FR3041783B1 - Interface de commande a retour haptique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une interface de commande à retour haptique (1), notamment pour véhicule automobile, comportant un module de fluide magnéto-rhéologique (3), ledit module (3) comprenant : - un élément mobile (5), - un réservoir (7) contenant un fluide magnéto-rhéologique en contact avec l'élément mobile (5), - une unité (9) d'application d'un champ magnétique au fluide magnéto-rhéologique configurée pour modifier l'intensité du champ magnétique en fonction de la position de l'élément mobile (5), caractérisée en ce que l'interface de commande (1) comporte également un composant (11) apte à être déformé par un effort exercé sur l'élément mobile (5) lorsque l'intensité du champ magnétique appliqué est supérieure à un seuil prédéterminé, ledit composant (11) comprenant une jauge de contrainte (13) configurée pour permettre la détection de la déformation du composant (11).

Description

Interface de commande à retour haptique

La présente invention concerne une interface de commande, en particulier pour un véhicule automobile, permettant de transmettre un retour haptique à un utilisateur, tel qu'une force de résistance variable.

Le retour haptique, sur des molettes par exemple, est composé de forces de résistance de valeurs variables, créant des points durs et paliers, qui correspondent à différentes commandes pour les dispositifs pilotés via l'interface en question. Le retour haptique est avantageux en voiture en ce qu'il ne nécessite que peu d'attention de la part du conducteur, en particulier, il ne nécessite pas que le conducteur détourne son regard de la route.

Afin d'obtenir ce retour haptique, un des moyens connus est d'utiliser un module de fluide magnéto-rhéologique capable de créer un effort de freinage sur un élément mobile positionné dans le fluide lorsqu’un champ magnétique est appliqué sur le fluide du fait que le taux de cisaillement du fluide magnéto-rhéologique change avec l’intensité du champ magnétique appliqué. Les fluides magnéto-rhéologiques peuvent ainsi générer un effort de freinage sur l’élément mobile baignant dans le fluide magnéto-rhéologique selon l’intensité du champ magnétique appliqué, l'élément mobile étant par exemple un élément rotatif relié à une molette.

Cependant, avec un tel module, lorsque l'utilisateur commence à appliquer un couple de rotation à la molette, il faut atteindre le ou les incréments suivants du capteur angulaire pour que le module de fluide magnéto-rhéologique détermine le sens de rotation du couple de rotation appliqué par l'utilisateur et applique le champ magnétique correspondant à la position angulaire de la molette. Or, si le module applique un effort de freinage important, par exemple dans le cas d'une butée ou lorsque le couple de freinage appliqué par le module est asymétrique, cet effort de freinage important sera appliqué quel que soit le sens de rotation de la molette jusqu'à ce que l'angle de rotation de la molette soit suffisant pour que le module puisse déterminer ce sens de rotation. L'utilisateur devra donc appliquer un couple de rotation important pour permettre la rotation de la molette malgré le couple de freinage généré par le module. L'utilisateur perçoit alors un phénomène de « collage », c'est-à-dire une résistance importante lorsqu'il commence à actionner la molette. Ce « collage » peut être désagréable pour l'utilisateur et dégrade donc le confort de la molette à retour haptique.

Afin d'éviter ce phénomène de « collage » et fournir une molette à retour haptique ne nécessitant pas d'appliquer un fort couple à partir d'une position de repos de la molette, l'invention a pour objet une interface de commande à retour haptique, notamment pour véhicule automobile, comportant un module de fluide magnéto-rhéologique, ledit module comprenant : - un élément mobile, - un réservoir contenant un fluide magnéto-rhéologique en contact avec l'élément mobile, - une unité d'application d'un champ magnétique au fluide magnéto-rhéologique configurée pour modifier l'intensité du champ magnétique en fonction de la position de l'élément mobile, dans laquelle l'interface de commande comporte également un composant apte à être déformé par un effort exercé sur l'élément mobile lorsque l'intensité du champ magnétique appliqué est supérieure à un seuil prédéterminé, ledit composant comprenant une jauge de contrainte configurée pour permettre la détection de la déformation du composant. L'utilisation d'un composant déformable comprenant une jauge de contrainte permet de détecter un effort appliqué à l'élément mobile lorsque le champ magnétique appliqué est suffisamment fort pour bloquer le mouvement de l'élément mobile. La solution de la jauge de contrainte est économique.

