WO2016169645A1 - Capteur de mesure du couple d'un arbre d'entrainement - Google Patents

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WO2016169645A1
WO2016169645A1 PCT/EP2016/000629 EP2016000629W WO2016169645A1 WO 2016169645 A1 WO2016169645 A1 WO 2016169645A1 EP 2016000629 W EP2016000629 W EP 2016000629W WO 2016169645 A1 WO2016169645 A1 WO 2016169645A1
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Xavier Hourne
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Aumovio France SAS
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Continental Automotive Technologies GmbH
Continental Automotive France SAS
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/16—Rotary-absorption dynamometers, e.g. of brake type
    • G01L3/22—Rotary-absorption dynamometers, e.g. of brake type electrically or magnetically actuated
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    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B35/00—Axle units; Parts thereof ; Arrangements for lubrication of axles
    • B60B35/12—Torque-transmitting axles

Definitions

  • the invention relates to the field of electronic measurement sensors and relates more particularly to a torque measurement sensor applied to a drive shaft.
  • the invention finds particular application in the measurement of the torque of a drive shaft of a motor vehicle and the measurement of the torque of a crank axle of a cycle such as, for example, a bicycle .
  • the pair designates a system of two collinear forces, of opposite directions and of the same intensity. It is characterized by its moment, which is equal to the product of the intensity of one of the forces by the distance which separates the two forces.
  • a sensor for measuring the torque of a drive shaft mounted in a vehicle such as, for example, a motor vehicle or a cycle.
  • a drive shaft may be a power transmission shaft of a motor, a shaft of a gearbox, a crankshaft, a crank shaft, etc.
  • Such a sensor also known as a “torque meter” or “torque sensor” in English, measures the deformation of the shaft that undergoes the torque in order to deduce a value of said torque.
  • strain gauge sensors there are the strain gauge sensors and the magnetic sensors.
  • strain gauge sensors such as torque transformers with rotary transformers or torque meters with telemetry system
  • a part of the electronics carrying out the measurement is mounted on the drive shaft. This significantly reduces their robustness and increases their need for maintenance, which has significant disadvantages.
  • Magnetic sensors make it possible to overcome these disadvantages in part.
  • Magnetic sensors include torque meters based on magnetization of the shaft and torque transducers with differential transformers.
  • the torque meters based on a magnetization of the shaft by definition require a shaft made of a ferromagnetic material, but such a shaft does not necessarily fulfill the conditions of solidity and reliability of the shafts for a motor vehicle or for a cycle, the shaft being able to especially lose its magnetization over time, which has disadvantages.
  • the shaft comprises a first portion and a second portion of the same diameter and an intermediate portion of torsion, of smaller diameter, joining the first portion and the second portion.
  • This intermediate portion makes it possible to concentrate the torque generated by a torque applied to the shaft in order to allow measurement thereof.
  • a first element of the sensor of cylindrical shape, is mounted on the first portion of the shaft and extends in part around the intermediate portion while a second sensor element, also of cylindrical shape, is mounted on the second portion of the shaft and also extends partially around the intermediate portion so that the first portion, the first element, the second portion and the second element are coaxial and that the first element and the second element overlap at the intermediate portion.
  • Openings are formed in the first element of the sensor and in the second element of the sensor and primary and secondary coils are mounted facing each other on either side of the first element of the sensor and the second element of the sensor.
  • the openings of the first element and the second element do not coincide so that no magnetic field flows between the primary coils and the secondary coils.
  • the shaft transmits a certain power
  • the intermediate portion is deformed so that the first element and the second sensor element angularly moves relatively relative to each other. This angular displacement causes an overlap of the openings of the first element and the second element so that a magnetic flux then flows between the primary coils and the secondary coils in proportion to the torque applied to the shaft.
  • the manufacture of such a sensor is however complex and time-consuming in particular because of the necessary arrangement and alignment between the primary coils, the secondary coils, the openings, the first element of the sensor and the second element of the sensor, which presents significant disadvantages.
  • the overlap assembly of the first cylindrical element and the second cylindrical element, coaxially, respectively on the first portion and on the second portion of the shaft can be complex and imprecise.
  • the first element and the second element can generate unbalance during the rotation of the shaft, which presents another significant problem.
  • the present invention therefore aims to solve at least in part these disadvantages by providing a simple, reliable, effective and accurate measurement of the value of the torque applied to a drive shaft of a motor vehicle or cycle type.
  • the invention firstly relates to an assembly formed of a drive shaft for a vehicle and a sensor for measuring the value of a torque applied to said drive shaft,
  • said drive shaft comprising:
  • a second cylindrical portion of a second diameter An intermediate torsion portion connecting the first portion and the second portion and having a section dimension that is smaller than the first diameter and the second diameter in order to concentrate a torque generated by a torque applied to the shaft,
  • a first gear wheel mounted coaxially on the first portion, comprising on its periphery a plurality of alternating teeth with recesses and whose period corresponds to the length of the arc defined by a consecutive tooth and a hollow measured at the periphery of said tooth,
  • a second gearwheel identical to the first gearwheel, coaxially mounted on the second portion parallel to the first gear
  • said sensor comprising means for generating a magnetic field and an arrangement formed of a first coil, a second coil, a third coil and a fourth coil arranged side-by-side between the first gear and the second gearwheel, parallel to said first gear wheel and said second gearwheel, said arrangement being arranged to bathe in said magnetic field and configured so that the total length of the first, second, third gearwheels coil and the fourth coil is equal to the period of the first gear and the second gear.
  • the first coil, the second coil, the third coil and the fourth coil each defining at their respective terminals a first voltage, a second voltage, a third voltage and a fourth voltage, it is then sufficient to compare, on the one hand, the sum the absolute value of the difference between the first voltage and the third voltage and the absolute value of the difference between the second voltage and the fourth voltage at an initial value of the said sum, previously measured in the absence of torsion of the shaft , to obtain a value of the opening, that is to say the angular displacement, between the first gear wheel and the second gear wheel representative of the value of a torque applied to the shaft.
  • the sum of the first voltage, the second voltage, the third voltage and the fourth voltage is constant regardless of the torque applied to the drive shaft. allows in particular to easily calibrate the sensor.
  • the signal measured by the sensor depends on the distance between the sensor and the first gear, on the one hand, and the distance between the sensor and the second gear, on the other hand, any modification of these distances due to mechanical play could skew the sensor measurement.
  • the sum of the first voltage, the second voltage, the third voltage and the fourth voltage also varies according to these distances but remains constant when these distances do not vary. whatever the value of torsion applied, which makes it possible to slave the sensitivity of the sensor automatically so that it is no longer disturbed when these distances vary.
  • the torque information is independent of the rotation of the shaft.
  • the measured value is identical according to whether the shaft is rotating or not and when it is rotating whatever its speed of rotation.
  • the value of the opening is proportional to the torsion applied to the shaft which is itself proportional to the value of the torque applied to the shaft.
  • a correlation table between the magnetic field perceived by the coils and the torque applied to the shaft can be used to provide the value of the torque applied to the shaft, which table can be established empirically.
  • Such a torque value can then be used by a computer, for example to manage the operating parameters of the motor of a motor vehicle or a motor-assisted bicycle.
  • the senor according to the invention is advantageously a sensor of the "non-contact sensor” type, that is to say that no electronic element of the sensor is mounted on the shaft, which makes it possible to make the sensor Robust and reliable sensor, especially at high shaft rotation speeds.
  • the resolver is a kind of small rotary transformer with in general a primary coil and two secondary coils electrically offset by 90 °.
  • the primary coil is powered by a sinusoidal voltage so that the voltages at the terminals of the secondary coils are two sinusoids phase shifted by 90 ° and whose phase shift with the primary coil is the image of the angular position that it is desired to measure.
