FR3032787A1

FR3032787A1 - Dispositif de capteur pour saisir les angles de rotation d'un composant rotatif d'un vehicule

Info

Publication number: FR3032787A1
Application number: FR1651196A
Authority: FR
Inventors: Aaron Troost; Stefan Leidich; Remigius Has
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2016-08-19
Anticipated expiration: 2036-02-15
Also published as: FR3032787B1; CN105890513A; JP6775301B2; CN105890513B; JP2016151577A; DE102015202733A1

Abstract

« Dispositif de capteur pour saisir les angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule » Dispositif de capteur (1) pour saisir les angles de rotation d'un composant rotatif (3, 5) exécutant des rotations multiples et couplé à un générateur de valeur de mesure (7) qui, en liaison avec un capteur de valeur de mesure génère un signal représentant l'angle de rotation du composant rotatif (3, 5). Le générateur de valeur de mesure (7) et le composant rotatif (3, 5) forment un convertisseur de mouvements transformant la rotation (R1, R2) du composant rotatif (3, 5) en une translation du générateur (7) par rapport au composant rotatif (3, 5). Un premier élément de guidage (9) du composant (3, 5) et un second élément de guidage (12, 12A, 14, 14A) fixe produisent la translation du générateur (7), et le capteur de valeur de mesure saisit la variation de position du générateur (7).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de cap- teur pour saisir les angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule exécutant des rotations multiples et couplé à un générateur de valeur de mesure qui, en liaison avec un capteur de valeur de mesure, génère un signal représentant l'angle de rotation du composant rotatif, le générateur de valeur de mesure et le composant rotatif sont réalisés comme convertisseur de mouvements transformant la rotation du composant rotatif en une translation du générateur de valeur de mesure par rapport au composant rotatif. Etat de la technique On peut déterminer les rotations multiples entre autre en appliquant le principe du vernier. Dans le cas de capteurs d'angle de direction, la rotation de la colonne de direction est transmise à deux pignons dentés ayant un nombre différent de dents. En déterminant l'angle de rotation de chacun des pignons dentés, et en utilisant des angles ou les différences d'angle, on détermine l'angle de rotation multiple de la colonne de direction. En d'autres termes, ce n'est qu'après une rotation multiple de la colonne de direction que les deux roues den- tées arrivent de nouveau sur la même orientation absolue. Le document DE 10 2008 011 448 A 1 décrit par exemple un dispositif de saisie d'un angle de rotation. Le dispositif décrit comporte un générateur et des capteurs qui détectent les signaux exploitables sous forme de signaux numériques, les variations d'une grandeur physique résultant d'une variation d'angle de rotation d'un composant rotatif. Le composant rotatif comporte au moins un satellite couplé à sa périphérie et de petits périmètres avec un capteur angulaire qui entraîne, par l'intermédiaire d'une transmission hypocycloïdal couplée axialement, un disque hypercycloïdale également rotatif ou un pignon denté hypocycloïdal dont la vitesse périphérique est soutenue par la transmission hypocycloïdale de façon à déterminer ainsi le nombre de tours du composant rotatif et l'angle absolu de direction pour plusieurs rotations de la colonne de direction avec le système de capteur de rotation.

3032787 2 Le document DE 2012 202 632 A 1 décrit un dispositif de capteur du type défini ci-dessus pour saisir les angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule. Le composant rotatif est couplé à un générateur de valeur de mesure qui génère un signal représentant 5 l'angle de rotation du composant rotatif, en combinaison avec au moins un capteur. Le générateur de valeur de mesure avec le composant rotatif comme convertisseur de mouvement transforme la rotation du composant rotatif en une translation axiale du générateur de valeur de mesure par rapport au composant rotatif. Le générateur de valeur de 10 mesure a un corps de base élastique muni d'une extrémité de fixation et d'une extrémité de mesure. L'extrémité de mesure est guidée par le composant rotatif. Au moins un capteur détermine la course parcourue par l'extrémité de mesure du générateur de valeur de mesure ; cette course représente l'angle de rotation du composant rotatif.