Selon un autre aspect de la présente invention, le composant déformable est réalisé par une technique d'intégration d'éléments électroniques dans des plastiques injectés. L'opération de collage des jauges pouvant être fastidieuse, l'intégration de pistes résistives sur le plastique permet d'éviter l'opération de collage de la jauge de contrainte.

Selon un aspect supplémentaire de la présent invention, le composant déformable est un composant interconnecté moulé.

Dans les composants interconnectés moulés, la piste résistive est réalisée directement sur le plastique ce qui simplifie le procédé de fabrication.

Selon un aspect additionnel de la présente invention, le composant déformable est obtenu par bi-injection. L'utilisation de la bi-injection permet d'obtenir des formes de composant complexes tout en permettant de positionner la piste résistive n'importe où sur le composant.

Selon un autre aspect de la présente invention, le composant comprend un matériau thermoplastique activable par laser, l'activation permettant un dépôt métallique par voie chimique. L'utilisation de l'activation laser permet de faciliter le procédé de fabrication pour permettre une métallisation directe du plastique.

Selon un aspect additionnel de la présente invention, le composant comprend de l'acrylonitrile butadiène styrène « abs ».

Le plastique « abs » permet d'obtenir un matériau déformable élastiquement.

Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l'unité d'application est configurée pour recevoir un signal correspondant à la déformation subie par la jauge de contrainte et pour modifier l'intensité du champ magnétique appliqué en fonction de la déformation subie par la jauge de contrainte.

La mesure de déformation subie par la jauge de contrainte permet de déterminer un effort appliqué à l'élément mobile et de pouvoir détecter une direction de l'effort appliqué sur l'élément mobile et pour ainsi modifier l'intensité du champ magnétique pour éviter l'effet de collage.

Selon un autre aspect de la présente invention, le composant est disposé autour du réservoir.

Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l'interface de commande comprend un bâti et le composant est fixé d'une part au bâti et d'autre part au réservoir.

Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, le composant est réalisé par au moins une lame flexible disposée de manière sensiblement radiale.

Selon un aspect additionnel de la présente invention, la lame flexible est métallique, notamment en acier.

Selon un autre aspect de la présente invention, le composant est situé au niveau de l'élément mobile.

Selon un aspect additionnel de la présente invention, l'élément mobile est un élément rotatif et la jauge de contrainte est configurée pour détecter un sens de rotation d'un couple de force appliqué audit élément rotatif.

La détection du sens de rotation permet d'appliquer le champ magnétique correspondant et d'éviter l'effet de collage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible.

Sur ces dessins: - la figure 1 représente un schéma d'une interface de commande selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 représente un schéma d'une interface de commande selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 3 représente une vue en coupe et de dessus d'une interface de commande selon un sous-mode de réalisation du premier mode de réalisation.

Sur ces figures, les mêmes numéros de référence désignent des éléments ayant une fonction identique.

Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.

Dans la suite de la description, le terme « haptique » désigne un retour par le toucher, tel qu'une force de résistance variable. L'invention concerne une interface de commande à retour haptique 1 comme représenté sur la figure 1, par exemple pour un tableau de bord de véhicule automobile ou encore pour une console centrale de véhicule automobile, permettant de commander des systèmes embarqués du véhicule. L'interface de commande 1 comprend un module de fluide magnéto-rhéologique 3 pouvant transmettre un retour haptique à un utilisateur sous forme d'une force de résistance appliquée à un élément de préhension 4.