  • the coil arrangement is in the form of an annular sector disposed between the first gear wheel and the second gear wheel, parallel to said first gear wheel and to said second gear wheel. gear wheel.
  • This annular sector is defined by an outer radius and an inner radius, less than the outer radius, and is arranged opposite the teeth of the first gearwheel and the second gearwheel so that the length of the circular arc of the sector defines by its outer radius corresponds to the period of the first gearwheel and the second gearwheel.
  • the first gearwheel and the second gearwheel each comprising a first reference tooth, the first reference tooth of the first gearwheel and the first reference tooth of the second gearwheel are both opposite the first gearwheel. on a portion of non-zero length and less than the period of the first toothed wheel and the second toothed wheel so as to define an initial position corresponding to an absence of torsion of the shaft.
  • the invention also relates to a vehicle comprising an assembly formed of a drive shaft for a vehicle and a sensor for measuring the value of a torque applied to said shaft as presented above.
  • the invention also relates to a method for determining a torque applied to a drive shaft of a vehicle, said method being implemented by an assembly as presented above, the first reel, the second reel, the third reel and the fourth coil each defining at their respective terminals a first voltage, a second voltage, a third voltage and a fourth voltage, said method comprising:
  • a step of measuring the first voltage, the second voltage, the third voltage and the fourth voltage is a step of measuring the first voltage, the second voltage, the third voltage and the fourth voltage
  • FIG. 1 schematically illustrates an embodiment of an assembly according to the invention formed of a drive shaft and a sensor.
  • FIG. 2 is a schematic view of a support comprising a coil arrangement of the sensor of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic view from above of the coil arrangement of FIG. 2 disposed between the first gear wheel and the second gear wheel of the shaft of FIG. 1 in the absence of a torsion of the tree.
  • FIG. 4 is a schematic top view of the coil arrangement Figure 2 disposed between the first gear and the second gear of the shaft of Figure 1 in the presence of a positive torsion of the shaft.
  • FIG. 5 is a schematic view from above of the coil arrangement of FIG. 2 disposed between the first gear wheel and the second gear wheel of the shaft of FIG. 1 in the presence of a negative torsion of the shaft. .
  • the assembly 1 according to the invention, described hereinafter with reference to FIGS. 1 to 5, is formed of a drive shaft 10 and a sensor 20 for measuring the value of a torque applied to said drive shaft. training 10.
  • Such a sensor 20 is arranged to be mounted on a fixed housing 30 of a vehicle (not shown) to measure the torque of a drive shaft 10 of said vehicle.
  • This vehicle may for example be a motor vehicle or a cycle such as, for example, a motorized electric assisted bicycle.
  • the driving shaft 10 may be, in the case of a motor vehicle, a shaft for transmitting the power of a motor, a shaft of a gearbox, a crankshaft, or well, in the case of a bicycle, a crank axle.
  • the drive shaft 10 extends along a longitudinal axis XX and comprises a first cylindrical portion 12, a second cylindrical portion 14 and an intermediate portion 16 of torsion connecting the first portion 12 and the second portion 14.
  • the first cylindrical portion 12 of the drive shaft 10, of circular section of a first diameter D1 is intended to be connected to a first element (not shown) of the vehicle such as, for example, a motor, a gearbox, speed, a pedal etc.
  • the second cylindrical portion 14, of circular section of a second diameter D2 may be equal to the first diameter D1, is intended to be connected to a second element (not shown) of the vehicle such as for example, a motor, a gearbox, pedal etc.
  • the section of the intermediate torsion portion 16 may be circular, rectangular or any other suitable form.
  • a thickness E1 of at least a portion of this intermediate torsion portion 16 is smaller than the first diameter D1 of the first portion 12 and the second diameter D2 of the second portion so that the intermediate portion 16 is arranged to undergo a torsional deformation when the drive shaft 10 is subjected to a torque of forces (ie when the drive shaft 10 is rotated for example by a motor or pedals).
  • the drive shaft 10 comprises a first gear wheel 13 and a second gear wheel 15, both of metal.
  • the first gearwheel 13 comprises on its periphery a plurality of teeth 18-1 alternating with recesses 19-1 and is mounted coaxially on the first portion 12 of the drive shaft 10. In other words, the first gear 13 extends perpendicularly to the longitudinal axis XX of the drive shaft 10.
  • the second gear 15 comprises on its periphery a plurality of teeth 18-2 alternating with recesses 19-2 and is mounted coaxially on the second portion 14 of the drive shaft 10, parallel to the first gear wheel 13 and next to it.
  • the second gear 15 extends perpendicularly to the longitudinal axis XX of the drive shaft 0.
  • the first gear 13 and the second gear 15 are identical, especially in size and number of teeth 18-1, 18-2.
  • each of the first gear 13 and the second gear 15 comprises twelve teeth 18-1, 18-2 but it goes without saying that each of the first gear 13 and the second gear 15 could comprise more or less than twelve teeth 18-1, 18-2.
  • the period P of the first gear 13 and the second gear 15 is defined as being the length, measured at the periphery of a tooth 18-1 of the first toothed wheel 13 (respectively of a tooth 18-2 of the second gear 15), the arc defining a tooth 18-1, 18-2 and a recess 19-1, 19-2 successive.
  • the senor 20 comprises a body 22 for fixing on the fixed housing 30 of the vehicle which extends, between the first toothed wheel 13 and the second gear 15, a support 24 of coils. It goes without saying that this fixing body 22 and this coil support 24 can take any suitable form.
  • this coil support 24 is a printed circuit in the form of a flat plate whose shape defines an annular sector. and which extends between the first gear 13 and the second gear 15 parallel thereto.
  • the coil support 24 is moved away from the first toothed wheel 13 and the second gear 15 by the same distance d (with reference to FIGS. 3 to 5).
  • this coil carrier 24 comprises on one of its faces an arrangement 26 of four identical coils, respectively a first coil 26-1, a second coil 26-2, a third coil 26-3 and a fourth coil 26-4, arranged side by side.
  • the first coil 26-1, the second coil 26-2, the third coil 26-3 and the fourth coil 26-4 each define at their terminals respectively a first voltage V1, a second voltage V2, a third voltage V3 and a fourth voltage V4.
  • this arrangement 26 of coils is in the form of an annular sector defined by an outer radius R1 and an inner radius R2, smaller than the outer radius R1, and is arranged facing the teeth 18-1, 18- 2 respectively of the first gear 13 and the second gear 15 so that the length L of the arc defined by the outer radius of the arrangement 26 corresponds to the period P of the first gear 13 and the second gear 15.
  • each tooth 18-1, 18-2 covers an angular sector of 15.degree. and each depression similarly covers an angular sector of 15 °, thus defining a period P covering an angular sector of 30 °.
  • each of the coils of the arrangement 26 is configured to cover an angular sector of 7.5 °, ie a total of 30 ° for the arrangement of the four coils, corresponding to the period P of each of the first wheel toothed 13 and the second toothed wheel 15.
  • the sensor 20 also comprises means for generating a magnetic field in the form of a fifth so-called "exciter" coil 28 configured to bathe the arrangement 26 in a magnetic field that it generates.
  • the initial position of the coil arrangement 26, the first gear 13 and the second gear 15 is predetermined as illustrated in Fig. 3.
  • a reference tooth 18-1 A of the first toothed wheel 13 is disposed exactly opposite the first coil 26-1 and the second coil 26-2, that is, to say so to extend exactly along the length of the first coil 26-1 and the second coil 26-2, thus covering an angular sector of 15 ° in the example given above.
  • a portion of length a1 of a first reference tooth 18-2A of the second gear 15 is disposed facing the first spool 26-1 and therefore also of the first reference tooth 18-1 A of the first gear 13.
  • (A1 + a2) denotes the length of the reference tooth 18-1A of the first gearwheel 13, measured at its periphery, which is also equal to half a period P / 2 or half a length L / 2 of the arrangement of coils 26.
