FR2909760A1 - Dispositif de mesure d'un couple de torsion et ensemble forme d'un arbre tournant et d'un dispositif de mesure du couple de torsion - Google Patents

Abstract

L'invention porte sur un dispositif de mesure (4) d'un couple de torsion suivant un axe (X) entre des premier (11) et second (13) éléments, le dispositif comprenant :- au moins une cible (18, 20) liée à l'un des deux éléments ;- au moins un capteur (22, 24) de mesure du déplacement de la cible (18, 20) ;ledit dispositif comprenant en outre un organe intermédiaire (16) distinct des premier et second éléments (11 , 13) et apte à convertir un débattement angulaire relatif des premier et second éléments (11; 13) l'un par rapport à l'autre sous l'effet dudit couple de torsion en un déplacement de la cible (18, 20) selon une direction de mesure sensiblement parallèle à l'axe de torsion (X) des premier et second éléments (11, 13).L'invention trouve une application dans la mesure du couple de torsion au sein d'un arbre tournant, tel qu'une colonne de direction ou un arbre de sortie d'une machine tournante.

Description

1 DISPOSITIF DE MESURE D'UN COUPLE DE TORSION ET ENSEMBLE FORME D'UN ARBRE

TOURNANT ET D'UN DISPOSITIF DE MESURE DU COUPLE DE TORSION La présente invention concerne les dispositifs de mesure d'un couple de torsion. Elle concerne plus particulièrement les dispositifs de mesure d'un couple de torsion dans un arbre tournant tel qu'une colonne de direction de véhicule automobile, ou un arbre de transmission ou un arbre de sortie d'une machine tournante du type moteur thermique ou électrique ; le couple de torsion s'exerçant selon l'axe longitudinal dudit arbre tournant. De manière générale, l'invention concerne un dispositif de mesure du couple de torsion entre des premier et second éléments liés entre eux, le dispositif étant du type comprenant : - au moins une cible ; - au moins un capteur de mesure du déplacement de la cible. II est connu d'utiliser des dispositifs magnétiques pour mesurer le couple de torsion dans une colonne de direction de véhicule automobile. Par exemple, deux tronçons de la colonne sont reliés par une barre de torsion et des aimants permanents sont répartis autour de ladite colonne. Un couple de torsion s'exerçant sur la colonne de direction entraîne le déplacement des aimants permanents, ledit déplacement étant détecté à l'aide d'une sonde à effet Hall de sorte à obtenir une mesure du couple de torsion. Un tel dispositif de mesure présente le défaut de n'être pas assez fiable et sensible, notamment du fait de l'utilisation d'une barre de torsion à faible raideur. De plus, ce dispositif est assez sensible aux variations de température. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un dispositif de mesure plus simple, moins coûteux permettant soit de se passer de barre de torsion soit de pouvoir utiliser des barres de torsion plus raides, et offrant en outre des possibilités de fonctionnement très peu sensible à la température. A cette fin, l'invention porte sur un dispositif de mesure d'un couple de torsion suivant un axe entre des premier et second éléments, le dispositif comprenant : 2909760 2 - au moins une cible liée à l'un des deux éléments ; - au moins un capteur de mesure du déplacement de la cible, caractérisé en ce qu'il comprend un organe intermédiaire distinct des premier et second éléments et apte à convertir un débattement angulaire relatif 5 des premier et second éléments l'un par rapport à l'autre sous l'effet dudit couple de torsion en un déplacement de la cible selon une direction de me-sure sensiblement parallèle à l'axe de torsion des premier et second éléments. Le dispositif peut également présenter une ou plusieurs des caracté- 10 ristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le dispositif comprend deux cibles et deux capteurs, chacun desdits capteurs étant apte à mesurer le déplacement d'une des deux cibles, l'organe intermédiaire étant apte à convertir le déplacement relatif suivant 15 l'axe de torsion des premier et second éléments l'un par rapport à l'autre sous l'effet dudit couple de torsion en des déplacements respectifs des deux cibles en sens inverses selon la direction de mesure ; - l'organe intermédiaire est apte à convertir le déplacement relatif des premier et second éléments l'un par rapport à l'autre en un déplacement du 20 ou de chaque cible de relativement plus grande amplitude que le déplace-ment des premier et second éléments l'un par rapport à l'autre ; -l'organe intermédiaire est une pièce s'inscrivant dans un volume an-nulaire présentant un axe de révolution autour de l'axe de torsion ; -l'organe intermédiaire est une pièce de forme générale annulaire ; 25 -l'organe intermédiaire est une pièce ondulée ; - l'organe intermédiaire est une pièce en matériau élastiquement déformable ; - l'organe intermédiaire comprend une pluralité de points de fixation au premier élément, une pluralité de points de fixation au second élément, et 30 des arches déformables reliant les points de fixation entre eux, la ou chaque cible étant liée à au moins certaines des arches ; 2909760 3 - chaque point de fixation au second élément est disposé entre deux points de fixation au premier élément, chaque arche reliant un point de fixation au premier élément à un point de fixation au second élément ; - tout ou partie des arches de l'organe intermédiaire sont raccordées 5 à leurs sommets respectifs à une cible par des moyens de fixation, lesdits moyens de fixation comprenant des moyens destinés à maintenir un espace entre le sommet des arches et la ou les cibles ; - les moyens destinés à maintenir un espace sont formés de bossages ménagés sur tout ou partie des sommets des arches ; 10 - les points de fixation sont disposés dans un même plan, toutes les arches étant disposées d'un même côté dudit plan ; - les premier et second éléments sont aptes à se déplacer en rotation autour de l'axe de torsion sous l'effet du couple de torsion, l'organe intermédiaire étant une pièce de forme générale annulaire dont les points de fixation 15 sont disposés en cercle dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation ; - le premier élément vient de matière avec le second élément, de sorte à former un arbre tournant ; - au moins l'un des éléments est relié à l'arbre par un manchon 20 s'étendant autour dudit arbre ; - les premier et second éléments sont distincts l'un de l'autre, le dis-positif comprenant une barre de torsion apte à transmettre le couple de torsion entre les premier et second éléments ; - les premier et second éléments sont distincts l'un de l'autre, l'organe 25 intermédiaire étant apte à transmettre le couple de torsion entre les premier et second éléments ; et - le dispositif comprend en outre des moyens de mesure du déplace-ment angulaire d'au moins une cible, lesdits moyens étant disposés à proximité de ladite cible.