Le module de fluide magnéto-rhéologique 3 de la figure 1 est de forme cylindrique selon un axe Z. Le module 3 comprend un élément mobile 5 rotatif orienté selon l'axe Z sur lequel est monté l'élément de préhension 4 et un réservoir 7 formant une cavité destinée à recevoir d'une part le fluide magnéto-rhéologique et d'autre part une extrémité 5a de l'élément rotatif 5. L'élément rotatif 5 est alors partiellement immergé dans le fluide magnéto-rhéologique. Le module 3 comprend également un logement circulaire 8 qui entoure au moins partiellement le réservoir 7. Le logement circulaire 8 est destiné à recevoir une ou plusieurs bobine(s) qui avec son (leurs) alimentation(s) (non représentée(s)) forme(nt) une unité 9 d'application d'un champ magnétique sur le fluide magnéto-rhéologique.

En effet, le champ magnétique créé par une bobine est proportionnel au courant qui la traverse de sorte qu'en faisant varier l'alimentation de la bobine, on peut faire varier l'intensité du champ magnétique créé au centre de la bobine et donc du champ magnétique appliqué au fluide magnéto-rhéologique, ce qui permet de faire varier le taux de cisaillement du fluide. La particularité d'un fluide magnéto-rhéologique réside dans le fait que son taux de cisaillement varie sous l'effet d'un champ magnétique variable. Ainsi, la force de résistance induite par le fluide magnéto-rhéologique est faible lorsqu'aucun champ magnétique n'est appliqué et devient de plus en plus importante lorsque l'intensité du champ magnétique appliqué augmente. Les fluides magnéto-rhéologiques peuvent ainsi être utilisés en tant que freins magnéto-rhéologiques. Par exemple, l'application d'un intensité en forme de créneaux permet de créer des points durs au niveau des points d'indexage pour lesquels l'intensité du champ magnétique appliquée est importante. L'élément de préhension 4 est solidaire de l'élément mobile 5, c'est-à-dire rigidement lié à l'élément mobile 5. L'élément de préhension 4 est par exemple fait de matière avec l'élément mobile 5 ou clipsé sur l'élément mobile 5 ou fixé par goupillon ou par tout autre moyen de fixation connu. Alternativement, l'élément de préhension 4 peut être couplé à l'élément mobile 5 via un système d'engrenages, chaînes, courroies ou tout autre moyen mécanique permettant d'assurer un couplage mécanique entre l'élément de préhension 4 et l'élément mobile 5. L'élément de préhension 4 correspond par exemple à une molette rotative ou une manette directionnelle et/ou rotative.

Le module 3 comprend également un bâti ou embase 15 sur lequel est monté le réservoir 7 et l'unité 9 d'application d'un champ magnétique. Le bâti 15 est destiné à être fixé à un support de l'interface de commande 1 comme par exemple une planche de bord ou une console centrale du véhicule.

Le module 3 comprend également un composant déformable 11 apte à se déformer élastiquement sous l'effet d'un effort supérieur à un seuil prédéterminé et comprenant une jauge de contrainte 13 configurée pour détecter et/ou mesurer la déformation du composant déformable 11. Le composant déformable 11 reprenant sa forme initiale lors de l'arrêt de l'effort de l'utilisateur.

Selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 1, le composant déformable 11 est disposé autour du réservoir 7 et assure la liaison entre le bâti 15 et le réservoir 7 ainsi que l'unité 9. Ainsi, lorsque l'utilisateur applique un effort supérieur à un premier seuil prédéterminé et que l'unité 9 applique un champ magnétique supérieur à un deuxième seuil prédéterminé provoquant une résistance du fluide magnéto-rhéologique supérieure à l'effort appliqué par l'utilisateur, l'effort de l'utilisateur entraîne la déformation du composant déformable 11 qui est une torsion dans le cas d'une molette comme sur la figure 1.