  • a portion of length a3 of the third spool 26-3 does not face any teeth 18-1 of the first toothed wheel 13 or the second toothed wheel 15 and a portion of length a4 of a second reference tooth 18-2B of the second gear 15, consecutive to the first reference tooth 18-2A of the second gear 15, is arranged opposite a portion of the third coil 26-3 and the entire fourth coil 26-4.
  • first reference tooth 18-1A of the first toothed wheel 13 and the first reference tooth 18-2A of the second toothed wheel 15 are opposite the first coil 26-1 over a length a1
  • first reference tooth 18-1A of the first toothed wheel 13 is alone facing the first coil 26-1 and the second coil 26-2 over a length a2
  • no tooth 18-1, 18-2 is opposite of the third spool on a length a3
  • the second reference tooth 18-2B of the second gear 15 is alone facing the third spool 26-3 and the fourth spool 26-4 over a length a4.
  • the angular offset between the first gear 13 and the second gear 15 depends on the torque applied to the drive shaft 10.
  • This angular offset varies the amount of magnetic field received by the first coil 26-1, the second coil 26-2, the third coil 26-3 and the fourth coil 26-4 receiving proportionally to the value the torsion (and thus the applied torque) and varies the first voltage V1, the second voltage V2, the third voltage V3 and the fourth voltage V4.
  • a piece of metal bathed in a magnetic field will generate on its surface eddy currents that will have the effect of creating a magnetic field that opposes the magnetic field that created it.
  • the effect is that the magnetic field seen at the first coil 26-1, the second coil 26-2, the third coil 26-3 and the fourth coil 26-4 receiving will be weaker in the presence of a piece of metal (teeth 18-1A, 18-2A, 18-2B) and therefore that the measured signal will be weaker in the presence of the tooth 18-1A, 18-2A, 18-2B than in its absence.
  • the magnetic field received by the arrangement of coils 26 in the presence of the portions of the first reference tooth 18-1 A of the first gear 13 or the second reference tooth 18-2B which are each alone with respect to the arrangement of coils 26 (portions of length a2 and a4) is less than, for example 20%, the magnetic field received in the absence of tooth 8-1 A, 18-2A, 18-2B opposite the arrangement 26.
  • the magnetic field received by the coil arrangement 26 in the presence of the portions of the first reference tooth 18-1A of the first gear 13 and the first reference tooth 18-2B of the second gear 15 which are both opposite the coil arrangement 26 (portion of length a1) is less than, for example 40%, to the magnetic field received in the absence of tooth 18-1A, 18-2A, 18-2B. look at the layout 26.
  • the magnetic field received by the part of the coil arrangement 26 which does not face any tooth 18-1A, 18-2A, 18-2B, in this case the portion of length a3, is not weakened by the absence of tooth 18-1A, 18-2A, 18-2B.
  • the sum of the absolute value of the difference between the first voltage V1 and the third voltage V3 and the absolute value of the difference between the second voltage V2 and the fourth voltage V4 is equal to a predetermined reference value which corresponds to a zero value (0 °) of torsion of the drive shaft 10.
  • the first voltage, the second voltage, the third voltage and the fourth voltage will first be measured and then the sum of the absolute value will be calculated. the difference between the first voltage and the third voltage and the absolute value of the difference between the second voltage and the fourth voltage.
  • the value of the opening being proportional to the torsion applied to the shaft which is itself proportional to the value of the torque applied to the shaft, it is possible for example to determine the torque using a correlation table between the magnetic field. perceived by the coils and the torque applied to the tree. Such a table can be established empirically. It goes without saying that the use of a correlation table is not limiting of the scope of the present invention and that any suitable means for determining the torque applied from the voltage comparison performed can be used. Once determined, the value of the torque can be used by a computer, in particular to manage the operating parameters of the vehicle engine.
  • the first reference tooth 18-2A of the second gearwheel 15 is now facing the first spool 26-1 over a length b1 greater than the length a1,
  • the first reference tooth 18-1 A of the first toothed wheel 13 is alone facing the first coil 26-1 and the second coil 26-2 over a length b2 less than the length a2,
  • No tooth 18-1, 18-2 is opposite the third reel over a length b3 greater than the length a3,
  • the second reference tooth 18-2B of the second toothed wheel 15 is alone facing the third coil 26-3 and the fourth coil 26-4 over a length b4, less than the length a4.
  • Positive torsion of the drive shaft 10 varies the sum of the absolute value of the difference between the first voltage V1 and the third voltage V3 and the absolute value of the difference between the second voltage V2 and the fourth voltage V4 at a value greater than the predetermined reference value which corresponds to an intermediate value of positive torsion of the shaft, for example between 0 ° and 4 ° according to the correlation table.
  • the sum of the absolute value of the difference between the first voltage V1 and the third voltage V3 and the absolute value of the difference between the second voltage V2 and the fourth voltage V4 is equal to a maximum value, greater than the predetermined reference value, which corresponds to a predetermined maximum value of torsion of the shaft, for example 4 ° which corresponds to a predetermined value of torque according to the table of correlation.
  • the first reference tooth 18-2A of the second gearwheel 15 is now facing the first spool 26-1 over a length c1 shorter than the length a1,
  • the first reference tooth 18-1 A of the first toothed wheel 13 is alone facing the first coil 26-1 and the second coil 26-2 over a length c2 greater than the length a2,
  • No tooth 18-1, 18-2 is opposite the third coil over a length c3 less than the length a3,
  • the second reference tooth 18-2B of the second gear 15 is alone facing the third spool 26-3 and the fourth spool 26-4 over a length c4, greater than the length a4.
  • a negative torsion of the drive shaft 10 varies the sum of the absolute value of the difference between the first voltage V1 and the third voltage V3 and the absolute value of the difference between the second voltage V2 and the fourth voltage V4 to a value less than the predetermined reference value which corresponds to an intermediate value of negative torsion of the shaft, for example between 0 ° and -4 ° according to the correlation table.
  • the offset used in the initial position between the first reference tooth 18-1 A of the first gear 13 and the first reference tooth 18-2B of the second gear 15, defined by the length a1 makes it possible to have an overlap between the first reference tooth 18-1 A of the first gear 13 and the first reference tooth 18-2B of the second gear 15 which generates a non-zero value of the sum of the absolute value of the difference between the first voltage V1 and the third voltage V3 and the absolute value of the difference between the second voltage V2 and the fourth voltage V4.
  • This is advantageous because the calculations are made in absolute values and thus the measured value of the torque is independent of the rotation of the shaft.
  • the sum of the first voltage V1, the second voltage V2, the third voltage V3 and the the fourth voltage V4 is constant irrespective of the torsion applied to the drive shaft 10, at a distance of constant between the coil support 24 and, firstly, the first gear 13 and, secondly, the second gear 15.
  • the signal measured by the sensor depending on the distance between the sensor and the first gear, on the one hand, and the distance between the sensor and the second gear, on the other hand, any change in these distances due to mechanical clearances could distort the measurement of the sensor.
  • the sum of the first voltage, the second voltage, the third voltage and the fourth voltage also varies according to these distances but remains constant when these distances do not vary, which makes it possible to control the sensitivity of the sensor in such a way that automatically so that it is not disturbed when these distances vary.
  • the present invention is not limited to the examples described above and is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art.
  • the shape and the dimensions of the drive shaft 10, the first toothed wheel 13, the second gear 15, the body 22 of the coil arrangement 26 of the sensor 20 as well as the number of teeth of the first toothed wheel 13 and the second gear 15 as shown in the figures so as to illustrate an embodiment of the invention can not be interpreted as limiting.

