FR3114647A1 - Capteur de couple pour véhicule automobile - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un capteur de couple (20) pour véhicule automobile, ledit capteur (20) étant destiné à être monté sur un élément dudit véhicule, ledit élément s’étendant selon un axe longitudinal de torsion (d10) et pouvant être soumis à des contraintes mécaniques autour dudit axe longitudinal de torsion (d10) afin d’en mesurer le couple, l’élément délimitant une surface externe dans laquelle est formée un évidement s’étendant selon l’axe longitudinal de torsion (d10), le capteur de couple (20) étant caractérisé en ce qu’il comprend : - un insert (21) encastré dans ledit évidement et qui est apte à être déformé lorsqu’un couple est appliqué à l’élément, - un élément sensible (22) fixé sur l’insert (21) et configuré pour générer un signal électrique fonction du couple appliqué à l’élément. Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Capteur de couple pour véhicule automobile
L’invention concerne le domaine des véhicules, notamment automobiles, et plus précisément un capteur de couple pour un élément d’un véhicule automobile.
De manière connue, un véhicule comprend plusieurs éléments rotatifs, notamment les arbres de transmissions, définis comme des arbres mécaniques aptes à transmettre une puissance d’un moteur thermique ou d’une machine électrique vers d’autres éléments, comme les roues du véhicule.
Pour mesurer le couple d’un élément rotatif, selon la demande de brevet FR3072773A1, un capteur de couple est par exemple monté sur l’élément rotatif. Le capteur de couple comprend notamment une jauge de contrainte et un substrat. La jauge de contrainte est fixée sur le substrat, lui-même fixé sur l’élément rotatif. La jauge de contrainte est apte à mesurer un paramètre relatif à la torsion de l’élément rotatif. Le paramètre ainsi mesuré permet de déterminer le couple de l’élément rotatif.
De plus, une bague de maintien est utilisée pour entourer l’élément rotatif, à l’endroit où le capteur de couple est fixé. Ainsi, le capteur de couple est maintenu sur l’élément rotatif grâce à la bague de maintien.
Cependant, le capteur de couple et la bague de maintien en saillie de l’élément rotatif, sont relativement encombrant, et ont une masse non négligeable, s’ajoutant à la masse de l’élément rotatif. Cela peut créer un déséquilibre de masse sur l’élément rotatif. De plus, la bague de maintien doit être adapté à chaque élément rotatif. En effet, les dimensions de la bague de maintien dépendent des dimensions de l’élément rotatif.
Ainsi, il existe le besoin d’une solution permettant de remédier, au moins partiellement, à ces inconvénients.
L’invention concerne un capteur de couple pour véhicule automobile, ledit capteur étant destiné à être monté sur un élément dudit véhicule, ledit élément s’étendant selon un axe longitudinal de torsion et pouvant être soumis à des contraintes mécaniques autour dudit axe longitudinal de torsion afin d’en mesurer le couple, l’élément délimitant une surface externe dans laquelle est formé un évidemment s’étendant selon l’axe longitudinal de torsion, le capteur de couple étant remarquable en ce qu’il comprend :
- un insert encastré dans ledit évidemment et qui est apte à être déformé lorsqu’un couple est appliqué à l’élément,
- un élément sensible fixé sur l’insert et configuré pour générer un signal électrique fonction du couple appliqué à l’élément.
Le signal électrique généré permet de déterminer le couple de force appliqué à l’élément d’entraînement. De plus le capteur de couple n’est pas encombrant puisque l’insert est encastré dans l’élément. Il n’est donc pas nécessaire d’utiliser une bague de maintien supplémentaire. Enfin, le capteur de couple peut être utilisé avec n’importe quel élément. En effet, il suffit simplement de former un évidement dans l’élément pour pouvoir y encastrer le capteur de couple.
De préférence, l’évidemment se présente sous la forme d’une rainure.
Selon une forme de réalisation, l’insert comprend deux extrémités de fixation et une portion centrale déformable, l’élément sensible étant fixé sur ladite portion centrale.
De manière préférée, l’élément sensible est déporté par rapport à l’axe longitudinal de torsion. Cela permet une mesure plus précise du couple.
De préférence encore, l’élément sensible est fixé sur l’insert de sorte à être orienté vers l’extérieur de l’élément.