La jauge de contrainte 13 est disposée sur le corps du composant déformable 11 de manière à mesurer cette torsion. Dans le cas présent, on cherche à connaître le sens de rotation dans lequel est réalisé l'effort de l'utilisateur sur l'élément de préhension 4, c'est-à-dire la molette, il convient donc de positionner la jauge de contrainte 13 de manière à ce que lorsque l'utilisateur tourne l'élément de préhension 4 dans un sens, les pistes résistives tendent à s'allonger et lorsque l'utilisateur tourne l'élément de préhension 4 dans l'autre sens, les pistes résistives tendent à se rétrécir ou se comprimer. Le premier seuil prédéterminé correspond à un effort moyen d'un utilisateur sur l'élément de préhension 4, par exemple un couple compris entre 0,1 et 0,9 N.m., le deuxième seuil prédéterminé étant supérieur au premier seuil prédéterminé, par exemple 1 ou 1,2 N.m. L'élément déformable 11 est donc configuré pour se déformer de façon élastique lorsqu'il est soumis à une contrainte de l'ordre du premier seuil prédéterminé. Par déformation, on entend une déformation détectable par une jauge de contrainte 13.

Cette déformation du composant 11 et par conséquent des pistes résistives de la jauge de contrainte 13 est détectée par des moyens de traitement (non représentés). Ces moyens de traitement sont connectés à l'unité 9 de sorte que lorsqu'une déformation est détectée, un signal indiquant le sens de rotation de l'effort détecté est transmis à l'unité 9 qui prend alors en compte cette information pour déterminer le champ magnétique à appliquer. De manière alternative, les moyens de traitement peuvent être regrouper avec l'unité 9 dans un dispositif unique.

Selon une variante du premier mode de réalisation représentée sur la figure 3, le corps du composant déformable 11 est réalisé par une ou plusieurs lames flexibles 12, quatre dans le cas présent, disposées dans un plan X-Y perpendiculaire à l'axe Z et de manière radiale entre le bâti 15 et le réservoir 7. Les lames flexibles 12 sont par exemple disposées de manière équidistantes autour du réservoir 7. Les lames flexibles 12 peuvent être métalliques et notamment en acier. L'une au moins des lames flexibles 12 comprend une jauge de contrainte 13 permettant de détecter une flexion de la lame flexible 12. De plus, la ou les jauges de contrainte 13 sont disposées de manière à détecter la direction de l'effort appliqué par l'utilisateur.

La fixation de lames 12 peut être réalisée par des encoches 27 ménagées d'une part dans le bâti 15 et d'autre part dans le réservoir 7 dans lesquelles viennent s'encastrer les lames flexibles 12. Ainsi, lorsque l'utilisateur applique un couple sur l'élément de préhension et que l'unité 9 applique un champ magnétique provoquant une résistance du fluide magnéto-rhéologique supérieure au couple appliqué par l'utilisateur, le couple appliqué par l'utilisateur est transmis au réservoir 7 ce qui provoque une déformation des lames flexibles 12. Cette déformation est alors détectée par les moyens de traitement via la ou les jauges de contraintes 13 et peut ensuite être transmise à l'unité 9 qui prend alors en compte cette information pour déterminer le champ magnétique à appliquer.

Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 2, le composant déformable 11 est situé au niveau de l'élément mobile 5, par exemple au niveau de l'axe 5b faisant saillie hors du réservoir 7 et s'entendant vers l'élément de préhension 4. En effet, le rôle du composant déformable 11 et de la jauge de contrainte 13 associée est de détecter un effort appliqué par un utilisateur sur l'élément de préhension 4 lorsque le champ magnétique appliqué par l'unité 9 est important et que le fluide magnéto-rhéologique bloque la rotation de l'élément mobile 5. Le bâti 15 étant généralement fixé sur un élément de structure du véhicule comme la planche de bord, le composant déformable 11 peut donc être sur un des éléments assurant la liaison mécanique entre l'élément de préhension 4 et le bâti 15 et donc sur l'élément mobile 5. Il est à noter que le composant déformable 11 pourrait également être situé au niveau de l'élément de préhension 4 ou incorporé dans le réservoir 7.