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Abstract

La présente invention a pour objet un ensemble formé d'un arbre d'entraînement (10) pour véhicule et d'un capteur (20) de mesure de la valeur d'un couple appliqué audit arbre (10), ledit capteur (20) comprenant des moyens de génération d'un champ magnétique et un agencement (26) formé d'une première bobine (26-1), d'une deuxième bobine (26-2), d'une troisième bobine (26-3) et d'une quatrième bobine (26-4) disposées côte-à-côte entre une première roue dentée (13) de l'arbre et une deuxième roue dentée (15) de l'arbre, parallèlement à ladite première roue dentée (13) et à ladite deuxième roue dentée (15), agencé pour baigner dans ledit champ magnétique, la longueur totale de la première bobine (26-1), de la deuxième bobine (26-2), de la troisième bobine (26-3) et de la quatrième bobine (26-4) étant égale à la période (P) de la première roue dentée (13) et de la deuxième roue dentée (15).

Description

Capteur de mesure du couple d'un arbre d'entraînement
L'invention concerne le domaine des capteurs électroniques de mesure et concerne plus particulièrement un capteur de mesure du couple appliqué à un arbre d'entraînement.
L'invention trouve notamment son application à la mesure du couple d'un arbre d'entrainement d'un véhicule automobile ainsi qu'à la mesure du couple d'un axe de pédalier d'un cycle tel que, par exemple, une bicyclette.
Le couple désigne un système de deux forces colinéaires, de directions opposées et de même intensité. Il est caractérisé par son moment, qui est égal au produit de l'intensité de l'une des forces par la distance qui sépare les deux forces.
II est connu d'utiliser un capteur pour mesurer le couple d'un arbre d'entrainement monté dans un véhicule tel que, par exemple, un véhicule automobile ou un cycle. Un tel arbre d'entrainement peut être un arbre de transmission de la puissance d'un moteur, un arbre d'une boîte de vitesse, un vilebrequin, un axe de pédalier etc.
Un tel capteur, connu également sous le nom de « couplemètre » ou « torque sensor » en langue anglaise, mesure la déformation de l'arbre qui subit le couple afin d'en déduire une valeur dudit couple.
Parmi ces capteurs de couple, on distingue les capteurs à jauges de déformation et les capteurs magnétiques. Dans les capteurs à jauge de déformation tels que les couplemètres à transformateurs tournants ou les couplemètres avec système de télémesure, une partie de l'électronique réalisant la mesure est montée sur l'arbre d'entrainement. Ceci diminue significativement leur robustesse et augmente leur besoin en maintenance, ce qui présente des inconvénients importants.
Les capteurs magnétiques, appelés capteurs « sans contact », permettent de palier en partie ces inconvénients. Parmi les capteurs magnétiques, on connaît les couplemètres basés sur une magnétisation de l'arbre et les couplemètres à transformateurs différentiels.
Les couplemètres basés sur une magnétisation de l'arbre nécessitent par définition un arbre constitué d'un matériau ferromagnétique, or un tel arbre ne remplit pas nécessairement les conditions de solidité et de fiabilité des arbres pour véhicule automobile ou pour cycle, l'arbre pouvant notamment perdre son aimantation avec le temps, ce qui présente des inconvénients.
Concernant les couplemètres à transformateurs différentiels, l'arbre comprend une première portion et une deuxième portion de même diamètre et une portion intermédiaire de torsion, de diamètre inférieur, rejoignant la première portion et la deuxième portion. Cette portion intermédiaire permet de concentrer la torsion générée par un couple appliqué à l'arbre afin d'en permettre la mesure. Un premier élément du capteur, de forme cylindrique, est monté sur la première portion de l'arbre et s'étend en partie autour de la portion intermédiaire tandis qu'un deuxième élément du capteur, également de forme cylindrique, est monté sur la deuxième portion de l'arbre et s'étend également en partie autour de la portion intermédiaire de sorte que la première portion, le premier élément, la deuxième portion et le deuxième élément soient coaxiaux et que le premier élément et le deuxième élément se recouvrent au niveau de la portion intermédiaire. Des ouvertures sont formées dans le premier élément du capteur et dans le deuxième élément du capteur et des bobines primaires et secondaires sont montées en regard les unes des autres de part et d'autre du premier élément du capteur et du deuxième élément du capteur. En l'absence de torsion appliquée à l'arbre, les ouvertures du premier élément et du deuxième élément ne coïncident pas de sorte qu'aucun champ magnétique ne circule entre les bobines primaires et les bobines secondaires. A l'inverse, lorsque l'arbre transmet une certaine puissance, la portion intermédiaire se déforme de sorte que le premier élément et le deuxième élément du capteur se déplace angulairement relativement l'un par rapport à l'autre. Ce déplacement angulaire entraine un chevauchement des ouvertures du premier élément et du deuxième élément de sorte qu'un flux magnétique circule alors entre les bobines primaires et les bobines secondaires proportionnellement au couple appliqué à l'arbre. La fabrication d'un tel capteur est toutefois complexe et chronophage notamment de par l'agencement et l'alignement nécessaires entre les bobines primaires, les bobines secondaires, les ouvertures, le premier élément du capteur et le deuxième élément du capteur, ce qui présente des inconvénients importants. En particulier, le montage par recouvrement du premier élément cylindrique et du deuxième élément cylindrique, de manière coaxiale, respectivement sur la première portion et sur la deuxième portion de l'arbre peut s'avérer complexe et imprécis. En outre, le premier élément et le deuxième élément peuvent générer un balourd lors de la rotation de l'arbre, ce qui présente un autre problème notable.
La présente invention a donc pour but de résoudre au moins en partie ces inconvénients en proposant une solution simple, fiable, efficace et précise de mesure de la valeur du couple appliqué à un arbre d'entraînement d'un véhicule automobile ou de type cycle.
A cette fin, l'invention a tout d'abord pour objet un ensemble formé d'un arbre d'entraînement pour véhicule et d'un capteur de mesure de la valeur d'un couple appliqué audit arbre d'entraînement,
ledit arbre d'entraînement comprenant :
• une première portion cylindrique d'un premier diamètre,
• une deuxième portion cylindrique d'un deuxième diamètre, • une portion intermédiaire de torsion reliant la première portion et la deuxième portion et dont une dimension de la section est inférieure au premier diamètre et au deuxième diamètre afin de concentrer une torsion générée par un couple appliqué à l'arbre,
· une première roue dentée montée de manière coaxiale sur la première portion, comprenant sur sa périphérie une pluralité de dents alternées avec des creux et dont la période correspond à la longueur de l'arc de cercle défini par une dent et un creux consécutifs mesurée à la périphérie de ladite dent,
• une deuxième roue dentée, identique à la première roue dentée, montée de manière coaxiale sur la deuxième portion parallèlement à la première roue dentée,
ledit capteur comprenant des moyens de génération d'un champ magnétique et un agencement formé d'une première bobine, d'une deuxième bobine, d'une troisième bobine et d'une quatrième bobine disposées côte-à-côte entre la première roue dentée et la deuxième roue dentée, parallèlement à ladite première roue dentée et à ladite deuxième roue dentée, ledit agencement étant agencé pour baigner dans ledit champ magnétique et configuré de sorte que la longueur totale de la première bobine, de la deuxième bobine, de la troisième bobine et de la quatrième bobine soit égale à la période de la première roue dentée et de la deuxième roue dentée.
