Dispositif de commande électrique

La présente invention concerne un dispositif de commande électrique, en particulier pour véhicule automobile, comprenant une manette de commande pivotante et un organe rotatif de commande.

Actuellement, les véhicules automobiles sont équipés de plus en plus avec des systèmes électroniques d'assistance et de confort pour le conducteur et ses passagers.

Alors qu'il y a un certain nombre d'années, rares étaient par exemple les véhicules équipés en même temps d'un système de climatisation et d'un système de navigation, ces systèmes sont en train de se démocratiser et sont accessibles à un plus grand nombre de personnes et déjà proposées ensembles pour certaines versions de base.

De plus, les systèmes électroniques sont améliorés constamment et offrent de plus en plus de paramètres de réglage.

Ainsi, les systèmes audio comportent maintenant pratiquement tous différents groupes de haut parleurs dont on peut régler la balance gauche/ droite et avant / arrière.

Les systèmes radio permettent des réglages pour des recherches rapides en fonction du programme diffusé ou selon que la station diffuse ou non des messages sur l'état du trafic de la région parcourue.

Pour les systèmes de climatisation, on a vu récemment apparaître la gestion des réglages des paramètres de la climatisation par zones.

Tous ces systèmes nécessitent des moyens de commande adaptés qui soient ergonomiques et faciles d'utilisation.

Pour faciliter les commandes dans un véhicule automobile et diminuer le nombre de commandes individuelles, des commandes multifonctions associées à un écran d'affichage ont fait leur apparition dans le domaine automobile.

Ces commandes connues ont par exemple la forme d'une manette de commande ou joystick permettant de naviguer dans un menu affiché à l'écran. La sélection d'une

fonction choisie se réalise par exemple par un appui sur l'élément de préhension de la commande.

De plus, on a doté ce joystick d'un organe rotatif de commande qui permet par exemple d'augmenter ou de diminuer le volume d'un système audio lorsque cette fonction de réglage du volume a été choisie.

Ainsi, avec une seule commande multifonctions, on arrive à commander une multitude de systèmes électroniques et de fonctions dans un véhicule automobile. Du fait du nombre de fonctions pouvant être commandées, ce joystick devient une interface privilégiée du conducteur.

II en résulte, que l'extrémité libre de ce joystick devient un emplacement aussi important pour la marque du véhicule que par exemple le volant.

Or, sur les dispositifs de commande multifonction connus dans l'état de la technique, en apposant par exemple un logo sur cette extrémité, le logo tourne, ce qui n'est pas souhaitable.

La présente invention vise à proposer une solution par rapport à ce problème.

De plus, les joysticks connus sont généralement d'une conception, en particulier électrique ou électronique, complexe.

Un autre objet de la présente invention vise à proposer un dispositif, dont notamment la partie électrique / électronique soit simplifiée.

Indépendamment de ce problème, selon encore un autre objectif de la présente invention, on vise à proposer un dispositif de commande multifonctions dont la manette de commande puisse être éclairée de façon fiable.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande électrique comprenant

• une manette de commande déplaçable selon un mouvement de pivotement dans un plan perpendiculaire à la manette en position de repos, et déplaçable en translation selon une direction parallèle à la manette en position de repos,

• un organe rotatif de commande déplaçable selon un mouvement de rotation et selon un mouvement de pivotement dans un plan perpendiculaire à la manette en position de repos, et

• un circuit électrique pour transformer les divers mouvements de la manette et de l'organe rotatif en signaux de commande, caractérisé en ce qu'il comporte un socle de manette mobile sur une course prédéfinie selon une direction parallèle à la manette en position de repos et maintenant la manette de commande fixe en rotation et en ce qu'il comporte une liaison à cardan supportant l'organe rotatif de commande de manière à relier celui-ci en pivotement à la manette de commande.

D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que sur les figures annexées sur lesquelles : la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention à l'état assemblé, - la figure 2 est une première vue en éclaté du dispositif selon l'invention, la figure 3 est une seconde vue en éclaté du dispositif selon l'invention, la figure 4 est une vue de dessus d'un dispositif selon l'invention, et la figure 5 est une vue en coupe selon A-A de la figure 4.

Le dispositif de commande électrique selon l'invention est représenté selon différentes vues sur toutes les figures annexées. Sur toutes les figures, les mêmes éléments portent les mêmes références.

La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de commande électrique 1 selon l'invention à l'état assemblé.

Ce dispositif est monté dans un boîtier 3 composé d'un fond 5 et d'un couvercle 7 assemblés à l'aide de moyens de vissage 9 (voir figures 2 et 5).