30 Selon un second aspect, l'invention porte sur un ensemble formé d'un arbre tournant comprenant un premier élément et un second élément lié en rotation au premier élément, et d'un dispositif de mesure du couple de tor- 2909760 4 sion entre lesdits premier et second éléments tel que décrit ci-dessus, ledit arbre tournant s'étendant selon l'axe de torsion. L'ensemble peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les corn- 5 binaisons techniquement possibles : - l'arbre forme une colonne de direction de véhicule automobile, le premier élément étant lié en rotation à un volant de direction, et le second élément étant apte à orienter les roues directionnelles du véhicule ; et - l'arbre est un arbre de sortie d'une machine tournante, le premier 10 élément étant lié au rotor de ladite machine, et le second élément entraînant une charge. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limita-tif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : 15 - la figure 1 est une représentation schématique simplifiée et partielle d'un arbre tournant tel qu'une colonne de direction de véhicule automobile, et d'un dispositif de mesure du couple de torsion dans l'arbre conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective de l'organe amplificateur de 20 déplacement de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, représentant en outre les deux cibles annulaires supportées par l'organe amplificateur ; - la figure 4 représente une section radiale de l'organe amplificateur et des deux cibles selon l'axe 1V-IV de la figure 3 ; 25 - la figure 5 représente une section radiale de l'organe amplificateur et des deux cibles selon l'axe V-V de la figure 3 ; - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 4, pour une va-riante de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une représentation schématique du dispositif de me- 30 sure d'un couple de torsion selon l'invention dans une situation dite de repos, le couple de torsion étant nul ; 2909760 5 - la figure 8 est une représentation similaire à celle de la figure 6 du dispositif de mesure dans une situation dite de couple, où le couple de torsion est non nul ; -les figures 9 à 11 sont des vues similaires à celle de la figure 1, pour 5 des variantes de réalisation de l'invention ; et - la figure 12 est une représentation schématique simplifiée d'une va-riante de réalisation de l'invention, dans laquelle le dispositif de mesure du couple de torsion incorpore des moyens pour mesurer le déplacement angulaire d'au moins une des cibles ; 10 La figure 1 représente partiellement un arbre tournant 2 et un dispositif 4 de mesure du couple de torsion à l'intérieur de l'arbre tournant 2 ; le couple de torsion s'exerçant selon l'axe longitudinal X de l'arbre tournant 2. L'arbre tournant 2 peut être de façon non limitative une colonne de direction pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, un arbre de transmis- 15 sion ou un arbre de sortie d'une machine tournante, telle qu'un moteur élec- trique ou thermique. Dans le cas d'une colonne de direction, ladite colonne 2 est liée par une première extrémité 6 située à la droite de la figure 1 au volant du véhicule (non représenté). Elle est solidaire en rotation du volant autour de l'axe 20 longitudinal X et s'étend selon cet axe X. La colonne 2 est apte à orienter les roues directionnelles du véhicule automobile, par l'intermédiaire d'une seconde extrémité 8 opposée à la première, située à gauche de la figure 1. Dans le cas d'un arbre de sortie d'une machine tournante, l'arbre 2 est entraîné en rotation par une première extrémité 6 fixée au rotor de la 25 machine et transmet un mouvement de rotation à la charge à entraîner par la seconde extrémité opposée 8. Le dispositif de mesure 4 comporte : - une première bague 10 rigidement liée à une première partie 11 de l'arbre tournant 2 situé par exemple à proximité de sa première extrémité 6 ; 30 - un manchon 12 rigidement lié à une deuxième partie 13 de l'arbre 2 plus ou moins proche de la seconde extrémité 8, -une seconde bague 14 rigidement fixée au manchon 12, 2909760 6 - un organe d'amplification 16 portant des première et seconde cibles mobiles 18 et 20, et - des capteurs 22 et 24 aptes à mesurer respectivement les déplacements axiaux des première et seconde cibles 18, 20 selon l'axe longitudinal 5 X. Le manchon 12 présente une forme sensiblement cylindrique. Il est disposé autour de l'arbre tournant 2, et est sensiblement coaxial à cet arbre 2. Le manchon 12 présente une extrémité fixe 26 rigidement fixée à l'arbre 2, à proximité de la seconde extrémité 8 de cet arbre 2. Le manchon 12 10 s'étend axialement à partir de son extrémité fixe 26 jusqu'à une extrémité libre 28 située à proximité de la bague 10. Le manchon 12 n'est fixé à l'arbre 2 qu'uniquement vers son extrémité 26, et il est libre vis-à-vis de l'arbre 2 sur tout le reste de sa longueur axiale. La première bague 10 entoure l'arbre 2. La seconde bague 14 en- 15 toure le manchon 12 et est rigidement fixée à l'extrémité libre 28 du manchon 12. La seconde bague 14 est disposée en regard de la bague 10, à proximité de celle-ci. L'application d'un couple de torsion sur l'arbre 2 produit un débattement angulaire entre les deux bagues 10, 14 autour de l'axe longitudinal X.