La première bobine, la deuxième bobine, la troisième bobine et la quatrième bobine définissant chacune à leurs bornes respectivement une première tension, une deuxième tension, une troisième tension et une quatrième tension, il suffit alors de comparer, d'une part, la somme de la valeur absolue de la différence entre la première tension et la troisième tension et la valeur absolue de la différence entre la deuxième tension et la quatrième tension à une valeur initiale de ladite somme, mesurée préalablement en l'absence de torsion de l'arbre, pour obtenir une valeur de l'ouverture, c'est-à-dire du déplacement angulaire, entre la première roue dentée et la deuxième roue dentée représentative de la valeur d'un couple appliqué à l'arbre. En outre, un tel agencement permet d'assurer que la somme de la première tension, de la deuxième tension, de la troisième tension et de la quatrième tension soit constante quel que soit le couple appliqué à l'arbre d'entraînement, ce qui permet notamment de calibrer aisément le capteur. En effet, le signal mesuré par le capteur dépendant de la distance entre le capteur et la première roue dentée, d'une part, et de la distance entre le capteur et la deuxième roue dentée, d'autre part, toute modification de ces distances due à des jeux mécaniques pourrait fausser la mesure du capteur. Or, la somme de la première tension, de la deuxième tension, de la troisième tension et de la quatrième tension varie également selon ces distances mais reste constante lorsque ces distances ne varient pas quelle que soit la valeur de torsion appliquée, ce qui permet d'asservir la sensibilité du capteur de façon automatique afin qu'il ne soit plus perturbé lorsque ces distances varient. Par ailleurs, avec le capteur selon l'invention, l'information de couple est indépendante de la rotation de l'arbre. Ainsi, pour un même couple appliqué, la valeur mesurée est identique selon que l'arbre est en rotation ou non et, lorsqu'il est en rotation quelle que soit sa vitesse de rotation.
La valeur de l'ouverture est proportionnelle à la torsion appliquée à l'arbre qui est elle-même proportionnelle à la valeur du couple appliqué à l'arbre. Ainsi, une table de corrélation entre le champ magnétique perçu par les bobines et le couple appliqué à l'arbre peut être utilisée pour fournir la valeur du couple appliqué à l'arbre, cette table pouvant être établie de manière empirique. Une telle valeur de couple peut ensuite être utilisée par un calculateur, par exemple pour gérer les paramètres de fonctionnement du moteur d'un véhicule automobile ou d'une bicyclette à assistance motorisée.
On notera que le capteur selon l'invention est avantageusement un capteur du type « capteur sans contact », c'est-à-dire qu'aucun élément électronique du capteur n'est monté sur l'arbre, ce qui permet de rendre le capteur robuste et fiable, notamment à des vitesses de rotation élevées de l'arbre.
On notera en outre que l'utilisation de deux capteurs inductifs de type résolveur qui mesurent chacun la position d'une cible afin d'en déduire un décalage angulaire n'aurait pas permis de mesurer le couple avec précision. En effet, le résolveur est une sorte de petit transformateur rotatif avec en général une bobine primaire et deux bobines secondaires décalées électriquement de 90°. La bobine primaire est alimentée par une tension sinusoïdale de sorte que les tensions aux bornes des bobines secondaires soient deux sinusoïdes déphasées de 90° et dont le déphasage avec la bobine primaire est l'image de la position angulaire que l'on souhaite mesurer. Or, dans le domaine d'automobile notamment, il peut être requis de mesurer le couple avec une précision inférieure à 5 % de la valeur maximale de couple, ce qui nécessite de connaître la position relative des deux cibles avec une précision importante, par exemple inférieure à 0,04°. La différence de calibration entre les deux résolveurs ainsi que la somme des bruits des deux capteurs sur la mesure ne permettraient toutefois pas d'atteindre un tel niveau de précision, notamment du fait que les cibles soient en mouvement quand le couple varie.
Dans une forme de réalisation du capteur selon l'invention, l'agencement de bobines se présente sous la forme d'un secteur annulaire disposé entre la première roue dentée et à la deuxième roue dentée, parallèlement à ladite première roue dentée et à ladite deuxième roue dentée. Ce secteur annulaire est défini par un rayon extérieur et un rayon intérieur, inférieur au rayon extérieur, et est disposé en regard des dents de la première roue dentée et de la deuxième roue dentée de sorte que la longueur de l'arc-de- cercle du secteur définit par son rayon extérieur corresponde à la période de la première roue dentée et de la deuxième roue dentée.
De préférence, la première roue dentée et la deuxième roue dentée comprenant chacune une première dent de référence, la première dent de référence de la première roue dentée et la première dent de référence de la deuxième roue dentée sont toutes deux en regard de la première bobine sur une portion de longueur non nulle et inférieure à la période de la première roue dentée et de la deuxième roue dentée de manière à définir une position initiale correspondant à une absence de torsion de l'arbre.
Une telle position initiale permet de générer une valeur non nulle de la somme de la valeur absolue de la différence entre la première tension et la troisième tension et de la valeur absolue de la différence entre la deuxième tension et la quatrième tension qui permet avantageusement de n'avoir jamais de signaux de tension négatifs à mesurer. En effet, les calculs se faisant en valeur absolue, il serait alors dans ce cas impossible de les mesurer.
L'invention concerne aussi un véhicule comprenant un ensemble formé d'un arbre d'entraînement pour véhicule et d'un capteur de mesure de la valeur d'un couple appliqué audit arbre tel que présenté précédemment.
L'invention concerne aussi un procédé de détermination d'un couple appliqué à un arbre d'entraînement d'un véhicule, ledit procédé étant mis en œuvre par un ensemble tel que présenté précédemment, la première bobine, la deuxième bobine, la troisième bobine et la quatrième bobine définissant chacune à leurs bornes respectivement une première tension, une deuxième tension, une troisième tension et une quatrième tension, ledit procédé comprenant :
· une étape de torsion de l'arbre au niveau de sa portion intermédiaire,
• une étape de mesure de la première tension, de la deuxième tension, de la troisième tension et de la quatrième tension,
• une étape de calcul de la somme de la valeur absolue de la différence entre la première tension et la troisième tension et la valeur absolue de la différence entre la deuxième tension et la quatrième tension,
• une étape de comparaison de la somme calculée avec une valeur prédéterminée correspondant à une absence de torsion de l'arbre de manière à déterminer la valeur du couple appliqué à l'arbre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables : - La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation d'un ensemble selon l'invention formé d'un arbre d'entraînement et d'un capteur.
- La figure 2 est une vue schématique d'un support comprenant un agencement de bobines du capteur de la figure 1.
- La figure 3 est une vue schématique de dessus de l'agencement de bobines de la figure 2 disposé entre la première roue dentée et la deuxième roue dentée de l'arbre de la figure 1 en l'absence d'une torsion de l'arbre.
- La figure 4 est une vue schématique de dessus de l'agencement de bobines la figure 2 disposé entre la première roue dentée et la deuxième roue dentée de l'arbre de la figure 1 en présence d'une torsion positive de l'arbre.
- La figure 5 est une vue schématique de dessus de l'agencement de bobines de la figure 2 disposé entre la première roue dentée et la deuxième roue dentée de l'arbre de la figure 1 en présence d'une torsion négative de l'arbre. L'ensemble 1 selon l'invention, décrit ci-après en référence aux figures 1 à 5, est formé d'un arbre d'entrainement 10 et d'un capteur 20 de mesure de la valeur d'un couple appliqué audit arbre d'entrainement 10.
Un tel capteur 20, communément appelé « capteur de couple », est agencé pour être monté sur un carter fixe 30 d'un véhicule (non représenté) afin de mesurer le couple d'un arbre d'entrainement 10 dudit véhicule.
Ce véhicule peut par exemple être un véhicule automobile ou bien un cycle tel que, par exemple, une bicyclette à assistance électrique motorisée.
A titre d'exemple, l'arbre d'entrainement 10 peut être, dans le cas d'un véhicule automobile, un arbre de transmission de la puissance d'un moteur, un arbre d'une boîte de vitesse, un vilebrequin, ou bien, dans le cas d'une bicyclette, un axe de pédalier.
Comme illustré à la figure 1 , l'arbre d'entrainement 10 s'étend selon un axe longitudinal XX et comprend une première portion cylindrique 12, une deuxième portion cylindrique 14 et une portion intermédiaire 16 de torsion reliant la première portion 12 et la deuxième portion 14.