15 Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et a pour objet un dispositif de capteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'un premier élément de guidage du composant rotatif et un second élément de guidage fixe pro- 20 duisent la translation du générateur de valeur de mesure, le capteur de valeur de mesure saisit la variation correspondante de position du générateur de valeur de mesure. Le dispositif de capteur selon l'invention servant à détec- ter les angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule a 25 l'avantage, vis-à-vis de l'état de la technique de pouvoir saisir non seu- lement l'angle de rotation par exemple d'un arbre d'un pignon denté ou d'un disque dans une plage de 0 à 360°, mais également des rotations multiples dans une plage comprise entre 0° et Nx360°. Cela est par exemple nécessaire dans le cas d'un capteur d'angle de direction car le 30 volant peut effectuer plusieurs tours. Comme formes de réalisation, l'invention a pour objet un dispositif de capteur pour la saisie des angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule effectuant des rotations multiples et couplé à un générateur de valeur de mesure ; en liaison avec un capteur de va- leur de mesure, celui-ci génère un signal représentant l'angle de rota- 3032787 3 tion du composant rotatif. Le générateur de valeur de mesure avec le composant rotatif est sous la forme d'un convertisseur de mouvement qui transforme la rotation du composant rotatif en une translation du générateur de valeur de mesure par rapport au composant rotatif. Selon 5 l'invention un premier élément de guidage du composant rotatif et un second élément de guidage fixe produisent la translation du générateur de valeur de mesure et le capteur de valeur de mesure détecte la variation de position correspondante du générateur de valeur de mesure. D'une manière particulièrement avantageuse, le généra- 10 teur de valeur de mesure est une bille ou un coulisseau. Pour guider le générateur de valeur de mesure, le premier élément de guidage est une rainure en spirale et le second élément de guidage est une rainure droite. En variante, le premier élément de guidage est une rainure droite et le second élément de guidage est une rainure en spirale. Sous l'effet 15 du mouvement de rotation du composant rotatif, le générateur de valeur de mesure se déplace dans la rainure droite entre une première position et une seconde position. En déterminant la position du générateur de valeur de mesure dans la rainure droite, on obtient l'angle de rotation du composant rotatif dans une plage angulaire plus grande que la plage 20 angulaire comprise entre 0° et 360°. De manière avantageuse, le dispositif de capteur selon l'invention comporte un capteur de valeur de mesure ayant au moins deux bobines de détection. Le générateur de valeur de mesure modifie l'inductance des bobines de détection lorsqu'il arrive dans la zone de 25 détection de chaque bobine de détection. De façon préférentielle, le gé- nérateur de valeur de mesure est un composant métallique. Le capteur de valeur de mesure et le générateur de valeur de mesure forme par exemple un capteur à courants de Foucault qui détermine la position actuelle du générateur de valeur de mesure.