20 Comme représenté en figure 2, l'organe amplificateur 16 est une pièce s'inscrivant dans un volume annulaire présentant un axe de révolution autour de l'axe longitudinal X ; cet organe étant de forme générale annulaire, préférentiellement de symétrie de révolution autour dudit axe longitudinal X. Cet organe amplificateur 16 est avantageusement une pièce annulaire élas- 25 tique entourant le manchon 12. Comme le montre la figure 1, l'organe amplificateur 16 est disposé axialement d'un côté de la bague 14 opposé à la bague 10. L'organe 16 présente une forme ondulée. II comporte une pluralité de points de fixation 30 à la première bague 10, une pluralité de points de fixa- 30 tion 32 à la deuxième bague 14, et des arches 34 (ou ponts de matière) déformables reliant les points de fixation 30 et 32 entre eux. Comme on le voit sur la figure 2, les points de fixation 30, 32 sont disposés en cercle dans un même plan P perpendiculaire à l'axe X ; ce plan 2909760 7 P coupant l'axe X en un point O. Chaque point de fixation 30 à la première bague 10 est disposé entre deux points de fixation 32 à la seconde bague 14. De ce fait, des arches 34 relient les points de fixation 30 aux points de fixation 32. Toutes les arches 34 sont disposées par exemple d'un même 5 côté du plan P, et sont bombés suivant une direction perpendiculaire au plan P, c'est-à-dire parallèlement à l'axe X. Les arches 34 sont bombées dans une direction opposée à la bague 14. L'organe 16 est réalisé dans un matériau relativement élastique, tel que du polymère ou du métal. L'organe 16 comprend typiquement trois 10 points 30, trois points 32, et six arches 34. L'organe amplificateur 16 est rigidement fixé aux bagues 10 et 14 par des vis ou des tirants 36. Le diamètre extérieur de la bague 14 est supérieur à celui de la bague 10. En conséquence, des lumières 38 sont ménagées dans la bague 14 pour faire passer les tirants 36 solidarisant la bague 10 à 15 l'organe amplificateur 16. La taille des lumières 38 est choisie pour permettre un débattement angulaire de la bague 10 par rapport à la bague 14. Les cibles 18 et 20 sont des pièces présentant une surface plane sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal X. Ces cibles 18, 20 sont avantageusement de symétrie de révolution autour de cet axe X, elles sont 20 préférentiellement concentriques et de forme générale annulaire, et s'étendent dans des plans respectifs parallèles au plan P. La première cible 18 présente un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de la deuxième cible 20. Elles sont disposées d'un côté de l'organe 16 op-posé à la bague 14.