Ainsi, comme pour le premier mode de réalisation, l'application d'un effort de l'utilisateur sur l'élément de préhension 4, c'est-à-dire la molette, lorsqu'un champ magnétique supérieur à un premier seuil prédéterminé est appliqué par l'unité 9, provoque la déformation du composant 11. Cette déformation est détectée par la jauge de contrainte 13 et les moyens de traitement et un signal indiquant le sens de rotation de l'effort détecté est transmis à l'unité 9 qui prend alors en compte le signal pour déterminer le champ magnétique à appliquer.

Ainsi, si la position de l'élément mobile 5 correspond à une butée dans le sens de rotation horaire de l'élément de préhension 4 et si le mouvement détecté par la jauge de contrainte correspond à un actionnement dans le sens anti-horaire alors l'unité 9 va réduire ou supprimer le champ magnétique appliqué au fluide magnéto-rhéologique pour que l'utilisateur puisse faire tourner l'élément de préhension 4 jusqu'à une position angulaire prédéterminée correspondant au point dur suivant. De cette manière, l'utilisation du composant déformable 11 et la jauge de contrainte 13 associée permet d'éviter l'effet de collage même lorsque le capteur de position angulaire utilisé pour déterminer la position de l'élément de préhension 4 a une faible précision, c'est-à-dire un incrément correspondant à un angle important, par exemple de plusieurs degrés.

Les différents modes de réalisation du composant 11 et de la jauge de contrainte 13 vont maintenant être décrits en détail. Le composant 11 comprend par exemple de l'acrylonitrile butadiène styrène aussi appelé plastique ABS qui permet d'obtenir les caractéristiques (module d'Young, coefficient de Poisson) permettant une déformation élastique du composant déformable 11 lorsqu'un effort est appliqué par un utilisateur sur l'élément de préhension 4 et que le champ magnétique appliqué par l'unité 9 bloque la rotation de l'élément mobile 5.

Selon un premier mode de réalisation, la jauge de contrainte 13 est collée sur une surface du corps du composant déformable 11. L'orientation de la jauge de contrainte 13 est configurée pour pouvoir déterminer l'orientation de l'effort appliqué par l'utilisateur provoquant la déformation du composant déformable 11.

Selon un deuxième mode de réalisation, le composant 11 est réalisé par une technique d'intégration d'éléments électroniques dans des plastiques injectés aussi appelée plastronique dans laquelle les pistes résistives de la jauge de contrainte 13 sont intégrées sur le plastique du composant 11 qui est obtenu par injection de plastique. On obtient ainsi un composant interconnecté moulé (Molded Interconnected Device « MID » en anglais).

Selon une première technique, le composant 11 est obtenu par bi-injection, l'une des matières injectées étant métallisable par l'intégration d'additifs catalyseurs d'une réaction de cuivre chimique. On réalise ensuite une galvanisation chimique pour obtenir un dépôt sélectif sur la surface du composant. La bi-injection permet d'obtenir des composants de forme complexe et de faciliter la production d'un grand nombre de composants.

Selon une deuxième technique, le composant 11 comprend un matériau thermoplastique activable par laser dans lequel l'activation permet un dépôt métallique par voie chimique. Dans cette technique, aussi appelé structuration directe par laser (Laser Direct

Structuring « LDS » en anglais), on injecte une matière additivée d'un complexe organo-métallique, par exemple palladium ou cuivre. Puis, on passe un faisceau laser sur les zones à activer. Au passage du faisceau laser, la liaison organo-métallique est rompue permettant ainsi une activation de la surface sur laquelle un métal comme du cuivre peut être déposé. Cette technique est compatible avec de nombreuses matières plastiques.

Ainsi, l'utilisation d'un composant interconnecté moulé permet d'obtenir un composant déformable 11 flexible sur lequel les pistes résistives de la jauge de contrainte 13 sont intégrées ce qui simplifie la production du composant 11 et donc de l'interface de commande 1. De plus, les connexions électriques 17 entre les pistes résistives de la jauge de contrainte 13 et le connecteur 19 situé par exemple sur une extrémité du composant 11 comme représenté sur la figure 1 peuvent être également réalisées par la même technique d'intégration que les pistes résistives de la jauge de contrainte 13.