30 Selon un autre développement avantageux du dispositif de capteur de l'invention comporte plusieurs générateurs de valeur de mesure et plusieurs éléments de guidage en forme de rainure droite et plusieurs capteurs de valeur de mesure saisissent les variations de position correspondante des générateurs de valeur de mesure. Les signaux 3032787 4 multiples sont avantageusement utilisés pour former une valeur moyenne ou pour la redondance. Selon un autre développement avantageux du dispositif de capteur de l'invention, le composant rotatif est un disque ou un pi- 5 gnon denté relié directement à l'arbre à détecter. En variante, le compo- sant rotatif est un disque ou un pignon denté relié indirectement par un disque ou un pignon denté à l'arbre à détecter. Selon un autre développement du dispositif de capteur de l'invention, le second élément de guidage fixe est réalisé dans la 10 couche marginale d'une plaque de circuit à plusieurs couches et au moins deux bobines de détection sont réalisées dans une couche de la plaque de circuit qui se trouve en-dessous ou au-dessus de la couche marginale. Dessins 15 La présente invention sera décrite de manière plus détail- lée à l'aide de modes de réalisation d'un dispositif de capteur pour saisir les angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre schématiquement un exemple de réalisation 20 d'un dispositif de capteur selon l'invention pour saisir les angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule avec deux pignons d'entrée, la figure 2 est une représentation détaillée d'un pignon denté du dispositif de capteur selon l'invention pour saisir des angles de ro- 25 tation d'un composant rotatif d'un véhicule selon la figure 1, la figure 3 est une représentation détaillée d'un premier exemple de réalisation d'un générateur de valeur de mesure et d'un capteur de valeur de mesure du dispositif de capteur pour saisir les angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule selon la 30 figure 1, la figure 4 est une vue en coupe schématique du générateur de valeur de mesure et du capteur de valeur de mesure de la figure 3, la figure 5 est une vue en coupe schématique d'un autre exemple 35 de réalisation d'un générateur de valeur de mesure et d'un cap- 3032787 5 teur de valeur de mesure du dispositif de capteur d'angle de rotation d'un composant rotatif de véhicule selon la figure 1. Description de modes de réalisation Selon les figures 1 à 5, le dispositif de capteur 1 selon 5 l'invention pour saisir des angles de rotation d'un composant rotatif 3, 5 d'un véhicule qui effectue des rotations multiples, comporte un générateur de valeur de mesure 7 couplé au composant rotatif 3, 5 et qui génère un signal représentant l'angle de rotation du composant rotatif 3, 5 en coopérant avec un capteur de valeur de mesure 16, 16A. Le généra- 10 teur de valeur de mesure 7 est réalisé comme convertisseur de mouve- ments pour le composant rotatif 3, 5. Ce convertisseur transforme la rotation R1, R2 du composant rotatif 3, 5 en une translation R du générateur de valeur de mesure 7 par rapport au composant rotatif 3, 5. Selon l'invention, un premier élément de guidage 9 installé sur le 15 composant rotatif 3, 5 et un second élément de guidage 12, 12A, 14, 14A, installés de manière fixe, produit la translation du générateur de valeur de mesure 7 ; le capteur de valeur de mesure 16, 16A saisit la variation correspondante de position du générateur de valeur de mesure 7.

20 Comme le montre la figure 1, un premier composant rota- tif 3 de l'exemple de réalisation est sous la forme d'un pignon relié directement à l'arbre détecté et qui effectue un mouvement de rotation R1 autour du premier axe de rotation DA 1. Un second composant rotatif 5 est également réalisé comme pignon denté relié indirectement à l'arbre à 25 détecter par l'intermédiaire du premier composant rotatif 3 en forme de pignon denté. Cela signifie que le premier composant rotatif 3 en forme de pignon entraîne le second composant rotatif 5 en forme de pignon et exécute un mouvement de rotation R2 autour du second axe de rotation DA2.