La première portion cylindrique 12 de l'arbre d'entrainement 10, de section circulaire d'un premier diamètre D1 , est destinée à être reliée à un premier élément (non représenté) du véhicule tel que par exemple, un moteur, une boite de vitesse, une pédale etc.
De même, la deuxième portion cylindrique 14, de section circulaire d'un deuxième diamètre D2 pouvant être égal au premier diamètre D1 , est destinée à être reliée à un deuxième élément (non représenté) du véhicule tel que par exemple, un moteur, une boite de vitesse, une pédale etc. La section de la portion intermédiaire de torsion 16 peut être circulaire, rectangulaire ou de toute autre forme adaptée.
Toujours en référence à la figure , une épaisseur E1 d'au moins une partie de cette portion intermédiaire de torsion 16 est inférieure au premier diamètre D1 de la première portion 12 et au deuxième diamètre D2 de la deuxième portion de sorte que la portion intermédiaire 16 soit agencée pour subir une déformation en torsion lorsque l'arbre d'entraînement 10 est soumis à un couple de forces (i.e. lorsque l'arbre d'entraînement 10 est entraîné en rotation par exemple par un moteur ou des pédales).
Selon l'invention, afin de permettre la mesure du couple qui lui est appliqué par le capteur 20, l'arbre d'entraînement 10 comprend une première roue dentée 13 et une deuxième roue dentée 15, toutes deux métalliques.
La première roue dentée 13 comprend sur sa périphérie une pluralité de dents 18-1 alternées avec des creux 19-1 et est montée de manière coaxiale sur la première portion 12 de l'arbre d'entraînement 10. En d'autres termes, la première roue dentée 13 s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal XX de l'arbre d'entraînement 10.
De même, la deuxième roue dentée 15 comprend sur sa périphérie une pluralité de dents 18-2 alternées avec des creux 19-2 et est montée de manière coaxiale sur la deuxième portion 14 de l'arbre d'entraînement 10, parallèlement à la première roue dentée 13 et en regard de cette dernière. En d'autres termes, la deuxième roue dentée 15 s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal XX de l'arbre d'entrainement 0.
La première roue dentée 13 et la deuxième roue dentée 15 sont identiques, notamment en taille et en nombre de dents 18-1 , 18-2. Dans cet exemple, chacune de la première roue dentée 13 et de la deuxième roue dentée 15 comprend douze dents 18-1 , 18-2 mais il va de soi que chacune de la première roue dentée 13 et de la deuxième roue dentée 15 pourrait comprendre plus ou moins de douze dents 18-1 , 18-2.
La période P de la première roue dentée 13 et de la deuxième roue dentée 15 est définie comme étant la longueur, mesurée à la périphérie d'une dent 18-1 de la première roue dentée 13 (respectivement d'une dent 18-2 de la deuxième roue dentée 15), de l'arc de cercle délimitant une dent 18-1 , 18-2 et un creux 19-1 , 19-2 successifs.
Toujours en référence à la figure 1 , le capteur 20 comprend un corps 22 de fixation sur le carter fixe 30 du véhicule duquel s'étend en saillie, entre la première roue dentée 13 et la deuxième roue dentée 15, un support 24 de bobines. Il va de soi que ce corps de fixation 22 et ce support de bobines 24 peuvent prendre toute forme adaptée.
Comme illustré à la figure 1 , ce support de bobines 24 est un circuit imprimé se présentant sous la forme d'une plaque plane dont la forme définit un secteur annulaire et qui s'étend entre la première roue dentée 13 et la deuxième roue dentée 15 parallèlement à celles-ci.
Le support de bobines 24 est éloigné de la première roue dentée 13 et de la deuxième roue dentée 15 d'une même distance d (en référence aux figures 3 à 5).
En référence maintenant à la figure 2, ce support de bobines 24 comprend sur l'une de ses faces un agencement 26 de quatre bobines identiques, respectivement une première bobine 26-1 , une deuxième bobine 26-2, une troisième bobine 26-3 et une quatrième bobine 26-4, disposées côte-à-côte.
La première bobine 26-1 , la deuxième bobine 26-2, la troisième bobine 26-3 et la quatrième bobine 26-4 définissent chacune à leurs bornes respectivement une première tension V1 , une deuxième tension V2, une troisième tension V3 et une quatrième tension V4.
En référence aux figures 2 à 5, cet agencement 26 de bobines est en forme de secteur annulaire défini par un rayon extérieur R1 et un rayon intérieur R2, inférieur au rayon extérieur R1 , et est disposé en regard des dents 18-1 , 18-2 respectivement de la première roue dentée 13 et de la deuxième roue dentée 15 de sorte que la longueur L de l'arc-de-cercle définie par le rayon extérieur de l'agencement 26 corresponde à la période P de la première roue dentée 13 et de la deuxième roue dentée 15.
A titre d'exemple, lorsque la première roue dentée 13 et la deuxième roue dentée 15 possèdent chacune douze dents 18-1 , 18-2 équiréparties sur leur périphérie, chaque dent 18-1 , 18-2 couvre un secteur angulaire de 15° et chaque creux couvre de même un secteur angulaire de 15°, définissant ainsi une période P couvrant un secteur angulaire de 30°. Dans ce cas, chacune des bobines de l'agencement 26 est configurée pour couvrir un secteur angulaire de 7,5°, soit un total de 30° pour l'agencement des quatre bobines, correspondant à la période P de chacune de la première roue dentée 13 et de la deuxième roue dentée 15.
Le capteur 20 comprend également des moyens de génération d'un champ magnétique se présentant sous la forme d'une cinquième bobine dite « excitatrice » 28 configurée pour baigner l'agencement 26 dans un champ magnétique qu'elle génère.
L'invention va maintenant être décrite dans sa mise en œuvre en référence aux figures 3 à 5.
En l'absence de couple appliqué à l'arbre d'entraînement 10, la position initiale de l'agencement de bobines 26, de la première roue dentée 13 et de la deuxième roue dentée 15 est prédéterminée comme illustré sur la figure 3.
Dans cette position initiale donnée à titre d'exemple, une dent de référence 18-1 A de la première roue dentée 13 est disposée exactement en regard de la première bobine 26-1 et de la deuxième bobine 26-2, c'est-à-dire de sorte à s'étendre exactement sur la longueur de la première bobine 26-1 et de la deuxième bobine 26-2, couvrant ainsi un secteur angulaire de 15° dans l'exemple donné ci-avant.
Par ailleurs, toujours dans cette position initiale, une portion de longueur a1 d'une première dent de référence 18-2A de la deuxième roue dentée 15 est disposée en regard de la première bobine 26-1 et donc également de la première dent de référence 18-1 A de la première roue dentée 13.
On note (a1 + a2) la longueur de la dent de référence 18-1 A de la première roue dentée 13, mesurée au niveau de sa périphérie, qui est aussi égale à une demi- période P/2 ou à une demi-longueur L/2 de l'agencement de bobines 26.
II en résulte, comme illustré à la figure 3, qu'une portion de longueur a3 de la troisième bobine 26-3 n'est en regard d'aucune dent 18-1 de la première roue dentée 13, ni de la deuxième roue dentée 15 et qu'une portion de longueur a4 d'une deuxième dent de référence 18-2B de la deuxième roue dentée 15, consécutive à la première dent de référence 18-2A de la deuxième roue dentée 15, est disposée en regard d'une portion de la troisième bobine 26-3 et de la totalité de la quatrième bobine 26-4.
