Dispositif d'entrée de données à sensation tactile améliorée |
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申请号 | EP09177528.8 | 申请日 | 2009-11-30 | 公开(公告)号 | EP2192604A1 | 公开(公告)日 | 2010-06-02 |
申请人 | Thales; | 发明人 | Bigand, Jean-Louis; | ||||
摘要 | L'invention concerne un dispositif d'entrée de donnée se faisant au moyen d'un interrupteur manoeuvré par une tige (21). Un ressort de rappel (29) permet à la tige (21) de revenir à une position d'équilibre. Selon l'invention, le dispositif comprend : • un élément circulaire (22) susceptible de se déplacer sensiblement perpendiculairement au déplacement de la tige (21), • une came (20, 40) solidaire de la tige (21), • des moyens élastiques (24) maintenant l'élément circulaire (22) en pression contre la came (20), la came (20) comprenant une pente (25), un point haut (26) et une contre pente (27) sur lesquels s'appuie successivement l'élément circulaire (22) lorsque la tige (21) est manoeuvrée depuis sa position d'équilibre vers une position où l'interrupteur est manoeuvré. |
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权利要求 | |||||||
说明书全文 | L'invention concerne un dispositif d'entrée de donnée se faisant au moyen d'un interrupteur manoeuvré par une tige. L'invention trouve une utilité particulière pour une tige que l'on peut tirer ou pousser autour d'une position d'équilibre. Les deux déplacements de la tige, tirer et pousser, permettent chacun d'entrer une donnée. Pour chaque sens de déplacement de la tige, l'interrupteur est généralement placé à une extrémité de la tige. Un opérateur tire ou pousse la tige, entraînant la manoeuvre de l'interrupteur correspondant. La tige peut également permettre la manoeuvre d'un codeur rotatif autour de l'axe de translation de la tige. Les données issues du codeur rotatif peuvent être codées optiquement dans une partie électronique du dispositif. Dans un tel dispositif, on cherche à générer une sensation tactile qui a pour fonction principale de garantir que le déclenchement électrique de l'interrupteur est assuré après le passage d'un pic d'effort. Pour une bonne sensation tactile, il est nécessaire que le débattement puisse être important, par exemple supérieur à un millimètre. On trouve de tels dispositifs dans l'industrie aéronautique et plus particulièrement dans les planches de bord d'aéronefs. La sécurité du vol de l'aéronef peut dépendre de l'entrée de donnée effectuée au moyen du dispositif. C'est pourquoi de nombreux constructeurs imposent des contraintes sévères dans le retour tactile qu'un pilote doit ressentir lors de la manoeuvre du dispositif. Pour ce faire le demandeur a tenté de réaliser cette fonction au moyen d'une bille coopérant avec la tige. Plus précisément, sur la tige est formée une came comprenant un pan incliné suivi d'un plan parallèle à l'axe de déplacement de la tige. La bille peut se déplacer perpendiculairement à l'axe de déplacement de la tige en s'appuyant sur la came au moyen d'un ressort. Au repos, la tige est dans une position d'équilibre. Cette position est maintenue par un ressort de rappel susceptible de se comprimer suivant l'axe de déplacement de la tige. Dans cette position d'équilibre, la bille est en contact avec la came au bas du pan incliné. Lorsque la tige est actionnée par un opérateur, la bille monte sur le pan incliné en comprimant son ressort jusqu'à atteindre le plan parallèle. L'effort exercé par la bille sur la came s'ajoute à celui exercé par le ressort de rappel de la tige. Lorsque la bille est en contact avec le plan parallèle, l'effort ajouté par la bille, ramené sur l'axe de déplacement de la tige est pratiquement nul, au frottement près, et le seul effort que doit vaincre l'opérateur est celui généré par le ressort de rappel de la tige. Par contre, lorsque la bille est en contact avec le pan incliné, elle exerce une composante axiale d'effort sur la tige. Cette composante axiale, ajoutée à l'effort généré par le ressort de rappel, forme un pic d'effort que l'opérateur doit vaincre en actionnant la tige. La précision de ces systèmes dépend notamment du diamètre de la bille et de sa position sur le pan incliné à la position d'équilibre, ce qui impose des tolérances serrées