Il comprend une manette de commande 11 déplaçable selon un mouvement de pivotement dans un plan perpendiculaire à la manette en position de repos.

Sur les figures 1 et 5, la manette 11 est montrée en position de repos, c'est-à-dire que la manette 11 est essentiellement perpendiculaire au plan défini par le fond 5. Le mouvement de pivotement de la manette 11 est représenté sur la figure 1 par des flèches TXl, TX2, TYl, TY2. On constate donc qu'il y a une première direction de

pivotement selon un axe X et une seconde direction de pivotement selon un axe Y qui est orthogonale à la première direction et est située dans le même plan que cette première direction.

Dans le cadre d'un système multifonctions avec écran d'affichage, ces mouvements de pivotement peuvent par exemple être utilisés pour commander des menus déroulants.

De plus, la manette 11 est également déplaçable en translation selon une direction parallèle à la manette en position de repos. Cette direction est indiquée sur la figure 1 par la flèche TZl.

Généralement, ce mouvement est donc pour un utilisateur un appui et est par exemple utilisé pour valider le choix d'une fonction sélectionnée auparavant.

Le dispositif de commande électrique selon l'invention comprend en outre un organe rotatif de commande 13 déplaçable selon un mouvement de rotation autour de son axe.

De plus, l'organe 13 peut également être déplacé en pivotement selon les mêmes mouvements que la manette 11, c'est-à-dire des mouvements de pivotement dans un plan perpendiculaire à la manette en position de repos.

Les divers mouvements de la manette 11 et de l'organe rotatif 13 sont transformés en signaux de commande à l'aide d'un circuit électrique 15 qui sera décrit plus en détail plus loin et qui est relié, par exemple via un faisceau de connexion électrique 17 à une unité de traitement et d'exploitation (non représenté) des signaux de commande. Par la suite, on expliquera les divers composants et éléments du dispositif en relation avec les figures 2 à 5.

Comme on le voit sur les figures 2 et 3, la manette 11 est maintenue fixe en rotation par un socle de manette 19. Ce socle 11 est mobile sur une course prédéfinie selon une direction parallèle à la manette en position de repos, c'est-à-dire la direction TZl (voir figure 1).

A cet effet, la manette de commande 11 présente une extrémité libre 21 qui peut être conformée, selon la conception souhaitée, pour être reliée à un organe de préhension de la manette (non représentée).

L'autre extrémité 23 présente une forme sphérique avec deux tétons 25 diamétralement opposés. Ces tétons définissent un axe de pivotement de la manette 11, plus en détail l'axe de pivotement pour les mouvements selon les flèches TXl et TX2.

Pour maintenir la manette 11 fixe en rotation, le socle de manette 19 comporte des parois 27 formant des parties en forme de calotte et définissant un logement sphérique 29 pour recevoir l'extrémité sphérique 23 de la manette. Des fentes 31 diamétralement opposées sont délimitées par les parois 29 pour recevoir les deux tétons 25 de manière à bloquer la manette en rotation tout en permettant un mouvement de pivotement de la manette 11 par un mouvement coulissant des tétons dans les fentes. Le mouvement de pivotement ainsi défini est le mouvement selon les directions TYl et TY2 de la figure 1.

Selon une variante non représentée, on peut prévoir des tétons supplémentaires au niveau de la partie sphérique de la manette 11 et des fentes supplémentaires au niveau des parois 27 pour définir des directions de pivotement supplémentaires tout en maintenant la manette fixe en rotation.

Des moyens 35 de guidage du socle 19 en translation sont prévus pour assurer une position stable du socle et ainsi de la manette 11.

Ces moyens de guidage 35 du socle sont portés d'une part par la face inférieure 33 du socle 19 et d'autre part par une embase de support 37.

Plus en détail, les moyens de guidage 35 du socle comprennent au moins deux tiges de guidage 39 portées par la face inférieure 33 du socle 19 et coopérant avec deux ouvertures correspondantes 41 ménagées dans l'embase de support.

Avantageusement les deux tiges 39 comportent à leurs extrémités libres des butées 43 pour limiter la course de déplacement de la manette 11 selon une direction parallèle à la manette en position de repos, c'est-à-dire la direction TZl indiquée sur la figure 1.

Afin de définir une position de repos claire sur cette direction TZl, le dispositif comporte un moyen élastique de repositionnement 45 vers la position de repos, tel qu'un ressort hélicoïdale ou conique (voir en particulier les figures 1 et 5), s'appuyant d'une part sur la face inférieure 33 du socle de manette et d'autre part sur l'embase de support 37.