25 Comme représenté en figure 3 à 6, les arches 34 sont raccordées à leurs sommets 35 respectifs aux cibles 18 et 20 par des moyens de fixation 60, 61 ; ces moyens de fixation permettant d'entraîner les cibles 18, 20 séparément l'une de l'autre. Comme représenté aux figures 2, 4 et 5, les moyens de fixation des 30 cibles 18, 20 et des arches 34 comprennent des moyens destinés à maintenir un espace entre le sommet 35 des arches 34 et les deux cibles 18, 20, ces dits moyens d'espacement étant avantageusement formés de premiers 2909760 8 60 et deuxièmes 61 bossages ménagés sur les sommets 35 des dites arches 34. De manière générale, les cibles 18, 20 sont donc fixés sur les sommets 35 des arches 34, avec interposition de moyens destinés à maintenir 5 un espace entre ledit sommet 35 et les dites deux cibles 18, 20. Comme représenté en figure 2, les sommets 35 des arches 34 s'étendent dans un plan sensiblement parallèle au plan P et comportent chacun soit un premier bossage 60, soit un deuxième bossage 61. Chaque bossage 60, 61 forme un plat sensiblement parallèle au plan P, en saillie du 10 sommet 35 correspondant, d'épaisseur e dans la direction longitudinale X. Avantageusement, les premiers 60 et deuxièmes 61 bossages sont répartis alternativement aux sommets 35 des arches 34. Les premiers bossages 60 s'étendent radialement sur une première zone du sommet 35 de l'arche 34, par exemple à partir de la périphérie extérieure 160 de l'organe 15 amplificateur annulaire 16. Les deuxièmes bossages 61 s'étendent radiale-ment sur une deuxième zone du sommet de l'arche 34, par exemple à partir de la périphérie intérieure 161 de l'organe amplificateur 16 ; la deuxième zone étant distincte de la première zone du sommet 35 de l'arche 34. Les figures 4 et 5 représentent des sections radiales de l'ensemble 20 formé de l'organe amplificateur 16 et des deux cibles 18, 20, dans un plan comprenant l'axe longitudinal X et passant par des sommets 35 où sont formés respectivement les premiers 60 et deuxièmes 61 bossages. Comme représenté en figure 5, la première cible 18 est fixée sur les premiers bossages 60 formés aux sommets de trois des arches 34. Comme représenté en 25 figure 4, la deuxième cible 20 est fixée, quant à elle, sur les deuxièmes bossages 61 formés aux sommets des trois autres arches 34. Les arches 34 liées à la première cible 18 et les arches 34 liés à la deuxième cible 20 alternent ainsi autour de l'organe 16. Les cibles 18, 20 sont par exemple fixées sur les bossages 60, 61 par 30 des procédés non limitatifs de soudage, de collage, de vissage. Comme alternative aux bossages et comme représenté en figure 6, les moyens de liaison peuvent comprendre au moins une vis de fixation 62 traversant un orifice adéquat ménagé sur une cible 18, 20 et le sommet 35 de l'arche 34 2909760 9 correspondante avec interposition d'une rondelle 63 autour de la vis 62 pour maintenir un espace entre la cible 18, 20 et le sommet 35 en regard. Un écrou 64 coopère avec l'extrémité filetée de la vis 62 et vient en butée contre la cible 18, 20 ou l'organe amplificateur 16.

5 Comme représenté sur les figures 1 et 12, les capteurs 22 et 24 sont des capteurs de proximité aptes à mesurer les déplacements axiaux respectivement des première 18 et deuxième 20 cibles dans la direction X. Les capteurs 22, 24 sont solidaires d'un élément fixe par rapport à l'arbre tournant 2, de sorte à être placés sur le référentiel fixe, soit dans une direction 10 parallèle à l'axe X, en face de chaque cible mobile, soit dans une direction radiale perpendiculaire à l'axe X. La structure annulaire des cibles 18 et 20 et la position des capteurs 22 et 24 autorisent à la fois la rotation des cibles 18, 20 entraînées par l'arbre tournant 2 sans collision et la mesure de dis-tance entre ces cibles 18, 20 et les capteurs 22, 24 sur le repère fixe.

15 Ces capteurs de distance 22, 24 sont préférentiellement des capteurs sans contact. Il s'agit par exemple des capteurs inductifs à réluctance variable, des capteurs à courants de Foucault, des capteurs à base de magnéto-résistances, des capteurs à sondes à effets Hall, des capteurs capacitifs ou des capteurs optiques. La nature des cibles 18 et 20 sera choisie en fonction 20 du capteur. Dans le cas de capteurs à courants de Foucault, les cibles annulaires seront métalliques ou revêtues d'un conducteur électrique pour per-mettre la détection d'un signal électromagnétique par les capteurs 22, 24. Dans le cas d'un capteur à base de magnétorésistance ou à effet Hall, la cible sera revêtue de matériaux magnétiques. Dans le cas de capteurs opti- 25 ques par exemple laser, la cible sera revêtue d'un matériau réflecteur. Le dispositif comprend en outre des moyens de calcul 40 reliés aux capteurs 22 et 24. Les moyens de calcul 40 reçoivent les résultats des me-sures effectuées par les capteurs 22 et 24, et sont aptes à en déduire le couple de torsion à l'intérieur de l'arbre 2 par calcul ou à l'aide de courbes 30 prédéterminées. Le fonctionnement du dispositif de mesure décrit ci-dessus va main-tenant être détaillé.

