FR2871113A1 - Force restoring device for use as clutch pedal, has connecting rod mounted pivotally on pivot connected with movable unit and rotating on crank pin of toothed wheel geared with toothed sector of pedal - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif à pédale avec restitution d'effort avec unPedal device with restitution of effort with a
ressort.spring.
L'invention concerne un dispositif à pédale avec restitution d'effort avec un ressort. The invention relates to a pedal device with restitution of effort with a spring.
Les véhicules automobiles comportent classiquement une pédale d'embrayage pour commander le désaccouplement entre un moteur et une transmission, par exemple lors d'un changement de rapport de transmission. Le système de commande de l'embrayage comporte un câble dont le coulissement dans une gaine est commandé par l'enfoncement de la pédale d'embrayage. Le coulissement du câble permet le déplacement d'une butée d'embrayage et la mise sous tension d'un diaphragme. Dans une réalisation particulière, le câble est remplacé par un système hydraulique. Motor vehicles conventionally comprise a clutch pedal to control the uncoupling between a motor and a transmission, for example during a gear ratio change. The control system of the clutch comprises a cable whose sliding in a sheath is controlled by the depression of the clutch pedal. The sliding of the cable allows the displacement of a clutch abutment and the powering up of a diaphragm. In a particular embodiment, the cable is replaced by a hydraulic system.
En mesurant l'effort exercé par le pied d'un utilisateur sur la pédale au cours de la phase d'embrayage, on obtient un relevé similaire à celui exposé sur la figure 1, dans lequel une courbe 1 représente l'effort en Newton mesuré en un point de la pédale à une distance prédéterminée de l'axe de pivotement en fonction du déplacement en millimètres dudit point. Dans une première phase de la course, l'augmentation de l'effort est très rapide, jusqu'au point A de la courbe. Puis, dans une deuxième phase, l'effort diminue légèrement, jusqu'au point B. Enfin, dans une troisième phase, l'effort remonte de nouveau de manière rapide. By measuring the force exerted by a user's foot on the pedal during the clutching phase, a reading similar to that shown in FIG. 1 is obtained, in which a curve 1 represents the measured force in Newton. at a point of the pedal at a predetermined distance from the pivot axis as a function of the displacement in millimeters of said point. In a first phase of the race, the increase of the effort is very fast, up to point A of the curve. Then, in a second phase, the effort decreases slightly, up to point B. Finally, in a third phase, the effort rises again quickly.
Dans les projets de véhicules dits X-by-wire, ou à commande électrique, les liaisons mécaniques ou hydrauliques sont supprimées pour être remplacées par des systèmes comportant des dispositifs de commande à capteur, un calculateur et des actionneurs électriques. In the so-called X-by-wire or electrically controlled vehicle projects, the mechanical or hydraulic links are removed to be replaced by systems comprising sensor control devices, a computer and electric actuators.
Le document EP 1 074 420 montre un dispositif de commande à capteur comportant une pédale d'accélérateur articulée au niveau du plancher et destinée à délivrer un signal électrique. Pour restituer un effort au pied de l'utilisateur, deux ressorts montés coaxialement dans un guide du dispositif agissent sur la pédale de manière à tendre à la ramener vers une position relevée. The document EP 1 074 420 shows a sensor control device comprising an accelerator pedal articulated at floor level and intended to deliver an electrical signal. To restore a force to the user's foot, two springs mounted coaxially in a guide of the device act on the pedal so as to tend to bring it back to a raised position.
Cependant, l'effort restitué évolue de manière sensiblement linéaire. Une telle pédale utilisée comme pédale d'embrayage ne permet pas à l'utilisateur d'avoir la même sensation qu'avec un système classique. However, the restored effort evolves in a substantially linear manner. Such a pedal used as a clutch pedal does not allow the user to have the same feeling with a conventional system.
C'est donc un objectif de l'invention de fournir un dispositif de restitution d'effort utilisable comme pédale d'embrayage dans un système à commande électrique, permettant à l'utilisateur de ressentir un effort similaire à celui d'un système classique. It is therefore an object of the invention to provide a force feedback device usable as a clutch pedal in an electrically controlled system, allowing the user to feel a similar effort to that of a conventional system.
Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un dispositif de restitution d'effort comportant une pédale montée pivotante sur un châssis autour d'un pivot de pédale, et destinée à être actionnée par le pied d'un utilisateur entre une position relevée et une position enfoncée, un ressort exerçant un effort dans une direction d'action entre le châssis et la pédale pour tendre à maintenir la pédale dans la position relevée. Le dispositif comporte des moyens de modulation de l'effort de restitution comportant un élément mobile lié à une première des extrémités du ressort, la deuxième extrémité du ressort étant liée à la pédale, et des moyens de liaison modifiant la position de l'élément mobile en fonction de la position de la pédale. With this object in view, the invention relates to a force feedback device comprising a pedal pivotally mounted on a frame around a pedal pivot, and intended to be actuated by the foot of a user between a position raised and a depressed position, a spring exerting a force in a direction of action between the frame and the pedal to tend to maintain the pedal in the raised position. The device comprises means for modulating the restitution force comprising a movable element connected to a first end of the spring, the second end of the spring being connected to the pedal, and connecting means modifying the position of the movable element. depending on the position of the pedal.
En faisant varier ainsi la position d'une extrémité du ressort, on fait varier l'effort qu'il exerce sur la pédale. De plus, cette variation peut ne pas être linéaire. By thus varying the position of one end of the spring, it varies the force it exerts on the pedal. In addition, this variation may not be linear.
Dans un premier mode de réalisation, les moyens de liaison comportent un vilebrequin et une bielle montée rotative sur un maneton du vilebrequin et pivotante sur l'élément mobile, le vilebrequin étant entraîné en rotation par la pédale. Le système bielle-vilebrequin permet de faire évoluer de manière cyclique la position de la première extrémité du ressort. L'entraînement du vilebrequin par la pédale influence également l'effort ressenti par le pied d'un utilisateur qui enfonce la pédale. In a first embodiment, the connecting means comprise a crankshaft and a connecting rod rotatably mounted on a crankpin of the crankshaft and pivoting on the movable member, the crankshaft being rotated by the pedal. The crankshaft-crank system makes it possible to change the position of the first end of the spring cyclically. The crankshaft drive by the pedal also influences the effort felt by the foot of a user who depresses the pedal.
Le vilebrequin est par exemple une roue dentée entraînée en rotation par un secteur denté fixé à la pédale. The crankshaft is for example a toothed wheel driven in rotation by a toothed sector fixed to the pedal.
De manière particulière, le vilebrequin effectue un tour complet lorsque la pédale passe de la position relevée à la position enfoncée. Pendant le tour complet, l'élément mobile évolue entre deux positions extrêmes, ce qui permet d'obtenir des phases dans lesquelles la force opposée par le ressort est soit renforcée, soit amoindrie. In particular, the crankshaft performs a complete revolution when the pedal moves from the raised position to the depressed position. During the complete revolution, the movable element evolves between two extreme positions, which makes it possible to obtain phases in which the force opposed by the spring is either reinforced or diminished.
Par ailleurs, un coulisseau peut être monté coulissant sur le châssis, une biellette étant montée pivotante d'une part sur la pédale et d'autre part sur le coulisseau, la deuxième extrémité du ressort étant fixée sur le coulisseau. Ainsi, le ressort peut être monté parallèlement au plancher, ce qui limite son encombrement en hauteur. Furthermore, a slide can be slidably mounted on the frame, a rod being pivotally mounted on the one hand on the pedal and on the other hand on the slide, the second end of the spring being fixed on the slide. Thus, the spring can be mounted parallel to the floor, which limits its size in height.
Plus particulièrement, l'élément mobile est dans une position médiane entre deux positions extrêmes lorsque la pédale est dans la position relevée ou dans la position enfoncée. Le système bielle et vilebrequin entraîne l'élément mobile entre deux positions extrêmes. En choisissant une position médiane comme position initiale, la variation d'effort en fonction du déplacement de la pédale est la plus forte pour la position relevée et pour la position enfoncée. More particularly, the movable element is in a median position between two extreme positions when the pedal is in the raised position or in the depressed position. The connecting rod and crankshaft system drives the movable element between two extreme positions. By choosing a median position as initial position, the variation of effort as a function of the displacement of the pedal is the strongest for the raised position and for the depressed position.