Pour transmettre l'action d'un utilisateur, le socle 19 porte en outre sur sa face inférieure 33 au moins un, de préférence deux pistons d'actionnement 47, chaque piston étant apte à actionner un interrupteur associé porté par le circuit électrique 15.

Le circuit électrique 15 comprend d'une part une carte à circuit imprimé 49 et d'autre part une membrane souple 51 disposée sur la carte 49, la membrane comportant pour

chaque piston 47 un monticule 53 élastique de contactage par un appui d'un piston sur la membrane pour fermer une boucle électrique et délivrer un signal de commande.

Comme on le voit sur la figure 2, la carte à circuit imprimé 49 présente des plages de contactage 55 avec un motif, par exemple en serpentin, de deux pistes électrique en chevauchement.

Les monticules 53 comportent à l'intérieur une pastille en métal ou en carbone qui, lorsqu'elle entre en contact avec une plage 55 associée assure le contact électrique entre les deux pistes et réalise ainsi la fermeture d'une boucle électrique et permet donc de délivrer un signal de commande. Dans le cadre de la présente invention, on a également traité le problème de l'éclairage de la manette. Cet aspect de l'invention peut également être considéré de façon indépendante.

A cet effet, la manette 11 est réalisée en un matériau transmettant la lumière et la carte à circuit imprimé 49 comporte un moyen d'éclairage tel qu'une diode électroluminescente 57, centré par rapport à l'axe défini par la manette 11 en position de repos.

Par « matériau transmettant la lumière », on entend aussi bien un matériau transparent qu'un matériau translucide.

La membrane 51, l'embase de support 37 et le socle de manette 19 comportent chacun une ouverture centrale portant respectivement les numéros de référence 59

(figure 3), 61 (figure 2) et 63 (figure 5). Ces ouvertures définissent un passage de lumière (comme une cheminée de lumière) de manière que la lumière émise par la diode 57 passe par le passage de lumière pour se coupler via l'extrémité sphérique 23 dans la manette de commande 11 et éclaire l'extrémité de préhension 21 de la manette. Cette disposition permet d'assurer un éclairage efficace sans qu'il y ait besoin de connexions électriques ou optiques compliquées entre des pièces mobiles et les pièces statiques.

Par ailleurs, on constate que la partie sphérique 23 de la manette 11 joue le rôle d'une lentille optique facilitant le couplage de la lumière dans la manette 11 par son angle d'ouverture important qui minimise les pertes de lumière.

Enfin, la partie droite de la manette 11 joue le rôle d'un guide d'onde qui confine la lumière à l'intérieur de la manette jusqu'à son expulsion à l'extrémité 21.

De préférence, la manette est réalisée en matière plastique, notamment en polycarbonate. Bien entendu, tout autre matériau optiquement transparent ou translucide peut être utilisé.

Après avoir décrit en détail la structure et le fonctionnement de la manette, on se concentre maintenant sur l'organe rotatif de commande 13.

Cet organe rotatif 13 est supporté par une liaison à cardan 65 de manière à relier l'organe rotatif 13 en pivotement à la manette de commande 11. Ceci a pour effet que lorsque la manette pivote selon les directions prédéfinies TXl,

TX2 ainsi que TYl et TY2, l'organe 13 pivote ensemble avec la manette 11.

Toutefois, cette liaison est seulement réalisée en pivotement, mais non en rotation, de sorte que l'organe 13 puisse tourner librement alors que la manette 11 est fixe en rotation. Comme on le voit bien sur les figures 2 et 3, l'organe rotatif de commande 13 présente une forme générale d'une cloche dont le sommet 67 présente une ouverture de passage 69 (figure 5) pour la manette de commande 11.

De préférence, l'organe 13 en forme de cloche est surmonté d'un moyen de liaison mécanique 71 avec un élément de préhension de l'organe rotatif (non représenté). A titre d'exemple, les moyens 71 peuvent comprendre des moyens de cϋpsage de vissage ou de collage.

La partie en cloche de l'organe 13 présente sur des côtés opposés deux petits axes 73 (figure 2) destinés à coopérer avec deux paliers 75 pratiqués dans un anneau de cardan 77.

Cet anneau 77 présente lui-même deux axes 79 de basculement qui sont accrochés via une liaison de clipsage à une pièce 81 appelée « carrousel », pour une raison qui va paraître claire plus loin dans la description, et qui possède une forme circulaire.