de réalisation. Le pic d'effort dépend du diamètre de la bille, de l'effort exercé par le ressort de la bille et de la pente du pan incliné. Dans une courbe donnant l'effort exercé sur la tige en fonction du déplacement de celle-ci, la pente de la courbe de rappel de la tige dépend de la raideur du ressort de rappel et de l'effort de frottement de la bille sur la came. Ces systèmes nécessitent des diamètres de bille, un effort de compression des billes et une longueur et hauteur de la pente du clic importants pour avoir une course mécanique et un creux d'effort importants pour des grands débattements avec une sensation tactile identifiable. Les efforts de compression importants des billes nécessitent des matériaux durs superficiellement pour tenir l'usure des manoeuvres répétées. De plus, après de nombreuses manoeuvres l'usure de la came et de la bille altère la sensation tactile en augmentant la profondeur de déplacement entre l'effort maximal au pic et l'effort minimal qui suit. L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un dispositif d'entrée de donnée à sensation tactile pour lequel on réduit l'effort sur la bille, et donc l'usure à terme du dispositif. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'entrée de donnée comprenant
caractérisé en ce que les moyens pour moduler l'effort comprennent
Par convention, la pente est définie comme une surface angulairement décalée par rapport à la direction du déplacement de la tige. L'orientation de l'angle est telle que l'effort exercée par l'élément circulaire sur la tige s'oppose au déplacement de la tige depuis sa position d'équilibre. La contre pente est également définie comme une surface angulairement décalée par rapport à la direction du déplacement de la tige. Par contre, l'orientation de l'angle de la contre pente est inversée par rapport à celui de la pente de telle sorte que l'effort exercée par l'élément circulaire sur la tige tend à faciliter le déplacement de la tige depuis sa position d'équilibre. L'invention permet de s'assurer que le déplacement de la tige ne peut pas être arrêté physiquement avant le déclenchement de l'interrupteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
La description qui suit est faite en rapport à un dispositif d'entrée de donnée comprenant un interrupteur permettant l'entrée de la donnée, une tige mobile en translation par rapport à un boitier et un ressort de rappel permettant à la tige de revenir à une position d'équilibre où la tige n'est pas manoeuvrée. Le déplacement en translation de la tige permet de manoeuvrer l'interrupteur. II est bien entendu que l'invention peut être mise en oeuvre dans un rotacteur où un déplacement en rotation de la tige permet de manoeuvrer l'interrupteur. Autrement dit, la tige est mobile en rotation par rapport au boitier et la rotation de la tige permet d'entrer une donnée représentée par la position angulaire de la tige. Par la suite, l'interrupteur ne sera pas décrit. On peut mettre en oeuvre tout type d'interrupteur manoeuvré par le mouvement d'une partie mobile. La tige sert d'intermédiaire entre l'opérateur et la partie mobile de l'interrupteur. L'interrupteur est par exemple un bouton poussoir manoeuvré en translation. L'interrupteur peut également être un codeur optique comprenant un masque solidaire de la tige et pouvant se déplacer entre un émetteur et une cellule de détection, l'émetteur et la cellule de détection étant solidaires du boîtier. L'utilisation d'un codeur optique présente l'avantage de ne pas produire d'effort sur la tige. Les seuls efforts entre boîtier et tige sont issus des différents éléments constitutifs de l'invention. La tige est solidaire de la partie mobile du bouton poussoir et un opérateur exerce un effort sur la tige. Cet effort est transmis à la partie mobile. L'invention permet un mouvement net de la partie mobile et permet donc d'améliorer la fiabilité de l'entrée de donnée réalisée par la manoeuvre de l'interrupteur. Le dispositif comprend des moyens pour moduler un effort exercé par le ressort de rappel afin de définir un pic d'effort à un point de la course de la tige au-delà duquel l'interrupteur est manoeuvré ; La A l'origine du repère aucun