L’élément sensible est ainsi facilement accessible, notamment afin de connecter électriquement facilement l’élément sensible à un autre élément ou encore pour en effectuer la maintenance.
Avantageusement, le capteur de couple comprend un module de communication et l’élément sensible est configuré pour communiquer avec ledit module de communication afin de lui envoyer le signal électrique généré.
Notamment, l’élément sensible est configuré pour envoyer le signal électrique généré, sur un lien de communication filaire ou sans fil.
De préférence encore, le module de communication est monté sur l’insert.
De manière avantageuse, le capteur de couple comprend un boîtier dans lequel est monté le module de communication.
Le boîtier permet de protéger le module de communication et éventuellement l’élément sensible et/ou au moins partiellement l’insert.
Avantageusement, l’insert présentant une forme allongée comportant deux extrémités, au moins une extrémité de l’insert comprend un organe de préhension accessible depuis l’extérieur de l’élément.
L’au moins un organe de préhension permet de retirer facilement le capteur de couple de l’évidemment, par exemple à partir d’un outil adapté ou manuellement, afin par exemple de réaliser la maintenance du capteur.
De préférence, la forme de l’insert est complémentaire de la forme de l’évidemment.
De préférence encore, l’évidement présentant une forme oblongue, chaque extrémité de l’insert présente une forme arrondie épousant la forme des extrémités de l’évidement.
Puisque qu’un évidemment oblong est simple à réaliser par fraisage, la forme de l’insert est adaptée pour être complémentaire à la forme oblongue de l’évidement.
L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins un élément caractérisé par un axe longitudinal de torsion et pouvant être soumis à des contraintes mécaniques autour dudit axe longitudinal de torsion, ledit élément délimitant une surface externe dans laquelle est formé un évidement s’étendant selon l’axe longitudinal de torsion, au moins un élément comprenant un capteur de tel que présenté précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre schématiquement un élément pour véhicule selon l’invention,
La figure 2 illustre schématiquement une vue rapprochée de l’évidement de l’élément représenté à la figure 1,
La figure 3 illustre une vue en trois dimensions d’un capteur de couple selon l’invention,
La figure 4 illustre également le capteur de couple selon la figure 3,
La figure 5 illustre une vue rapprochée en coupe longitudinale d’un capteur de couple, selon les figures 3 et 4, encastré dans l’évidement d’un élément selon les figures 1 et 2.
La figure 6 représente une vue en coupe longitudinale d’un capteur de couple, selon les figures 3 et 4, encastré dans l’évidement d’un élément, selon les figures 1 et 2, et relié à un module de communication.
Il va maintenant être présenté une forme de réalisation du véhicule selon l’invention.
En référence à la figure 1, le véhicule comprend au moins un élément 10, caractérisé par un axe longitudinal de torsion d10et pouvant être soumis à des contraintes mécaniques autour dudit axe longitudinal de torsion d10.
Ledit élément 10 peut être rotatif autour d’un axe de rotation, ledit axe de rotation étant notamment confondu avec l’axe longitudinal de torsion d10.
Ainsi, par exemple, l’élément 10 peut être un arbre de transmission ou un volant d’inertie. Un arbre de transmission est défini comme un organe mécanique rotatif transmettant une puissance, notamment sous la forme d’un couple. Par exemple, l’arbre de transmission est placé entre la sortie d’un moyen d’entraînement, tel qu’un moteur thermique ou électrique ou encore un autre élément mécanique apte à entraîner le mouvement de l’arbre de transmission, et l’engrenage qui transmet le mouvement. Le volant d’inertie est un système rotatif permettant le stockage et la transmission d’énergie cinétique.
L’élément 10 comprend au moins une extrémité dite « libre ».
L’élément 10 délimite une surface externe 11 dans laquelle est formé un évidement 12, qui s’étend selon l’axe longitudinal de torsion d10.
L’évidement 12 est notamment formé dans une zone de la surface externe 11 de l’élément 10 qui est soumise à une déformation, notamment une torsion, liée au couple. Pour cela, l’évidement 12 peut être formé au niveau de ladite extrémité libre ou centré sur l’élément 10.