30 Comme le montrent en outre les figures 1 et 2, le premier élément de guidage 9 est une rainure en spirale et le second élément de guidage 12, 14 est une rainure droite. La rainure en forme de spirale du premier élément de guidage 9 appartient au premier composant rotatif 3 ou au second composant rotatif 5. Il s'agit de mesurer les rotations mul- 35 tiples du premier composant rotatif 3. Par la démultiplication vers le 3032787 6 composant rotatif 5 plus petit que le pignon, on aura à mesurer un grand nombre de rotations multiples avec des contraintes réduites vis-à-vis de la résolution angulaire. Le second élément de guidage 12, 14 sous la forme d'une rainure peut être en-dessous ou au-dessus de la 5 zone extérieure du premier composant rotatif 3 en forme de pignon den- té et/ou en-dessous ou au-dessus du second composant rotatif 5 réalisé comme pignon denté, comme le montre la figure 1. On peut également utiliser plusieurs seconds éléments de guidage 12, 14 en forme de rainure droite comme cela est indiqué en traits interrompus à 10 la figure 1 avec plusieurs générateurs de valeur de mesure 7 et des cap- teurs de valeur de mesure 16, 16A correspondants. Pour des raisons de clarté, les capteurs de valeur de mesure 16, 16A ne sont pas représentés aux figures 1 et 2. Les capteurs de valeur de mesure 16, 16A seront décrits ci-après en référence aux figures 3-5. Les signaux multiples 15 peuvent servir pour la valeur moyenne ou pour la redondance. Le géné- rateur de valeur de mesure 7 de l'exemple présenté est une bille métallique 7A. Le mouvement de rotation du composant rotatif 3, 5 respectif, déplace la bille 7A dans le second élément de guidage 12, 14 en forme de rainure passant de l'extérieur vers l'intérieur. En déterminant la po- 20 sition de la bille 7A on peut connaitre l'angle de rotation du composant rotatif dans une plage angulaire fermée, supérieure à 0-360°. Selon une variante d'exemple de réalisation non repré- sentée du dispositif de capteur de l'invention, le premier élément de guidage est sous la forme d'une rainure droite du composant rotatif et 25 le second élément de guidage est une rainure en spirale, fixe. Les figures 3 et 4 montrent un mode de réalisation possible du capteur de valeur de mesure 16 pour déterminer la position de la bille 7A dans le second élément de guidage 12, 14 réalisé sous la forme d'une rainure droite ; il est sous la forme d'un capteur de cou- 30 rants de Foucault. Pour cela on juxtapose plusieurs bobines de détec- tion L1, L2, L3, L4. La bille métallique 7A influence l'inductance des bobines de détection L1, L2, L3, L4. En mesurant l'inductance on obtient la position de la bille 7A. Il est possible de déterminer de manière discrète la position de la bille 7A en déterminant la bobine ayant la plus 35 petite inductance, c'est-à-dire en positionnant la bille 7A au milieu 3032787 7 géométrique entre les bobines L1, L2, L3, L4, c'est-à-dire les bobines (Ln-Lm)/(Ln+Lm) ayant la plus petite inductance. En variante, on détermine en continu la position de la bille 7A. Pour cela, dans la première étape comme dans le cas discret, on identifie les deux bobines Ln, Lm 5 influencées par la bille A et dans une seconde étape, on calcule la posi- tion exacte à partir des valeurs de mesure de bobine Ln, Lm dans de nombreux cas pratiques, cela est possible en application de la règle de calcul suivante : (Ln-Lm)/ (Ln+Lm), lo Dans ces formules, Ln et Lm représentent les bobines concernées. Comme le montre en outre la figure 4, le second élément de guidage 12, 14 fixe, est réalisé sous forme d'une rainure droite dans la couche marginale Si d'une plaque de circuit 10 à plusieurs couches ; 15 dans l'exemple présenté, la plaque à quatre couches S 1, S2, S3, S4. Dans l'exemple, le second élément de guidage 12, 14 réalisé sous la forme d'une rainure droite pour guider la bille 7A est réalisé par fraisage dans la couche supérieure Si de la plaque de circuit 10. La seconde couche S2 de la plaque d'isolation assure avantageusement l'isolation 20 électrique entre les bobines de détection L1, L2, L3, L4 et la bille 7A. Les bobines de détection L1, L2, L3, L4 sont placées dans la troisième couche S3 de la plaque de circuit. La liaison entre la zone intérieure des bobines de détection L1, L2, L3, L4 réalisées de préférence sous la forme de bobines en spirale et d'une électronique d'exploitation non dé- 25 taillée se fait par exemple par un chemin aller et un retour dans une quatrième couche S4 de la plaque de circuit. Les bobines de détection L1, L2, L3, L4 sont réalisées dans une couche S3 de la plaque de circuit qui se trouve en-dessous ou au-dessus de la couche supérieure Si. La figure 5 montre un exemple de réalisation dans lequel 30 le générateur de valeur de mesure est un coulisseau métallique 7B. La plaque de circuit 10A ne comporte que trois couches S 1, S2, S3. Comme le montre la figure 5, le coulisseau 7B a une tête arrondie 7.1B guidée dans la rainure en spirale constituant le premier élément de guidage 9. Le coulisseau 7B de l'exemple représenté a une longueur qui 35 correspond sensiblement à la moitié de la longueur du second élément 3032787 8 de guidage 12A, 14A réalisée sous la forme d'une rainure droite. De façon analogue à la plaque de circuit 10 des figures 3 et 4, le second élément de guidage 12A, 14A en forme de rainure droite pour guider le coulisseau 7B est obtenu par fraisage de la couche supérieure S1 de la 5 plaque de circuit 10A. Dans la troisième couche S3 de la plaque, sous le coulisseau 7B on a deux bobines de détection L1, L2 qui ont sensiblement la même longueur que le coulisseau 7B. De façon analogue à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, le coulisseau métallique 7B influence l'inductance des bobines de détection L1, L2. L'isolation élec- 10 trique entre la couche supérieure Si et la troisième couche S3 est réali- sée par une couche d'isolation S2 interposée. Le coulisseau 7B simule ainsi une très grande bille. On peut déterminer la position du coulisseau 7B comme dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus. Pour cela, on détermine les inductances des deux bobines de détection L1, L2 15 et on calcule, selon la formule : (Ln-Lm)/(Ln+Lm) Les formes de réalisation de l'invention constituent un dispositif de capteur pour saisir les angles de rotation d'un composant rotatif d'un véhicule dans une plage angulaire comprise entre 0° et Nx360° de sorte que, de façon avantageuse, on peut saisir l'angle de ro- 20 tation d'un arbre de direction car le volant peut exécuter plusieurs tours.