Selon un perfectionnement, l'élément mobile est monté coulissant sur le châssis. According to an improvement, the movable element is slidably mounted on the frame.
Dans un deuxième mode de réalisation, les moyens de liaison comportent un doigt solidaire de l'élément mobile et une came fixée sur le châssis, l'élément mobile étant monté coulissant sur un support de doigt solidaire de la pédale. Ainsi, l'appui du ressort évolue selon le profil de la came, ce qui permet de moduler la longueur du ressort, et donc sa force de réaction. La réalisation du dispositif est en plus très simple. In a second embodiment, the connecting means comprise a finger secured to the movable member and a cam fixed to the frame, the movable member being slidably mounted on a finger support integral with the pedal. Thus, the spring support changes according to the profile of the cam, which allows to modulate the length of the spring, and therefore its reaction force. The realization of the device is also very simple.
De manière particulière, l'élément mobile coulisse dans une direction sensiblement perpendiculaire à la pédale. In particular, the movable element slides in a direction substantially perpendicular to the pedal.
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture The invention will be better understood and other features and advantages will appear on reading
de la description qui va suivre, la description description that follows, the description
faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est un diagramme représentant une courbe de restitution d'effort, déjà décrite précédemment; la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue de l'évolution de la géométrie du dispositif de la figure 2; la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue de l'évolution de la géométrie du dispositif de la figure 4. with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagram representing a force-recovery curve already described previously; Figure 2 is a schematic view of a device according to a first embodiment of the invention; Figure 3 is a view of the evolution of the geometry of the device of Figure 2; Figure 4 is a schematic view of a device according to a second embodiment of the invention; FIG. 5 is a view of the evolution of the geometry of the device of FIG. 4.
Un dispositif de restitution 10 d'effort selon un premier mode de réalisation de l'invention est montré sur les figures 2 et 3. Le dispositif 10 comporte une pédale 103 montée pivotante sur un châssis 102 autour d'un pivot de pédale 130. Le pied d'un utilisateur est représenté en traits mixtes sur la figure 3, en appui contre la pédale 3, dans une position relevée I et dans une position enfoncée II. A force restitution device 10 according to a first embodiment of the invention is shown in FIGS. 2 and 3. The device 10 comprises a pedal 103 pivotally mounted on a frame 102 around a pedal pivot 130. foot of a user is shown in phantom in Figure 3, bearing against the pedal 3, in a raised position I and a depressed position II.
Un coulisseau 105 est monté coulissant sur le châssis 102 dans une direction d'action, sensiblement horizontale. Le coulisseau 105 est relié à la pédale par l'intermédiaire d'une biellette 106 articulée d'une part sur un premier pivot 150 solidaire du coulisseau et d'autre part sur un deuxième pivot 160 fixé sur la pédale 103. A slider 105 is slidably mounted on the frame 102 in a substantially horizontal direction of action. The slider 105 is connected to the pedal by means of a rod 106 articulated on the one hand on a first pivot 150 secured to the slider and on the other hand on a second pivot 160 fixed on the pedal 103.
Un élément mobile 107 est monté coulissant dans la direction d'action sur un élément 108 du châssis 102. Un ressort 104 de compression comporte une première extrémité 141 fixée sur l'élément mobile 107 et une deuxième extrémité 142 fixée sur le coulisseau 105 pour exercer un effort entre l'élément mobile 107 et le coulisseau 105. A movable member 107 is slidably mounted in the direction of action on a member 108 of the frame 102. A compression spring 104 has a first end 141 fixed to the movable member 107 and a second end 142 attached to the slider 105 to exert a force between the movable member 107 and the slider 105.