A cet effet, le carrousel 81 possède deux portiques 83 à palier aptes à recevoir par simple clipsage les axes 79 de l'anneau 77.

La pièce 81 est appelée « carrousel » car elle est portée libre en rotation par l'embase de support 37. Le carrousel 81 peut donc tourner librement avec l'organe rotatif 13 et maintien la liaison de cardan 65 avec l'organe rotatif de commande 13.

On comprend donc aisément qu'un mouvement de rotation appliqué à l'organe 13 est transmis via la liaison à cardan 65 au carrousel 81, ceci de façon indépendante de tout mouvement de pivotement qui peut être appliqué à la manette et donc aussi à l'organe 13.

Pour limiter la friction en rotation entre le carrousel 81 et l'embase de support 37, l'embase de support comporte sur sa périphérie circulaire des protubérances 83 appelées godrons. Il s'agit en fait de partie de calottes de sorte qu'au niveau de chaque godron, il n'y a qu'un contact ponctuel entre le carrousel 81 et l'embase 37.

L'embase de support comporte en outre des bords 85 de guidage et de centrage du carrousel 81 en rotation. Pour les commandes rotatives via l'organe 13, le dispositif selon l'invention est équipé de moyens 87 de détection du mouvement de rotation du carrousel 81 de maintien.

Avantageusement, ces moyens 87 sont des moyens optiques comme représentés sur la figure 2.

A cet effet, les moyens 87 de détection de mouvement de rotation du carrousel 81 comportent des portions d'écrans 89 disposées de façon régulière sur un cercle sur la face inférieure 91 du carrousel 81 et au moins un, de préférence deux composants 93 à barrière de lumière portés par le circuit électrique et disposés de manière que les écrans puissent interrompre un faisceau lumineux de mesure.

Le défilement des écrans devant les cellules 93 crée des signaux carrés qui permettent de mesurer la rotation du carrousel et donc de l'organe rotatif 13.

Pour détecter le sens de rotation de l'organe rotatif de commande, il s'est avéré judicieux que le dispositif comporte au moins deux composants à barrière de lumière qui sont disposés en décalé.

Selon une variante non représentée, on prévoit à la place des moyens optiques des moyens magnétiques de détection du mouvement de rotation du carrousel.

On doit aussi constater qu'avantageusement, ces composants sont portés par le même circuit imprimé 49 que les plages de contactage.

Il est aussi indiqué que les composants 93 présentent donc la forme d'une fourche qui traverse une ouverture associée 95 de la membrane 51 (voir figure 2).

A ce stade, on a expliqué toute la structure et le fonctionnement du dispositif pour les mouvements en TZl et en rotation qui sont entièrement dissociés, même par rapport au mouvement de pivotement que peuvent faire la manette 11 et l'organe 13.

Par la suite, on expliquera comment le dispositif traduit un mouvement de pivotement en des signaux de commande.

Même si le mouvement de pivotement est défini par la manette de commande 11 , il est transmis via l'organe rotatif de commande 13, en particulier par l'intermédiaire de la périphérie inférieure 97 de la cloche qui définit un bord de commande apte à coopérer avec au moins un interrupteur associé de détection d'un mouvement de pivotement porté par le circuit électrique 49.

Ce circuit 49 comporte quatre interrupteurs doubles 99 disposés par paires sur des côtés opposés par rapport au centre du circuit défini par la manette et définissant des axes perpendiculaires de pivotement.

En fonctionnement, le bord de commande 97 coopère avec les interrupteurs doubles formés par des plages de contact 99 sur le circuit imprimé 49 et des monticules de contactage 100, ces interrupteurs permettant la détection d'un mouvement de pivotement par l'intermédiaire de pistons 101. On constate que ces interrupteurs sont identiques dans leur structure et leur fonctionnement aux interrupteurs formés par les monticules 53 et les plages de contactage 55. Les pistons 101 sont reçus dans des ouvertures en forme de croix 103 semblables aux formes ménagées dans l'embase 37 pour les pistons d'actionnement 47 du socle de manette 19. Les pistons sont donc guidés en coulissement par l'embase de support 37.

Il est important de constater que grâce à la structure mécanique particulière du dispositif, la partie circuit électrique est largement simplifiée. En effet, tout le circuit électrique se résume à une seule carte à circuit imprimé 49 avec une membrane souple associée 51.

Il n'y a aucun composant électrique disposé sur une pièce mobile ce qui évite tout problème de connexion électrique et augmente la fiabilité et la durée de vie du dispositif.