L’évidement 12 se présente notamment sous la forme d’une rainure. Plus précisément, l’évidement 12 est notamment de forme oblongue. Autrement dit, la section de l’évidement 12, selon un plan traversant ledit évidement 12 et parallèle au plan tangent à la surface externe 11 est de forme sensiblement rectangulaire dont les côtés les plus éloignés sont arrondis. De plus, le fond de l’évidement 12 est plat.
En référence à la figure 2, l’évidement 12 s’étend selon une longueur L12comprise entre 30mm et 40mm, de préférence 30mm.
De préférence, l’évidement 12 est défini par une largeur l12de 8mm.
L’évidement 12 est notamment défini par une profondeur p12comprise entre 3.5mm et 5mm, de préférence 4mm.
Notamment, l’évidement 12 est usiné par fraisage, définissant un enlèvement de matière de l’élément 10 en combinant un mouvement de rotation d’un outil de fraisage et un mouvement de déplacement de l’outil de fraisage par rapport à l’élément 10 et selon l’axe longitudinal de torsion d10.
Cette technique d’usinage est simple à mettre en œuvre et adaptable à toutes les formes d’élément 10.
L’évidement 12 pourrait également être usiné par brochage.
De plus, en référence à la figure 3, il est représenté un capteur de couple 20. Le capteur de couple 20 comprend un insert 21 et un élément sensible 22.
L’insert 21 correspond à la partie du capteur de couple 20 encastrée dans l’évidement 12. L’insert 21 est apte à être déformé lorsqu’un couple est appliqué à l’élément 10.
Plus précisément, l’insert 21 a une forme allongée et comprend deux extrémités 211 de fixation et une portion centrale 212, séparant les deux extrémités 211. Plus précisément, les deux extrémités 211 sont définies de part et d’autre des côtés les plus éloignés de l’insert 21.
Notamment, la largeur de l’insert 21 doit être au moins légèrement supérieure à la largeur l12de l’évidement 12, afin de permettre le maintien, notamment par friction, de l’insert 21 dans l’évidement 12.
Selon une première forme de réalisation, l’insert 21 est de forme rectangulaire.
Selon une autre forme de réalisation, la forme de l’insert 21 peut être complémentaire de la forme de l’évidement 12. Ainsi, dans ce cas, lorsque l’évidement 12 correspond à une rainure de forme oblongue, l’insert 21 présente également une forme oblongue. Autrement dit, chaque extrémité 211 de l’insert 21 présente une forme arrondie épousant la forme des extrémités de l’évidement 12.
Par ailleurs, chaque extrémité 211 est notamment délimitée par une surface supérieure, désignant la surface orientée vers l’extérieur de l’élément 10, lorsque le capteur de couple 20 est encastré dans l’évidement 12 de l’élément 10. De plus, au moins une extrémité de l’insert 21 comprend un organe de préhension O211 accessible depuis l’extérieur de l’élément 10 et donc formé sur la surface supérieure de ladite extrémité 211. Par exemple, l’organe de préhension O211est un orifice s’étendant selon la normale à la surface supérieure d’une extrémité 211. Selon une autre forme de réalisation, l’organe de préhension O211est en saillie de la surface supérieure d’une extrémité 211. De préférence les deux extrémités 211 comprennent un organe de préhension O211. L’au moins un organe de préhension O211 permet de retirer plus facilement, grâce à un outil adapté, le capteur de couple 20 encastré dans l’évidement 12.
Plus précisément, la portion centrale 212 de l’insert 21 est notamment un parallélépipède rectangle. Lorsque l’insert 21 est encastré dans l’évidement 12, la portion centrale 212 s’étend selon l’axe longitudinal de torsion d10. De plus, la largeur de l’insert 21 correspond à la largeur de la portion centrale 212 de l’insert 21. Ainsi, le capteur de couple 20 est maintenu immobile dans l’évidement 12 par friction entre les portions latérales de la portion centrale 212 et les parois de l’évidement 12. La portion centrale 212 est ainsi configurée pour, lorsqu’un couple est appliqué à élément 10, se déformer de la même façon que ledit élément 10.
Selon une autre forme de réalisation du capteur de couple 20, seule la portion centrale 212 est apte à se déformer de la même façon que ledit élément 10.
Par exemple, l’insert 21 est réalisé en matière métallique, et notamment en acier.