Des moyens de modulation de l'effort de restitution comportent, en plus de l'élément mobile 107, un secteur denté 111 engrenant avec une roue dentée 110 montée rotative sur le châssis, et une bielle 109 montée pivotante sur un troisième pivot 170 solidaire de l'élément mobile 107, et rotative sur un maneton 112 de la roue dentée 110. La roue dentée 110 et le maneton 112 forment ainsi un vilebrequin. Le maneton 112 est décalé par rapport à l'axe de rotation de la roue dentée 110. Le maneton 112 est dans une position initiale Q1 dans laquelle il est au-dessus de l'axe de rotation de la roue dentée 110, vu sur la figure 2. Le secteur denté 111 est solidaire de la pédale 103. Modulation means of the restitution force comprise, in addition to the movable member 107, a toothed sector 111 meshing with a toothed wheel 110 rotatably mounted on the frame, and a connecting rod 109 pivotally mounted on a third pivot 170 secured to the movable member 107, and rotatable on a crankpin 112 of the toothed wheel 110. The gearwheel 110 and the crankpin 112 thus form a crankshaft. The crankpin 112 is offset relative to the axis of rotation of the gearwheel 110. The crankpin 112 is in an initial position Q1 in which it is above the axis of rotation of the gearwheel 110, as seen on FIG. Figure 2. The toothed sector 111 is integral with the pedal 103.
La pédale 103 est mobile entre la position relevée I et une position enfoncée II représentée sur la figure 3. Un effort de restitution F peut être mesuré en un point prédéterminé S de la pédale qui parcourt une course de référence entre S1 et S2. The pedal 103 is movable between the raised position I and a depressed position II shown in FIG. 3. A restitution effort F can be measured at a predetermined point S of the pedal which travels a reference travel between S1 and S2.
La biellette 106 s'étend entre un point U lié au deuxième pivot 160 évoluant entre un point U1 dans la position relevée I et un point U2 dans la position II selon une trajectoire en arc de cercle centré en T, et un point P lié au premier pivot 150 évoluant entre un point Pl dans la position relevée I et un point P2 dans la position enfoncée II selon une trajectoire rectiligne. The rod 106 extends between a point U linked to the second pivot 160 moving between a point U1 in the raised position I and a point U2 in the position II along a circle arc trajectory centered at T, and a point P connected to the first pivot 150 moving between a point P1 in the raised position I and a point P2 in the depressed position II in a rectilinear trajectory.
Par ailleurs, le maneton 112 effectue un déplacement circulaire depuis le point Q1 pour revenir à la même position Ql après un tour complet, en passant par les positions Q3 après un quart de tour et Q4 après trois quarts de tour. La bielle 109, conduite par le maneton 112, entraîne l'élément mobile 107 de telle sorte que le troisième pivot 170 passe d'une position R1 quand le maneton 112 est en Q1, à une position R3 quand le maneton 112 est en Q3, à une position R4 quand le maneton 112 est en Q4, puis revient à la position R1 quand le maneton 112 est revenu en Q1. Les points R1, R3, R4 se projettent sur une droite s'étendant selon la direction d'action à partir de Pl, en des points nommés respectivement 01, 03 et 04. Furthermore, the crankpin 112 performs a circular movement from the point Q1 to return to the same position Q1 after one complete turn, through the positions Q3 after a quarter turn and Q4 after three quarters of a turn. The connecting rod 109, driven by the crankpin 112, drives the movable element 107 so that the third pivot 170 moves from a position R1 when the crankpin 112 is at Q1, to a position R3 when the crankpin 112 is at Q3, at a position R4 when the crankpin 112 is in Q4, then returns to the position R1 when the crankpin 112 is returned to Q1. The points R1, R3, R4 are projected on a line extending along the direction of action from P1 at points named respectively 01, 03 and 04.
Le ressort 104 s'étend donc sur une longueur représentée sur la figure 3 par un segment P1-01 quand le maneton 112 est en Q1, par un segment P3-03 quand le maneton 112 est en Q3, par un segment P4-04 quand le maneton 112 est en Q4, puis par le segment P2-01 quand le maneton 112 est revenu en Q1. The spring 104 therefore extends over a length shown in FIG. 3 by a segment P1-01 when the crankpin 112 is at Q1, by a segment P3-03 when the crankpin 112 is in Q3, by a segment P4-04 when the crankpin 112 is in Q4, then by the segment P2-01 when the crankpin 112 is returned to Q1.