Enfin, cette décomposition des mouvements de pivotement, d'appui et de rotation pour aboutir soit à la fermeture d'un interrupteur simple en ce qui concerne le pivotement et l'appui, soit à une simple détection via un composant optique pour la rotation, tous les

composants étant disposés sur la même carte à circuit imprimé, permet d'atteindre un coût de revient très compétitif.

L'utilisation d'interrupteurs doubles aussi bien pour la détection des mouvements en pivotement TXl, TX2 ainsi TYl, TY2 et en appui TZl permet de mieux maîtriser l'effort à fournir par l'utilisateur. De plus, comme il y a une répartition de charge entre deux interrupteurs simples, en particulier au niveau de la membrane souple, la sollicitation mécanique de la membrane est diminuée et le nombre de cycles réalisables se trouve augmenté tout en fournissant un toucher de manœuvre agréable pour l'utilisateur et uniforme. En effet, pour ce type de dispositif de commande électrique, les sensations haptiques et leur maîtrise et reproductibilité sont déterminantes pour un utilisateur. Comme on vient de le voir, pour les mouvements de pivotement et selon la direction TZl, ce sont les monticules 53 et 100 de la membrane souple 51 qui procurent la sensation haptique.

Pour l'effet haptique en ce qui concerne le mouvement de rotation, le dispositif 1 comprend en outre des moyens d'indexage du mouvement rotatif de l'organe rotatif 13 de commande.

Selon l'exemple décrit en rapport avec les figures et selon un mode préférentiel, ces moyens d'indexage sont réalisés sous forme de moyens d'indexage magnétiques.

Comme on le voit sur les figures 1 et 2, les moyens d'indexage magnétiques comprennent un stator 105 et un rotor 107, chacun étant réalisé sous forme d'un anneau avec des pôles Nord et Sud disposé en alternance.

Ces anneaux sont par exemple réalisés par des matériaux composites et obtenus par un processus de frittage ou de moulage.

Le stator 105 est fixé dans le couvercle 7 du boîtier via un mécanisme de cϋpsage formé par exemple d'ergots 109 sur l'anneau 105 et de languettes de cϋpsage 111 réalisées d'une seule pièce avec le couvercle 7.

Comme l'effet d'indexage se réalise quand les pôles Nord et Sud du rotor et du stator défilent les uns par rapport aux autres, on comprend que la distance entre les anneaux 105 et 107 est un paramètre déterminant pour maîtriser l'effet haptique. Pour s'assurer que cet effet haptique est toujours le même dans le cadre d'une production en grand nombre, le couvercle 7 comporte en outre des moyens de mise en

place du stator selon une direction parallèle à la manette de commande en position de repos.

De préférence, ces moyens de mise en place comprennent des languettes souples 121, réalisées d'une seule pièce avec le couvercle 7 et comportant des extrémités d'appui ponctuel 123 sur le stator. Par cet appui en trois points, on s'assure que le stator est toujours bien mis en place et que la distance entre le stator 105 et le rotor 107 est toujours la même et identique sur toute la circonférence des anneaux 105 et 107.

Quant au rotor 107, celui-ci est fixé au carrousel de maintien 81, de préférence également par des moyens de clipsage, c'est-à-dire par exemple des protubérances 113 réalisées d'une seule pièce avec l'anneau 107 et des portiques souples à chanfrein 115.

Pour maintenir la manette et donc aussi l'organe rotatif 13 dans une position stable de repos, le dispositif comprend de plus un ressort conique 117 de maintien en position de repos par rapport à un mouvement de pivotement de l'organe rotatif 13 et de la manette 11. Ce ressort 117 s'appuie d'une part sur le bord supérieur de la cloche de l'organe rotatif et d'autre part sur des moyens de retenue portés par le rotor.

Ces moyens de retenue sont réalisés d'une seule pièce avec le rotor et comprennent de préférence des ergots 119.

On comprend donc à la lecture de la description ci-dessus que le dispositif présente de nombreux avantages. Parmi ces avantages, on cite en particulier une bonne dissociation au niveau mécanique des divers types de mouvements de commande que sont les mouvements de pivotement, d'appui ou encore de rotation ce qui permet de réaliser une haptique claire et agréable pour l'utilisateur.

On ajoute aussi le fait que toute électronique est concentrée à un même niveau sur des pièces immobiles sans qu'il y ait besoin de connectiques compliquées.

Enfin, une solution judicieuse au niveau de l'éclairage a été également développée et présentée.