2909760 10 Quand l'arbre tournant 2 subit un couple de torsion, ledit arbre 2 se déforme et les extrémités opposées 6 et 8 de cet arbre 2 vont subir un dé-battement angulaire l'une par rapport à l'autre autour de l'axe X. De ce fait, la première bague 10, qui est solidaire de la première partie 11 de l'arbre 2 5 situé à proximité de l'extrémité 6, et le manchon 12, qui est solidaire de la deuxième partie 13 de l'arbre 2 situé à proximité de l'extrémité opposé 8, vont également subir un débattement angulaire (correspondant à une rotation de faible amplitude) l'un par rapport à l'autre. La bague 14 étant solidaire du manchon 12, il s'ensuit que les bagues 10 et 14 subissent un débatte- 10 ment angulaire l'une par rapport à l'autre. Ce débattement angulaire correspond à des petits déplacements circonférentiels relatifs de la bague 14 par rapport à la bague 10. Comme illustré sur les figures 7 et 8, le débattement angulaire des bagues 10 et 14 dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal X va en- 15 traîner un petit déplacement des cibles 18 et 20 parallèlement à l'axe X. Accessoirement, le matériau constituant l'organe 16 et sa géométrie sont choisis pour que l'amplitude du déplacement axial des cibles 18 et 20 soit plutôt plus grande que l'amplitude T du déplacement circonférentiel relatif des bagues 10 et 14, par exemple d'un facteur compris sensiblement entre 3 et 10.

20 Ainsi, l'organe amplificateur 16 assure une conversion du couple de torsion subit par l'arbre 2 en un déplacement axial de cibles facilement mesurable. On a représenté en figure 7 une situation dite de repos, où aucun couple de torsion n'est appliqué sur l'arbre tournant dans la direction longi- 25 tudinal X. On a représenté sur la figure 8 une situation dite de couple dans la-quelle l'arbre 2 subit une torsion. Dans cette position, on suppose que la bague 14 reste fixe et que la bague 10 se déplace vers la droite de la figure 8 relativement à la bague 14, comme illustré par la flèche T correspondant au 30 déplacement circonférentiel relatif des deux bagues. Comme on le voit sur la figure 8, les points 30 de l'organe 16 liés à la bague 10 restent fixes, alors que les points 32 liés à la bague 14 se déplacent vers la droite de la figure 8. On considère ici que les liaisons entre les 2909760 11 tirants 36 et l'organe 16, d'une part, et entre les tirants 36 et les bagues 10 et 14, d'autre part, sont suffisamment rigides pour que les tirants 36 restent en permanence relativement parallèles à l'axe X. De la sorte, les points 32 su-bissent le même déplacement relatif T par rapport aux points 30.

5 Ce déplacement relatif T des points 32 par rapport aux points 30 conduit à une déformation en flexion des arches 34 induisant leurs déplacements suivant la direction X, illustrés par les flèches respectivement Lo et LI de la figure 8. Les arches 34 situés à droite des points de fixation 32 sur la figure 8 10 vont être comprimés du fait que les points de fixation 30 et 32 qui les encadrent tendent à se rapprocher. De ce fait, la convexité de ces arches 34 aura tendance à s'accroître, et la hauteur de ces arches 34 aura tendance à augmenter. Dans l'exemple des figures 7 et 8, ces arches 34 correspondent aux arches sur lesquelles sont ménagés au sommet 35 les deuxièmes bos- 15 sages 61 liés à la deuxième cible 20. Ainsi, la deuxième cible 20, qui est fixée à ces arches 34, va donc se déplacer vers le haut de la figure 7 et par exemple se rapprocher d'un des capteurs 22, 24 ; dans cette exemple, les deux capteurs 22, 24 étant disposés du même côté des deux cibles. En considérant que le deuxième capteur 20 24 mesure le déplacement axial de cette deuxième cible 20, il mesure au repos une distance D20 entre ledit capteur 24 et ladite cible 20, et il mesure en situation de couple une distance D'20. Ainsi, le déplacement axial de la deuxième cible 20 correspond à la valeur (D20 -D'20); cette valeur étant ici positive du fait du rapprochement décrit ci-dessus.