Par ailleurs, il est à noter que la présente invention ne se limite à des interfaces de commande 1 comprenant une molette mais aussi à d'autres types d'interface de commande 1 comme par exemple les commandes à curseur dans lesquelles un module de fluide magnéto-rhéologique 3 peut également être utilisé pour produire un retour haptique, par exemple par le biais d'un dispositif à roue et crémaillère dentées. L'utilisation d'un composant déformable 11 associé à une jauge de contrainte 13 permet donc de détecter un actionnement d'un utilisateur et l'orientation de cet actionnement dès le début de l'actionnement et ainsi de prendre en compte cet actionnement et son orientation pour appliquer le champ magnétique adéquat au fluide magnéto-rhéologique et ainsi éviter le phénomène de « collage ». De plus, l'utilisation de pistes électroniques intégrées dans le composant déformable formant un composant interconnecté moulé, par exemple par bi-injection, activation laser ou métallisation par voie chimique permet de simplifier le procédé de fabrication de l'interface de commande 1 et ainsi de réduire les coûts de production.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   1. Interface de commande à retour haptique (1), notamment pour véhicule automobile, comportant un module de fluide magnéto-rhéologique (3), ledit module (3) comprenant : - un élément mobile (5), - un réservoir (7) contenant un fluide magnéto-rhéologique en contact avec l'élément mobile (5), - une unité (9) d'application d'un champ magnétique au fluide magnéto-rhéologique configurée pour modifier l'intensité du champ magnétique en fonction de la position de l'élément mobile (5), caractérisée en ce que l'interface de commande (1) comporte également un composant (11) apte à être déformé par un effort exercé sur l'élément mobile (5) lorsque l'intensité du champ magnétique appliqué est supérieure à un seuil prédéterminé, ledit composant (11) comprenant une jauge de contrainte (13) configurée pour permettre la détection de la déformation du composant (11).
2. 2. Interface de commande (1) selon la revendication 1 dans laquelle le composant (11) est réalisé par une technique d'intégration d'éléments électroniques dans des plastiques injectés.
3. 3. Interface de commande (1) selon la revendication 2 dans laquelle le composant (11) est un composant interconnecté moulé.
4. 4. Interface de commande (1) selon la revendication 2 ou 3 dans laquelle le composant est obtenu par bi-injection.
5. 5. Interface de commande (1) selon la revendication 2 ou 3 dans laquelle le composant (11) comprend un matériau thermoplastique activable par laser, l'activation permettant un dépôt métallique par voie chimique.
6. 6. Interface de commande selon l'une des revendications 3 à 5 dans laquelle le composant (11) comprend de l'acrylonitrile butadiène styrène « abs ».
7. 7. Interface de commande (1) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'unité d'application (9) est configurée pour recevoir un signal correspondant à la déformation subie par la jauge de contrainte (13) et pour modifier l'intensité du champ magnétique appliqué en fonction de la déformation subie par la jauge de contrainte (13).
8. 8. Interface de commande (1) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le composant (11) est disposé autour du réservoir (7).
9. 9. Interface de commande (1) selon la revendication 8 comprenant un bâti (15) et dans laquelle le composant (11) est fixé d'une part au bâti (15) et d'autre part au réservoir (7).
10. 10.Interface de commande (1) selon la revendication 9 dans laquelle le composant (11) est réalisé par au moins une lame flexible (12) disposée de manière sensiblement radiale.
11. 11. Interface de commande (1) selon la revendication 10 dans laquelle la, au moins une, lame flexible (12) est métallique.
12. 12.Interface de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 7 dans laquelle le composant (11) est situé au niveau de l'élément mobile (5).
13. 13. Interface de commande (1) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'élément mobile (5) est un élément rotatif et dans laquelle la jauge de contrainte (13) est configurée pour détecter un sens de rotation d'un couple de force appliqué audit élément rotatif.