En résumé, la première dent de référence 18-1 A de la première roue dentée 13 et la première dent de référence 18-2A de la deuxième roue dentée 15 sont en regard de la première bobine 26-1 sur une longueur a1 , la première dent de référence 18- 1A de la première roue dentée 13 est seule en regard de la première bobine 26-1 et de la deuxième bobine 26-2 sur une longueur a2, aucune dent 18-1 , 18-2 n'est en regard de la troisième bobine sur une longueur a3 et la deuxième dent de référence 18-2B de la deuxième roue dentée 15 est seule en regard de la troisième bobine 26-3 et de la quatrième bobine 26-4 sur une longueur a4.
Le décalage angulaire entre la première roue dentée 13 et la deuxième roue dentée 15 dépend du couple appliqué à l'arbre d'entraînement 10.
Ce décalage angulaire, appelé « ouverture », fait varier la quantité de champ magnétique reçue par la première bobine 26-1 , la deuxième bobine 26-2, la troisième bobine 26-3 et la quatrième bobine 26-4 réceptrices proportionnellement à la valeur de la torsion (et donc du couple appliqué) et fait varier la première tension V1 , la deuxième tension V2, la troisième tension V3 et la quatrième tension V4.
En effet, une pièce de métal baignée dans un champ magnétique va générer à sa surface des courants de Foucault qui vont avoir pour effet de créer un champ magnétique qui s'oppose au champ magnétique qui l'a créé. L'effet est que le champ magnétique vu au niveau de la première bobine 26-1 , de la deuxième bobine 26-2, de la troisième bobine 26-3 et de la quatrième bobine 26-4 réceptrices va être plus faible en présence d'une pièce de métal (dents 18-1 A, 18-2A, 18-2B) et donc que le signal mesuré sera plus faible en présence de la dent 18-1 A, 18-2A, 18-2B qu'en son absence. Ainsi, le champ magnétique reçu par l'agencement de bobines 26 en présence des portions de la première dent de référence 18-1 A de la première roue dentée 13 ou de la deuxième dent de référence 18-2B qui sont chacune seule en regard de l'agencement de bobines 26 (portions de longueur a2 et a4) est inférieur, par exemple de 20 %, au champ magnétique reçu en l'absence de dent 8-1 A, 18-2A, 18-2B en regard de l'agencement 26.
De même, le champ magnétique reçu par l'agencement de bobines 26 en présence des portions de la première dent de référence 18-1 A de la première roue dentée 13 et de la première dent de référence 18-2B de la deuxième roue dentée 15 qui sont toutes deux en regard de l'agencement de bobines 26 (portion de longueur a1 ) est inférieur, par exemple de 40 %, au champ magnétique reçu en l'absence de dent 18- 1A, 18-2A, 18-2B en regard de l'agencement 26.
En revanche, le champ magnétique reçu par la partie de l'agencement de bobines 26 qui n'est en regard d'aucune dent 18-1 A, 18-2A, 18-2B, en l'espèce la partie de longueur a3, n'est pas affaibli du fait de l'absence de dent 18-1 A, 18-2A, 18-2B.
Il en résulte que la somme de la valeur absolue de la différence entre la première tension V1 et la troisième tension V3 et de la valeur absolue de la différence entre la deuxième tension V2 et la quatrième tension V4 est égale à une valeur prédéterminée de référence qui correspond à une valeur nulle (0°) de torsion de l'arbre d'entraînement 10.
Lorsque l'arbre 10 subi une torsion de l'arbre au niveau de sa portion intermédiaire 16, on va tout d'abord mesurer la première tension, la deuxième tension, la troisième tension et la quatrième tension puis calculer la somme de la valeur absolue de la différence entre la première tension et la troisième tension et la valeur absolue de la différence entre la deuxième tension et la quatrième tension.
Enfin, on compare la somme ainsi calculée avec la valeur prédéterminée correspondant à une absence de torsion de l'arbre 10 (position initiale) de manière à déterminer la valeur du couple appliqué à l'arbre 10.
La valeur de l'ouverture étant proportionnelle à la torsion appliquée à l'arbre qui est elle-même proportionnelle à la valeur du couple appliqué à l'arbre, on peut par exemple déterminer le couple en utilisant une table de corrélation entre le champ magnétique perçu par les bobines et le couple appliqué à l'arbre. Une telle table peut être établie de manière empirique. Il va de soi que l'utilisation d'une table de corrélation n'est pas limitative de la portée de la présente invention et que tout moyen adapté permettant de déterminer le couple appliqué à partir de la comparaison de tensions effectuée peut être utilisé. Une fois déterminée, la valeur du couple peut être utilisée par un calculateur, notamment pour gérer les paramètres de fonctionnement du moteur de véhicule.
En référence à la figure 4, lorsque l'arbre d'entrainement 10 est soumis à un couple générant une torsion positive (i.e. dans le sens horaire), la torsion subie par l'arbre 10 se concentre au niveau de la portion intermédiaire de torsion 16 de sorte que la première roue dentée 13 et la deuxième roue dentée 15 se déplacent angulairement relativement l'une par rapport à l'autre et par rapport à l'agencement de bobines 26.
Ainsi, sur l'exemple donné à la figure 4, la torsion de la portion intermédiaire de l'arbre 10 a entraîné la deuxième roue dentée 15 vers la droite par rapport à la position initiale de sorte que :
• la première dent de référence 18-2A de la deuxième roue dentée 15 se trouve désormais en regard de la première bobine 26-1 sur une longueur b1 supérieure à la longueur a1 ,
• la première dent de référence 18-1 A de la première roue dentée 13 se trouve seule en regard de la première bobine 26-1 et de la deuxième bobine 26-2 sur une longueur b2 inférieure à la longueur a2,
• aucune dent 18-1 , 18-2 ne se trouve en regard de la troisième bobine sur une longueur b3 supérieure à la longueur a3,
• la deuxième dent de référence 18-2B de la deuxième roue dentée 15 se trouve seule en regard de la troisième bobine 26-3 et de la quatrième bobine 26-4 sur une longueur b4, inférieure à la longueur a4.
Une torsion positive de l'arbre d'entrainement 10 fait varier la somme de la valeur absolue de la différence entre la première tension V1 et la troisième tension V3 et de la valeur absolue de la différence entre la deuxième tension V2 et la quatrième tension V4 à une valeur supérieure à la valeur prédéterminée de référence qui correspond à une valeur intermédiaire de torsion positive de l'arbre, par exemple comprise entre 0° et 4° selon la table de corrélation.
En présence d'une torsion maximale prédéterminée de l'arbre d'entrainement 10, la somme de la valeur absolue de la différence entre la première tension V1 et la troisième tension V3 et de la valeur absolue de la différence entre la deuxième tension V2 et la quatrième tension V4 est égale à une valeur maximale, supérieure à la valeur prédéterminée de référence, qui correspond à une valeur maximale prédéterminée de torsion de l'arbre, par exemple de 4° qui correspond à une valeur prédéterminée de couple selon la table de corrélation.
En référence maintenant à la figure 5, lorsque l'arbre d'entrainement 10 est soumis à un couple générant une torsion négative (i.e. dans le sens anti-horaire), la torsion subie par l'arbre 10 se concentre au niveau de la portion intermédiaire de torsion 16 de sorte que la première roue dentée 13 et la deuxième roue dentée 15 se déplacent angulairement relativement l'une par rapport à l'autre et par rapport à l'agencement de bobines 26, dans le sens opposé à celui généré par une torsion positive.
Ainsi, sur l'exemple donné à la figure 5, la torsion de la portion intermédiaire de l'arbre 10 a entraîné la deuxième roue dentée 15 vers la gauche par rapport à la position initiale de sorte que :
• la première dent de référence 18-2A de la deuxième roue dentée 15 se trouve désormais en regard de la première bobine 26-1 sur une longueur c1 inférieure à la longueur a1 ,
· la première dent de référence 18-1 A de la première roue dentée 13 se trouve seule en regard de la première bobine 26-1 et de la deuxième bobine 26-2 sur une longueur c2 supérieure à la longueur a2,
• aucune dent 18-1 , 18-2 n'est en regard de la troisième bobine sur une longueur c3 inférieure à la longueur a3,
· la deuxième dent de référence 18-2B de la deuxième roue dentée 15 est seule en regard de la troisième bobine 26-3 et de la quatrième bobine 26-4 sur une longueur c4, supérieure à la longueur a4.