25 Les arches 34 situés à gauche des points de fixation 32 sur la figure 8 vont, au contraire, subir un étirement du fait que les points de fixation 30 et 32 qui les encadrent tendent à s'éloigner. La convexité de ces arches 34 tendra à se réduire, de telle sorte que la hauteur de ces arches 34 va décroître. Dans l'exemple des figures 7 et 8, ces arches 34 correspondent aux ar- 30 ches sur lesquelles sont ménagés au sommet 35 les premiers bossages 60 liés à la première cible 18. Ainsi, la première cible 18, qui est liée à ces arches 34, va donc se déplacer vers le bas de la figure 4 et par exemple s'éloigner d'un des cap- 2909760 12 teurs 22, 24. En considérant que le premier capteur 24 mesure le déplace-ment axial de cette première cible 18, il mesure au repos une distance D18 entre ledit capteur 22 et ladite cible 18, et il mesure en situation de couple une distance D'18. Ainsi, le déplacement axial de la première cible 18 cor- 5 respond à la distance (D18 - D'18) ; cette valeur étant ici négative du fait de l'éloignement décrit ci-dessus. L'amplitude ou la valeur des déplacements axiaux des cibles 18 et 20 est ainsi évaluée par les capteurs 22 et 24 qui transmettent ces informations aux moyens de calcul 40. Ces moyens de calcul évaluent, à partir de ces 10 informations, le couple de torsion subi par l'arbre tournant 2. Les moyens 60, 61 destinés à maintenir un espace entre le sommet 35 des arches 34 et les deux cibles 18, 20, permettent les déplacements axiaux des deux cibles 18, 20 sans collision entre les sommets 35 des arches 34 et ces cibles 18, 20. Ainsi, les premiers bossages 60 permettent le 15 déplacement axial de la première cible 18 sans collision avec les sommets 35 des arches 34 liés à la deuxième cible 20. De même, les deuxièmes bossages 61 permettent le déplacement axial de la deuxième cible 20 sans collision avec les sommets 35 des arches 34 liés à la première cible 18. Dans l'exemple illustré en figure 8, la condition de non collision porte 20 sur la première cible 18, se traduisant par : X'61 <X'60+e soit X61 + 1L11 < X60 ù IL01 + e (Eo) où - X60, X'60 correspondent aux coordonnées selon l'axe X, respective- 25 ment en situation de repos et de couple, du sommet 35 sur lequel est ménagé le premier bossage 60 - X61, X'61 correspondent aux coordonnées selon l'axe X, respective-ment en situation de repos et de couple, du sommet 35 sur lequel est ménagé le deuxième bossage 61 ; 30 L0 et L1 correspondent aux déplacements axiaux des sommets 35 sur lesquels sont ménagés respectivement les premiers 60 et deuxièmes 61 bossages ; et 2909760 13 - e correspond à la valeur de l'espacement entre les sommets 35 et les cibles 18, 20, ce qui correspond à l'épaisseur des bossages 60, 61. Dans l'hypothèse où X61 = X60, c'est-à-dire que les sommets 35 sont tous dans le même plan au repos, l'équation (E3) donne : 5 e > IL1I + IL0l (E1) En supposant que 1L11 = IL0l = LMAX, Lk correspondant au déplacement maximal des cibles 18, 20, l'équation (E1) donne : e > 2 LMAX Bien entendu, l'espacement entre la première cible 18 et l'organe 10 amplificateur 16 peut être distincte de l'espacement entre la deuxième cible 20 et l'organe amplificateur 16, l'essentiel étant qu'il n'y ait pas collision entre l'une ou l'autre des cibles avec l'organe amplificateur 16. Comme le montre la figure 12, le dispositif 4 peut comprendre en outre des moyens de mesure 42 du déplacement angulaire de la cible 18 sous 15 l'effet du couple de torsion subi par l'arbre tournant 2. Ces moyens 42 comprennent par exemple un capteur à effet Hall 44 disposé à proximité du bord extérieur 46 de la cible annulaire 18, et des aimants permanents répartis régulièrement le long du bord périphérique 46 de la cible. Le dispositif de mesure décrit ci-dessus présente de multiples avantages. Il ne nécessite pas la mise en oeuvre d'une barre de torsion du fait de l'utilisation d'un organe intermédiaire convertissant le déplacement angulaire des première et seconde bagues 10 et 14 l'une par rapport à l'autre en un déplacement axial des cibles 22 et 24. Ce déplacement axial est beaucoup 25 plus simple et économique à mesurer qu'un déplacement angulaire. Par ailleurs, l'organe 16 peut aussi jouer un rôle amplificateur, un faible déplacement circonférentiel des bagues 10 et 14 l'une par rapport à l'autre étant converti par l'organe 16 en un déplacement axial beaucoup plus important des cibles 18 et 20.

30 En outre, l'organe 16 permet de convertir le déplacement relatif des première 10 et seconde 14 bagues l'une par rapport à l'autre sous l'effet du couple de torsion en des déplacements L0 et L1 respectifs des deux cibles 18 et 20 en sens inverses suivant la direction longitudinale. On dispose ainsi 2909760 14 de deux mesures redondantes du couple de torsiondans l'arbre tournant 2. Ces deux mesures offrent la possibilité d'une mesure différentielle qui per-met d'éliminer certaines erreurs et notamment celles dues aux effets thermomécaniques.

5 L'organe 16 est de forme simple, et peut être obtenu à un coût modéré par moulage. Le dispositif de mesure est susceptible d'être utilisé pour la mesure du couple exercé par notamment le volant ou le pignon de crémaillère sur la colonne de direction d'un véhicule automobile disposant d'une direction avec 10 assistance électrique ou hydraulique. Sur les véhicules équipés d'un moteur d'assistance électrique, le dispositif de mesure décrit ci-dessus est susceptible d'être utilisé pour mesurer le couple fourni par le moteur électrique. Plus généralement, le dispositif de mesure permet la mesure sans contact d'un arbre de sortie d'une machine tournante.