La longueur des segments conditionne la force de réaction du ressort 104, et donc d'une part la force transmise à la pédale 103 par la biellette 106, et d'autre part la force exercée par le secteur denté 111 sur la pédale 103 par l'intermédiaire de l'élément mobile 107, de la bielle 109 et de la roue dentée 110. The length of the segments conditions the reaction force of the spring 104, and therefore on the one hand the force transmitted to the pedal 103 by the rod 106, and on the other hand the force exerted by the toothed sector 111 on the pedal 103 by the intermediate of the movable element 107, the connecting rod 109 and the toothed wheel 110.
Le dispositif de restitution d'effort 20 selon un deuxième mode de réalisation est montré sur les figures 4 et 5. Le dispositif 10 comporte une pédale 203 montée pivotante sur un châssis 202 autour d'un pivot de pédale 230. Le pied d'un utilisateur est représenté en traits mixtes sur la figure 3, en appui contre la pédale 203, dans une position relevée I et dans une position enfoncée II. The force release device 20 according to a second embodiment is shown in Figures 4 and 5. The device 10 comprises a pedal 203 pivotally mounted on a frame 202 about a pedal pivot 230. The foot of a user is shown in phantom in Figure 3, bearing against the pedal 203, in a raised position I and a depressed position II.
Un élément mobile 207 est monté coulissant sur un support de doigt 206 solidaire de la pédale 203, dans une direction sensiblement perpendiculaire à la pédale 203. Une came 208 est fixée sur le châssis 202 en regard d'un doigt 205 solidaire de l'élément mobile 207. Un ressort 204 s'étend parallèlement au support de doigt 206 en s'appuyant d'une part sur la pédale, et d'autre part sur l'élément mobile 207. A movable member 207 is slidably mounted on a finger support 206 secured to the pedal 203, in a direction substantially perpendicular to the pedal 203. A cam 208 is fixed on the frame 202 facing a finger 205 secured to the element 207. A spring 204 extends parallel to the finger support 206, on the one hand resting on the pedal, and on the other hand on the mobile element 207.
La pédale 203 est mobile entre la position relevée I et une position enfoncée II représentée sur la figure 5. Un effort de restitution F peut être mesuré en un point prédéterminé S de la pédale qui parcourt une course de référence entre S1 et S2. The pedal 203 is movable between the raised position I and a depressed position II shown in FIG. 5. A restitution effort F can be measured at a predetermined point S of the pedal which travels a reference travel between S1 and S2.
Le ressort 204 s'étend entre un point C, lié à la pédale, évoluant entre un point Cl dans la position relevée I et un point C2 dans la position II selon une trajectoire en arc de cercle centrée en T, et un point D lié à la pédale 203 évoluant entre un point D1 dans la position relevée I et un point D2 dans la position II selon une trajectoire 280 imposée par la came 208. The spring 204 extends between a point C, linked to the pedal, moving between a point C1 in the raised position I and a point C2 in the position II along a circular arc trajectory centered at T, and a point D linked to the pedal 203 moving between a point D1 in the raised position I and a point D2 in the II position along a path 280 imposed by the cam 208.
Du fait de l'évolution de la position du point d'appui du ressort 204, évolution imposée par la came 208, la force de réaction du ressort 204 sur la pédale 203 n'évolue pas linéairement en fonction du degré d'enfoncement de la pédale 203. On peut déterminer une loi d'effort en fonction de degré d'enfoncement par un dessin judicieux de la forme de la came 208. Due to the evolution of the position of the point of support of the spring 204, evolution imposed by the cam 208, the reaction force of the spring 204 on the pedal 203 does not evolve linearly depending on the degree of depression of the 203. A force law can be determined as a function of degree of depression by a judicious drawing of the shape of the cam 208.
Le support de doigt n'est pas nécessairement orienté perpendiculairement à la pédale, mais il pourrait être incliné. The finger support is not necessarily oriented perpendicular to the pedal, but it could be inclined.
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