25 3032787 9 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Dispositif de capteur 3, 5 Composant rotatif 5 7 Générateur de valeur de mesure 7A Bille métallique 7B Coulisseau 7B1 Tête arrondie du coulisseau 9 Premier élément de guidage 10 10 Plaque de circuit à plusieurs couches 12, 12A, 14, 14A Second élément de guidage sous la forme d'une rainure 16, 16A Capteur de valeur de mesure DA1 Premier axe de rotation DA2 Second axe de rotation 15 Ll, L2, L3, L4 Bobine de détection R2 Mouvement de rotation autour du second axe de rotation 51, S2, S3, S4 Couche d'une plaque de circuit 20

Claims

REVENDICATIONS1°) Dispositif de capteur (1) pour saisir les angles de rotation d'un composant rotatif (3, 5) d'un véhicule exécutant des rotations multiples et couplé à un générateur de valeur de mesure (7) qui, en liaison avec un capteur de valeur de mesure (16, 16A), génère un signal représentant l'angle de rotation du composant rotatif (3, 5), - le générateur de valeur de mesure (7) et le composant rotatif (3, 5) sont réalisés comme convertisseur de mouvements transformant la rotation (R1, R2) du composant rotatif (3, 5) en une translation (R) du générateur de valeur de mesure (7) par rapport au compo- sant rotatif (3, 5), dispositif caractérisé en ce que un premier élément de guidage (9) du composant rotatif (3, 5) et un second élément de guidage (12, 12A, 14, 14A) fixe, produisent la transla- tion du générateur de valeur de mesure (7), - le capteur de valeur de mesure (16, 16A) saisissant la variation correspondante de position du générateur de valeur de mesure (7).
2°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de valeur de mesure (7) sous la forme d'une bille (7A) ou d'un coulisseau (7B).
3°) Dispositif de capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier élément de guidage (9) est une rainure en spirale et le second élément de guidage (12, 12A, 14, 14A) est une rainure droite.
4°) Dispositif de capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier élément de guidage (9) est sous la forme d'une rainure droite et le second élément de guidage (12, 12A, 14, 14A) est sous la forme d'une rainure en spirale. 3032787 11 5°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de valeur de mesure (16, 16A) se compose d'au moins deux bobines de détection (L1, L2, L3, L4).
5 6°) Dispositif de capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur de valeur de mesure (16, 16A) et le générateur de valeur de mesure (7) forment un capteur de courants de Foucault qui détermine 10 la position actuelle du générateur de valeur de mesure. 7°) Dispositif de capteur selon la revendication 3, caractérisé par plusieurs générateurs de valeur de mesure (7) et plusieurs éléments de 15 guidage (12, 12A, 14, 14A) en forme de rainure droite, et plusieurs cap- teurs de valeur de mesure (16, 16A) détectent les variations de position correspondantes des générateurs de valeur de mesure (7). 8°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que le composant rotatif (3) est un disque ou un pignon denté relié directement à l'arbre à détecter. 9°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que le composant rotatif (5) est en forme de disque ou de pignon denté relié indirectement à l'arbre à détecter par l'intermédiaire d'un disque ou d'un pignon denté. 30 10°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second élément de guidage (12, 12A, 14, 14A), fixe est réalisé dans la couche marginale (Si) d'une plaque de circuit (10, 10A) à plusieurs couches et au moins les deux bobines de détection (L1, L2, L3, L4) sont 3032787 12 réalisées dans une couche (S3) de la plaque de circuit située en-dessous ou au-dessus de la couche supérieure (S1). 5