effort n'est exercé sur la tige et elle est dans une position d'équilibre. A partir de cette position, pour entamer le déplacement de la tige, l'effort doit croitre rapidement jusqu'à atteindre un maximum 11 appelé pic par la suite. Cette première partie du déplacement de la tige porte le repère 12. Au-delà du pic 11, l'effort pour poursuivre le déplacement de la tige décroit pour atteindre un minimum 13. Entre le pic 11 et le minimum 13, la partie du déplacement s'y rapportant est appelée profondeur du déplacement 14. La différence entre la valeur du pic et celle du minimum est appelée creux de l'effort 15. Au delà de la profondeur de déplacement 14, la courbe 10 entre dans une partie 16 linéaire et croissante jusqu'à atteindre une valeur d'effort 17 obtenue en fin de course de la tige. On peut prévoir une butée pour arrêter la tige. La totalité de la course de la tige est représenté par une cote 18. Le contact électrique de l'interrupteur doit se faire après le pic d'effort 11 et avant la fin de la course. La partie de la course où l'interrupteur est manoeuvré est représenté par la cote 19. Pour s'assurer que l'interrupteur est bien manoeuvré lors de la manoeuvre de la tige par un opérateur, il est important que la valeur d'effort 17 soit inférieure à celle du pic d'effort 11. On verra par la suite comment grâce à l'invention, on peut régler la valeur d'effort 17. La La came 20 comprend une pente 25, un point haut 26 et une contre pente 27 sur lesquels s'appuie successivement l'élément circulaire 22 lorsque la tige 21 est manoeuvrée depuis sa position d'équilibre vers une position où l'interrupteur est manoeuvré. L'élément circulaire 22 peut être rigide : une bille sphérique ou un cylindre dont l'axe est perpendiculaire au plan de la Le dispositif comprend également un ressort de rappel 29 s'opposant au déplacement de la tige 21 et pouvant donc se comprimer suivant l'axe 23. Dans la position d'équilibre, la tige est en butée contre le boitier 28, le ressort de rappel 29 est comprimé de façon à maintenir la tige 21 contre le boitier 28 et l'élément circulaire 22 est en appui sur la pente 25. Pour décoller la tige 21 du boitier 28, un opérateur exerce sur la tige 21 un effort FO dirigé vers la gauche de la Les forces FR et FC sont orientées dans le même sens vers la droite de la A la fin de la première partie 12 du déplacement de la tige 21 vers la gauche de la Lorsque l'élément circulaire 22 est en appui sur la contre pente 27, les efforts FC et FR évoluent linéairement en fonction de la compression respective des ressorts 24 et 29 ce qui correspond à la partie linéaire 16 de la courbe 10. La pente de la partie linéaire 16 peut être adaptée en modifiant l'inclinaison de la contre pente 27 et ainsi s'assurer que la valeur d'effort 17 soit inférieure, voire nettement inférieure à celle du pic d'effort 11 tout en restant positive afin de permettre le retour de la tige 21 vers sa position d'équilibre si l'effort FO exercé par l'opérateur est relâché. De façon plus générale, les dimensions de la came 20 sont définis de telles sorte qu'un effort FO exercé sur la tige 21 tout au long d'une partie 19 de la course de la tige 21, partie où l'interrupteur est manoeuvré, est inférieur au pic d'effort 11. En l'absence de contre pente 27, c'est-à-dire lorsque la pente est suivie d'une surface plane parallèle à l'axe 23, la profondeur du déplacement 14 est sensiblement égale au rayon de l'élément circulaire 22 multiplié par le sinus de l'angle de la pente 25 par rapport à l'axe 23. En mettant en oeuvre l'invention, la profondeur du déplacement est allongée du rayon de l'élément circulaire 22 multiplié par le sinus de l'angle de la contre pente 27 par rapport à l'axe 23. On peut ainsi pour une même profondeur du déplacement 14 réduire le rayon de l'élément circulaire 22, ce qui permet de réduire l'encombrement du dispositif. De plus, la présence de la contre pente 27 permet un plus grand creux de l'effort 15 du fait de l'inversion de sens de l'effort FC. Sans contre pente 27, on a simplement une annulation de l'effort FC lorsque l'élément circulaire 22 parvient sur la surface plane parallèle à l'axe 23. On peut ainsi pour un creux de l'effort 15 