15 Enfin, les efforts transmis de l'extrémité 6 de l'arbre tournant 2 à l'extrémité opposé 8 ne passent pas dans l'organe 16. Ces efforts sont transmis directement le long de l'arbre 2. Les bagues 10 et 14 et l'organe 16 n'ont donc pas à être dimensionnées pour résister aux efforts maximaux à tenir par l'arbre 2, typiquement les efforts subis en cas de tentative d'effraction du 20 véhicule. Le dispositif de mesure décrit ci-dessus est susceptible de présenter de multiples variantes. Dans la figure 1, un manchon 12 est utilisé pour relier la bague 14 en en point 13 de l'arbre 2 éloigné de la bague 14 de manière au augmenter 25 l'angle de torsion dû au couple et faciliter la mesure du couple. Plus ce manchon est long, plus l'angle de torsion est important. Il est aussi possible de relier la bague 10 à l'arbre 2 par un manchon s'étendant le long de l'arbre 2 dans une direction opposée à celle du point 13. L'utilisation de deux manchons permet d'augmenter l'angle de torsion dû au couple et faciliter la mesure du couple. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 9, l'arbre 2 est subdivisée en deux parties 50 et 52 disposées axialement dans le prolongement l'une de l'autre. Les parties 50 et 52 sont liées l'une à l'autre par 2909760 15 des moyens 53 de liaison pivot autour de l'axe X, permettant la rotation libre de la partie 50 par rapport à la partie 52. La bague 10 est rigidement fixée à la partie 50, et la bague 14 est rigidement fixée à la partie 52. Comme précédemment, l'organe convertisseur 16 est rigidement fixé aux bagues 10 et 5 14 par des tirants 36. Le fonctionnement du dispositif de mesure de la figure 5 est exactement semblable au fonctionnement du dispositif de mesure de la figure 1. Un couple de torsion appliqué à l'arbre 2 entraîne un débattement angulaire relatif des parties 50 et 52 autour du pivot 53, et donc des bagues 10 et 14. Ce débattement angulaire est converti en un déplacement axial 10 des cibles 18 et 20. En revanche, les efforts de torsion sont transmis de l'extrémité 6 de l'arbre 2 à son extrémité opposée 8 successivement par l'intermédiaire de la bague 10, de l'organe 16 et de la bague 14. Ces organes doivent donc être dimensionnés pour tenir l'effort maximal de dimensionnement de l'arbre 2.

15 Un cas particulier de cette variante consiste à ne plus utiliser du tout de pivot 53, les deux parties 50 et 52 étant alors indépendantes et formant par exemple chacune un arbre s'étendant selon la direction longitudinale X. Dans ce cas, les organes 10, 14, 16 assurent non seulement la transmission des efforts mais aussi le guidage de la partie 50 par rapport à la partie 52.

20 La figure 10 illustre une autre variante de l'invention, très proche de celle de la figure 5. Dans cette variante, la bague 14 présente un diamètre réduit par rapport à la bague 10. Les tirants 36 de liaison de l'organe 16 à la bague 10 sont placés à l'extérieur de la bague 14. Celle-ci ne comporte plus de lumières 38 permettant de laisser passer les tirants 36.

25 Dans encore une autre variante de réalisation représentée sur la figure 11, les parties 50 et 52 de l'arbre 2 sont rigidement liées par une barre de torsion 54. Le dispositif de mesure est par ailleurs similaire à celui de la figure 9. Dans cette variante de réalisation, les efforts de torsion sont transmis de l'extrémité 6 de l'arbre 2 à son extrémité opposée 8 par la barre de 30 torsion 54 et non par l'organe amplificateur 16. L'organe 16 ne doit donc pas être dimensionné pour subir les efforts maximaux imposés à l'arbre 2 en cas de tentative d'effraction.

2909760 16 L'organe amplificateur 16 peut présenter un nombre de points de fixation et un nombre de ponts de matière différents de six, par exemple quatre ou huit, ou tout autre nombre adapté à la taille des bagues et aux efforts à passer.

5 L'organe 16 pourrait être disposé axialement entre les bagues 10 et 14. Dans ce cas, les cibles 18 et 20 seraient placées entre l'organe 16 et l'une des deux bagues. Les cibles 18 et 20 pourraient alors comprendre des lumières pour laisser passer les tirants 36 de liaison de l'organe 16 à ladite bague.