Toujours en référence à la figure 5, une torsion négative de l'arbre d'entraînement 10 fait varier la somme de la valeur absolue de la différence entre la première tension V1 et la troisième tension V3 et de la valeur absolue de la différence entre la deuxième tension V2 et la quatrième tension V4 à une valeur inférieure à la valeur prédéterminée de référence qui correspond à une valeur intermédiaire de torsion négative de l'arbre, par exemple comprise entre 0° et - 4° selon la table de corrélation.
On notera que le décalage utilisé dans la position initiale entre la première dent de référence 18-1 A de la première roue dentée 13 et la première dent de référence 18-2B de la deuxième roue dentée 15, défini par la longueur a1 , permet d'avoir un recouvrement entre la première dent de référence 18-1 A de la première roue dentée 13 et la première dent de référence 18-2B de la deuxième roue dentée 15 qui génère une valeur non nulle de la somme de la valeur absolue de la différence entre la première tension V1 et la troisième tension V3 et de la valeur absolue de la différence entre la deuxième tension V2 et la quatrième tension V4. Ceci est avantageux car les calculs se font en valeurs absolues et qu'ainsi la valeur mesurée du couple est indépendante de la rotation de l'arbre.
Avec l'ensemble selon l'invention, on notera également que, dans les trois cas (torsion nulle, torsion positive, torsion négative), la somme de la première tension V1 , de la deuxième tension V2, de la troisième tension V3 et de la quatrième tension V4 est constante quelle que soit la torsion appliquée à l'arbre d'entraînement 10, à distance d constante entre le support de bobines 24 et, d'une part, la première roue dentée 13 et, d'autre part, la deuxième roue dentée 15. En effet, le signal mesuré par le capteur dépendant de la distance entre le capteur et la première roue dentée, d'une part, et de la distance entre le capteur et la deuxième roue dentée, d'autre part, toute modification de ces distances due à des jeux mécaniques pourrait fausser la mesure du capteur. Or, la somme de la première tension, de la deuxième tension, de la troisième tension et de la quatrième tension varie également selon ces distances mais reste constante lorsque ces distances ne varient pas, ce qui permet d'asservir la sensibilité du capteur de façon automatique afin qu'il ne soit plus perturbé lorsque ces distances varient.
On notera que si la distance d entre, d'une part, la première roue dentée et le support de bobines 24 et, d'autre part, entre la deuxième roue dentée et le support de bobines 24, varie alors la moyenne de la somme varie mais le couple mesuré reste le même à torsion égale.
Il est à noter enfin que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Notamment, la forme et les dimensions de l'arbre d'entraînement 10, de la première roue dentée 13, de la deuxième roue dentée 15, du corps 22 de l'agencement de bobines 26 du capteur 20 ainsi que le nombre de dents de la première roue dentée 13 et de la deuxième roue dentée 15 tels que représentés sur les figures de façon à illustrer un exemple de réalisation de l'invention, ne sauraient être interprétés comme limitatifs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble formé d'un arbre d'entraînement (10) pour véhicule et d'un capteur (20) de mesure de la valeur d'un couple appliqué audit arbre d'entraînement (10), ledit arbre d'entraînement (10) comprenant :
• une première portion (12) cylindrique d'un premier diamètre (D1 ),
· une deuxième portion (14) cylindrique d'un deuxième diamètre (D2),
• une portion intermédiaire (16) de torsion reliant la première portion (12) et la deuxième portion (14) et dont une dimension de la section est inférieure au premier diamètre (D1 ) et au deuxième diamètre (D2) afin de concentrer une torsion générée par un couple appliqué à l'arbre (10),
· une première roue dentée (13) montée de manière coaxiale sur la première portion (12), comprenant sur sa périphérie une pluralité de dents (18-1 ) alternées avec des creux et dont la période (P) correspond à la longueur de l'arc de cercle défini par une dent (18-1 ) et un creux (19-1 ) consécutifs mesurée à la périphérie de ladite dent (18-1 ),
· une deuxième roue dentée (15), identique à la première roue dentée (13), montée de manière coaxiale sur la deuxième portion (14) parallèlement à la première roue dentée (13),
ledit capteur (20) comprenant des moyens de génération d'un champ magnétique et un agencement (26) formé d'une première bobine (26-1 ), d'une deuxième bobine (26-2), d'une troisième bobine (26-3) et d'une quatrième bobine (26-4) disposées côte-à-côte entre la première roue dentée (13) et la deuxième roue dentée (15), parallèlement à ladite première roue dentée (13) et à ladite deuxième roue dentée (15), ledit agencement (26) étant agencé pour baigner dans ledit champ magnétique et configuré de sorte que la longueur totale de la première bobine (26-1 ), de la deuxième bobine (26-2), de la troisième bobine (26-3) et de la quatrième bobine (26-4) soit égale à la période (P) de la première roue dentée (13) et de la deuxième roue dentée (15).
2. Ensemble selon la revendication 1 , dans lequel l'agencement (26) se présente sous la forme d'un secteur annulaire disposé entre la première roue dentée (13) et à la deuxième roue dentée (15), parallèlement à ladite première roue dentée (13) et à ladite deuxième roue dentée (15).
3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel le secteur annulaire est défini par un rayon extérieur (R1 ) et un rayon intérieur (R2), inférieur au rayon extérieur (R1 ), et est disposé en regard des dents (18-1 , 18-2) de la première roue dentée (13) et de la deuxième roue dentée (15) de sorte que la longueur (L) de l'arc-de-cercle du secteur définit par son rayon extérieur (R1 ) corresponde à la période (P) de la première roue dentée (13) et de la deuxième roue dentée (15).
4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première roue dentée (13) et la deuxième roue dentée (15) comprenant chacune une première dent de référence (18-1 A, 18-2A), la première dent de référence (18-1 A) de la première roue dentée (13) et la première dent de référence (18-2A) de la deuxième roue dentée (15) sont toutes deux en regard de la première bobine (26-1 ) sur une portion de longueur (a1 ) non nulle et inférieure à la période (P) de la première roue dentée (13) et de la deuxième roue dentée (15) de manière à définir une position initiale correspondant à une absence de torsion de l'arbre (10).
5. Véhicule comprenant un ensemble formé d'un arbre d'entrainement (10) pour véhicule et d'un capteur (20) de mesure de la valeur d'un couple appliqué audit arbre
(10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
6. Procédé de détermination d'un couple appliqué à un arbre d'entrainement (10) d'un véhicule, ledit procédé étant mis en oeuvre par un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, la première bobine (26-1 ), la deuxième bobine (26-2), la troisième bobine (26-3) et la quatrième bobine (26-4) définissant chacune à leurs bornes respectivement une première tension (V1 ), une deuxième tension (V2), une troisième tension (V3) et une quatrième tension (V4), ledit procédé comprenant :
• une étape de torsion de l'arbre (10) au niveau de sa portion intermédiaire (16),
• une étape de mesure de la première tension (V1 ), de la deuxième tension (V2), de la troisième tension (V3) et de la quatrième tension (V4),
• une étape de calcul de la somme de la valeur absolue de la différence entre la première tension (V1) et la troisième tension (V3) et la valeur absolue de la différence entre la deuxième tension (V2) et la quatrième tension (V4),
• une étape de comparaison de la somme calculée avec une valeur prédéterminée correspondant à une absence de torsion de l'arbre (10) de manière à déterminer la valeur du couple appliqué à l'arbre (10).
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