Toujours en référence à la figure 3, l’élément sensible 22 est fixé sur l’insert 21 de sorte à être orienté vers l’extérieur de l’élément 10. Plus précisément l’élément sensible 22 est fixé sur la portion centrale 212 de l’insert 21, notamment au centre de ladite portion centrale 212.
L’élément sensible 22 est notamment configuré pour générer un signal électrique fonction de la torsion appliquée à l’élément 10. Plus précisément, l’élément sensible 22 est une jauge de contrainte. Autrement dit, lorsqu’il y a déformation et/ou torsion de l’élément 10, cela induit une déformation et/ou une torsion de la portion centrale 212, retranscrite sur le signal électrique généré par l’élément sensible 22. Ainsi, à partir du signal électrique généré par l’élément sensible 22, l’homme du métier est capable de déterminer le couple appliqué à l’élément 10.
Par exemple, l’élément sensible 22 peut comprendre un MEMS, pour « Microelectromechanical systems » en langue anglaise. Plus précisément encore, le MEMS peut être piézorésistif. Dans le cas présent, la déformation de l’élément 10 conduit à la déformation de la résistance électrique du MEMS. Le signal électrique généré par l’élément sensible 22 est donc fonction de la résistance du MEMS.
Selon un autre exemple, l’élément sensible 22 peut être une jauge linéaire métallique.
Par exemple, une jauge linéaire métallique comprend un circuit conducteur résistif. Le circuit conducteur résistif comprend notamment un ensemble de pistes conductrices imprimées sur un support isolant ou un ensemble de fils de métal fixés sur un support isolant. Lorsqu’il y a déformation de l’élément 10, il y a aussi déformation de la géométrie du circuit conducteur résistif et donc variation de la résistance électrique totale du circuit conducteur résistif. Ainsi, la variation de la résistance électrique traduit la déformation de l’élément 10.
Selon un autre exemple encore, l’élément sensible 22 peut être une jauge à ondes acoustiques de surface.
Par exemple, une jauge à ondes acoustiques de surface comprend deux ensembles de pistes métalliques rapportées sur un support. Le support est notamment constitué d’un matériau piézoélectrique. Le premier ensemble de pistes est défini de manière à créer un champ électrique apte à exciter le matériau piézoélectrique du support afin de générer, par effet piezoélectrique, une onde acoustique sur la surface du support. L’onde acoustique générée se propage jusque le deuxième ensemble de pistes ou revient vers le premier ensemble de pistes via un réflecteur. L’onde acoustique générée par le premier ensemble de pistes et l’onde acoustique reçue par le deuxième ensemble de pistes, ou par le premier ensemble de pistes après réflexion, sont ensuite comparées.
Ainsi, lorsqu’il y a déformation de l’élément 10, les caractéristiques géométriques du support ou des du premier ensemble de pistes ou du deuxième ensemble de pistes sont modifiées, ce qui modifie également les caractéristiques électriques, notamment le déphasage, entre l’onde acoustique générée et l’onde acoustique reçue. C’est de cette façon que la déformation de l’élément 10 est mesurée.
Notamment, en référence à la figure 4, la longueur L20totale du capteur de couple 20, autrement dit la longueur de l’insert 21 peut être légèrement inférieure ou supérieure à la longueur L12de l’évidement 12. Par exemple, la longueur L20totale du capteur de couple 20 comprise entre 20mm et 40mm, de préférence 28mm. La largeur l20du capteur de couple 20, autrement dit la largeur de la portion centrale 212, est par exemple égale à 8mm. Enfin, la hauteur h20du capteur de couple 20 est comprise entre 3.5mm et 6mm, de préférence 5mm. La hauteur h20du capteur de couple 20 peut notamment être supérieure, inférieure ou égale à la profondeur p12de la rainure 12.
En référence à la figure 5, il est représenté une vue en coupe d’un capteur de couple 20 encastré dans l’évidement 12 d’un élément 10, selon un plan traversant le capteur de couple 20 et qui passe par l’axe longitudinal de torsion d10.
De plus, en référence à la figure 6, le capteur de couple 20 et l’élément 10 sont représentés selon la même vue en coupe qu’à la figure 5.
Le capteur de couple 20 comprend également un module de communication 30, l’élément sensible 22 étant configurée pour communiquer avec ledit module de communication 30 afin de lui envoyer le signal électrique généré.
