être appliqué à un premier arbre et un second arbre (2, 3), ce capteur de couple comprenant: - un élément élastique (4) disposé entre les premier et second arbres, et fixé à ceux-ci, de façon que le premier arbre, l'élément élasti- que et le second arbre soient en alignement mutuel en position coaxiale - un élément ferromagnétique (5) propre à produire un champ magnétique accouplé à l'un de l'élément élastique et du premier arbre; - un élément magnétique doux (6) accouplé à l'un du second arbre et de l'élément élastique; l'élément magnétique doux étant placé à l'intérieur du champ magnétique et formant un circuit magnétique; et - un capteur magnétique (7) pour détecter l'induction magnétique générée dans le circuit magnétique; un volant de direction (14) auquel un couple de direction est appliqué, une extrémité du volant étant accouplée à l'un des premier et second ar-20 bres; un mécanisme de transmission de force de direction (14A) dont une extrémité est accouplée à la roue et dont l'autre extrémité est accouplée à l'autre des premier et second arbres; un moteur électrique (15) accouplé au mécanisme de transmission de 25 force de direction et en circuit avec le capteur magnétique du capteur de couple; et un circuit de commande (16) pour générer un courant de commande à appliquer au moteur électrique en réponse à un signal de sortie détecté du capteur magnétique; caractérisé en ce que le moteur électrique transmet une force d'entraînement au mécanisme de transmission de force de direction en réponse au courant de commande pour assister le couple de direction qui est appliqué au volant de direction.

2. Système de direction assistée électrique selon la revendica-35 tion 1, caractérisé en ce que le capteur magnétique est un circuit intégré à effet Hall.

3. Système de direction assistée électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de commande possède une plaquette (17) sur laquelle le capteur magnétique est monté simultanément.

4. Système de direction assistée électrique selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre un connecteur (21) d'un faisceau de câblage (20) connectant le circuit de commande et le capteur de couple, caractérisé en ce que le capteur magnétique est monté sur le connecteur.

5. Système de direction assistée électrique selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un boîtier de colonne (18) dans lequel le capteur de couple est logé et un joint magnétique (13) recouvrant au moins une circonférence extérieure du boîtier de colonne où le capteur magnétique est placé.

6. Système de direction assistée électrique selon la revendica- tion 5, caractérisé e ce que le joint magnétique recouvre seulement une partie de la circonférence extérieure, au voisinage du capteur magnétique.

7. Système de direction assistée électrique selon l'une quel-conque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que: - l'élément élastique (4) subit une torsion élastique lorsqu'un couple de torsion est appliqué au premier arbre et au second arbre; - l'élément ferromagnétique (5) est accouplé à l'une d'une position donnée du premier arbre et d'une position donnée de l'élément élastique d'un côté du premier arbre, et peut tourner avec celui-ci; - l'élément magnétique doux (6) est accouplé à l'une d'une po- sition donnée du second arbre et d'une autre position donnée de l'élément élastique d'un côté du second arbre et peut tourner avec celui-ci; - l'élément magnétique doux est placé à l'intérieur du champ magnétique et formant le circuit magnétique de façon que l'induction magnétique générée dans le circuit magnétique varie lorsqu'un écart en rota- tion de l'élément magnétique doux par rapport à l'élément ferromagnéti- que est changé conformément à la torsion de l'élément élastique; et - le capteur magnétique (7) est placé au voisinage de l'élément magnétique doux, et sans venir au contact avec celui-ci.