10 Pour des applications à faible coût, le dispositif de mesure de couple peut être simplifié en ne faisant intervenir qu'une seule cible 18 et un seul capteur de position 22.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de mesure (4) d'un couple de torsion suivant un axe (X) entre des premier (11 ; 50) et second (13 ; 52) éléments, le dispositif comprenant : - au moins une cible (18, 20) liée à l'un des deux éléments ; - au moins un capteur (22, 24) de mesure du déplacement de la cible (18,20); caractérisé en ce qu'il comprend un organe intermédiaire (16) distinct des premier et second éléments (11, 13 ; 50, 52) et apte à convertir un débatte- ment angulaire relatif des premier et second éléments (11, 50 ; 13, 52) l'un par rapport à l'autre sous l'effet dudit couple de torsion en un déplacement de la cible (18, 20) selon une direction de mesure sensiblement parallèle à l'axe de torsion (X) des premier et second éléments (11, 13 ; 50, 52).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux cibles (18, 20) et deux capteurs (22, 24), chacun desdits capteurs étant apte à mesurer le déplacement d'une des deux cibles (18, 20), l'organe intermédiaire (16) étant apte à convertir le déplacement relatif suivant l'axe de torsion (X) des premier et second éléments (11, 13 ; 50, 52) l'un par rapport à l'autre sous l'effet dudit couple de torsion en des déplacements respectifs des deux cibles (18, 20) en sens inverses selon la direction de mesure.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe intermédiaire (16) est apte à convertir le déplacement relatif des premier et second éléments (11, 13 ; 50, 52) l'un par rapport à l'autre en un déplacement du ou de chaque cible (18, 20) de relativement plus grande amplitude que le déplacement des premier et second éléments (11, 13 ; 50, 52) l'un par rapport à l'autre.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe intermédiaire (16) est une pièce s'inscrivant dans un volume annulaire présentant un axe de révolution autour de l'axe de torsion (X). 2909760 18

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe intermédiaire (16) est une pièce de forme générale annulaire. 5

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'organe intermédiaire (16) est une pièce ondulée.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'organe intermédiaire (16) est une pièce en matériau élastiquement déformable.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'organe intermédiaire (16) comprend une pluralité de points de fixation (30) au premier élément, une pluralité de points de fixation (32) 15 au second élément, et des arches (34) déformables reliant les points de fixation (30, 32) entre eux, la ou chaque cible (18, 20) étant liée à au moins certaines des arches (34).

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque 20 point de fixation (32) au second élément est disposé entre deux points de fixation (30) au premier élément, chaque arche (34) reliant un point de fixation (30) au premier élément à un point de fixation (32) au second élément.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que tout ou partie des arches (34) de l'organe intermédiaire (16) sont raccordées à leurs sommets (35) respectifs à une cible (18, 20) par des moyens de fixation, lesdits moyens de fixation comprenant des moyens destinés à maintenir un espace entre le sommet (35) des arches (34) et la ou les cibles (18, 20). 30

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens destinés à maintenir un espace sont formés de bossages (60, 61) ménagés sur tout ou partie des sommets (35) des arches (34). 2909760 19

12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que les points de fixation (30, 32) sont disposés dans un même plan (P), toutes les arches (34) étant disposées d'un même côté dudit 5 plan (P).

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que les premier et second éléments sont aptes à se déplacer en rotation autour de l'axe de torsion (X) sous l'effet du couple de torsion, 10 l'organe intermédiaire (16) étant une pièce de forme générale annulaire dont les points de fixation (30, 32) sont disposés en cercle dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation (X).

14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le premier élément (11) vient de matière avec le second élément (13), de sorte à former un arbre tournant (2).

15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que au moins l'un des éléments (11, 13) est relié à l'arbre (2) par un manchon (12) 20 s'étendant autour dudit arbre (2).

16. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les premier (50) et second (52) éléments sont distincts l'un de l'autre, le dispositif comprenant une barre de torsion (54) apte à transmettre le couple de tor- 25 sion entre les premier et second éléments (50, 52).

17. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les premier et second éléments (50, 52) sont distincts l'un de l'autre, l'organe intermédiaire (16) étant apte à transmettre le couple de torsion entre les 30 premier et second éléments (50, 52).

18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (42) de mesure du dé-2909760 20 placement angulaire d'au moins une cible (18), lesdits moyens (42) étant disposés à proximité de ladite cible (18).

19. Ensemble formé d'un arbre tournant (2) comprenant un premier 5 élément (11, 50) et un second élément (13, 52) lié en rotation au premier élément (11, 50), et d'un dispositif (4) de mesure du couple de torsion entre lesdits premier (11, 50) et second (13, 52) éléments conforme à l'une quel-conque des revendications précédentes, ledit arbre tournant (2) s'étendant selon l'axe de torsion (X). 10

20. Ensemble selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'arbre (2) forme une colonne de direction de véhicule automobile, le premier élément (11, 50) étant lié en rotation à un volant de direction, et le second élément (13, 52) étant apte à orienter les roues directionnelles du véhicule.

21. Ensemble selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'arbre (2) est un arbre de sortie d'une machine tournante, le premier élément (11, 50) étant lié au rotor de ladite machine, et le second élément (13, 52) entraînant une charge. 15 20