Notamment l’élément sensible 22 et le module de communication 30 sont reliés électriquement par un lien filaire.
Le module de communication 30 est monté sur l’insert 21. Plus précisément, le module de communication 30 s’étend selon la normale à la surface de l’élément 10 et est placé au-dessus de l’élément sensible 22.
Le module de communication 30 est ensuite apte à envoyer, via un lien de communication sans fils, le signal reçu généré par l’élément sensible 22 à un calculateur ou une unité de contrôle monté(e) préalablement dans le véhicule. Le calculateur ou l’unité de contrôle est notamment configuré(e) pour déterminer la valeur du couple de l’élément 10 à partir du signal généré par le capteur de couple 20.
Le module de communication 30 comprend notamment un circuit imprimé, aussi appelé « PCB », pour « Printed Circuit Board » en langue anglaise, par l’homme du métier.
De plus, le capteur de couple 21 comprend un boîtier 40 dans lequel est monté le module de communication 30. Plus précisément, le boîtier 40 entoure le module de communication 30 et l’élément sensible 22, placée sous le module de communication 30. Le boîtier 40 permet ainsi de protéger le module de communication 30 et l’élément sensible 22.
Ainsi, le capteur de couple 20 peut être utilisé avec n’importe quel type d’élément 10. En effet, pour cela, il suffit d’usiner un évidement 12, telle que décrite précédemment, sur n’importe quel élément 10, afin de pouvoir y encastrer un capteur de couple 20.
De plus, le capteur de couple 20 tel que présenté est peu encombrant, car il est relativement peu en saillie par rapport à la surface externe de l’élément 10.

Claims (10)

  1. Capteur de couple (20) pour véhicule automobile, ledit capteur (20) étant destiné à être monté sur un élément (10) dudit véhicule, ledit élément (10) s’étendant selon un axe longitudinal de torsion (d10) et pouvant être soumis à des contraintes mécaniques autour dudit axe longitudinal de torsion (d10) afin d’en mesurer le couple, l’élément (10) délimitant une surface externe (11) dans laquelle est formé un évidemment (12) s’étendant selon l’axe longitudinal de torsion (d10), le capteur de couple (20) étant caractérisé en ce qu’il comprend :
    - un insert (21) encastré dans ledit évidemment (12) et qui est apte à être déformé lorsqu’un couple est appliqué à l’élément (10),
    - un élément sensible (22) fixé sur l’insert (21) et configuré pour générer un signal électrique fonction du couple appliqué à l’élément (10).
  2. Capteur (20) selon la revendication précédente, dans lequel l’élément sensible (22) est déporté par rapport à l’axe longitudinal de torsion (d10).
  3. Capteur (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément sensible (22) est fixé sur l’insert (21) de sorte à être orienté vers l’extérieur de l’élément (10).
  4. Capteur (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un module de communication (30) et dans lequel l’élément sensible (22) est configuré pour communiquer avec ledit module de communication (30) afin de lui envoyer le signal électrique généré.
  5. Capteur (20) selon la revendication précédente, dans lequel le module de communication (30) est monté sur l’insert (21).
  6. Capteur (20) selon l’une quelconque des revendications 4 et 5, comprenant un boîtier (40) dans lequel est monté le module de communication (30).
  7. Capteur (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, l’insert (21) présentant une forme allongée comportant deux extrémités (211), au moins une extrémité (211) de l’insert (21) comprend un organe de préhension (O211) accessible depuis l’extérieur de l’élément (10).
  8. Capteur (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, la forme de l’insert (21) est complémentaire de la forme de l’évidemment (12).
  9. Capteur (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, l’évidement (12) présentant une forme oblongue, chaque extrémité (211) de l’insert (21) présente une forme arrondie épousant la forme des extrémités de l’évidement (12).
  10. Véhicule automobile comprenant au moins un élément (10) caractérisé par un axe longitudinal de torsion (d10) et pouvant être soumis à des contraintes mécaniques autour dudit axe longitudinal de torsion (d10), ledit élément (10) délimitant une surface externe (11) dans laquelle est formé un évidement (12) s’étendant selon l’axe longitudinal de torsion (d10), au moins un élément (10) comprenant un capteur de couple (20) selon l’une des revendications précédentes.
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