donné réduire l'effort exercé par le ressort 24 en mettant en oeuvre l'invention. Cette réduction d'effort permet de réduire l'usure de la came 20 et de l'élément circulaire 22. On peut également utiliser des matériaux plus tendres et moins onéreux. Dans une réalisation de l'invention, on a par exemple pu remplacer une came 20 métallique par une came 20 en matériau plastique tout en conservant une même durée de vie du dispositif, durée de vie par exemple mesurée en nombre de manoeuvre. Avantageusement, lorsque la tige 21 est dans sa position d'équilibre, l'élément circulaire 22 s'appuie sur la came 20 au niveau d'une jonction 30 entre la pente 25 et le point haut 26. Ainsi, à la position d'équilibre, l'effort FC est orienté en sens opposé à l'effort FO, d'où un effort important à vaincre par l'opérateur pour décoller la tige 21 de sa butée contre le boîtier 28. Ensuite, dès le début de la course de la tige 21, l'effort FC diminue. Cela permet de réduire fortement, voir de supprimer la première partie 12 du déplacement de la tige 21. Ainsi pour que l'opérateur ressente un déplacement de la tige 21, il est tenu d'exercer un effort quasiment égal au pic d'effort 11. Ceci entraine un enfoncement de la tige 21 coïncidant quasiment avec le début de son déplacement et donc une amélioration de la fiabilité de la manoeuvre de l'interrupteur. Le dispositif peut comprendre un second interrupteur. Les moyens pour moduler l'effort permettent de créer un second pic d'effort dans la course de la tige au-delà duquel le second interrupteur est manoeuvré. Cette variante est expliquée à l'aide des Avantageusement, les deux pentes, 25a et 25b, les deux points hauts 26a et 26b et les deux contre pentes 27a et 27b sont respectivement symétriques par rapport au même point de la came 40, point situé entre les deux pentes 25a et 25b. La position d'équilibre de la tige 21 est obtenue lorsque l'élément circulaire 22 est en appui simultané sur les deux pentes 25a et 25b. II n'est pas forcément nécessaire de prévoir une butée contre le boitier 28 pour maintenir la tige 21 contre sa position d'équilibre. La Dans la position de la tige 21 représentée sur la Dans la position de la Dans la position de la Sur la Le pic d'effort 11 est ici obtenu dès la position d'équilibre, car l'élément circulaire 22 est en appui contre la jonction 30a. En adaptant les formes de la came 40 et celle de l'élément circulaire 22, de façon à ce que dans la position d'équilibre, l'élément circulaire 22 soit à la fois en appui contre la jonction 30a et une jonction 30b entre la pente 25b et le point haut 26b on obtient une coïncidence des pics d'effort obtenus au même point de la course de la tige 21, c'est-à-dire à la position d'équilibre. La Ce mode de réalisation permet de définir deux pic d'efforts 11 l'un négatif et l'autre positif placés tous deux sur l'axe vertical comme pour la La La position d'équilibre ne dépend pas de la tension des ressorts de rappel 60 et 61. La position d'équilibre est définie par l'appui de pièces mécaniques rigides les unes contre les autres, à savoir la pièce d'appui 62 à la fois contre la tige 21 et contre le boîtier 28. Dans l'exemple représenté, le déplacement de la tige 21 se fait en translation le long de l'axe 23 pour manoeuvrer les deux interrupteurs. La pièce d'appui 62 est une pièce de révolution ayant la forme d'une rondelle traversée par la tige 21 et pouvant se déplacer en translation le long de la tige 21 dans un alésage 63 d'axe 23 du boîtier 28. A la position d'équilibre, la pièce d'appui 62 prend appui contre un fond 64 de l'alésage 63. Dans cette même position, la pièce d'appui 62 prend appui contre un épaulement 65 de la tige 21. Les deux ressorts 60 et 61 sont hélicoïdaux Ils sont montés concentriquement autour de l'axe 23. L'alésage 63 est partiellement fermé par un couvercle 66 sur lequel prend appui le ressort 60 par une première de ses extrémités 60a, éventuellement par l'intermédiaire d'une rondelle 67. Une seconde extrémité 60b du ressort 60 prend appui contre la pièce d'appui 62. La tige 21 traverse la rondelle 67 et le couvercle 66. Le ressort 61 prend appui à une première de ses extrémité 61a contre une rondelle 68 solidaire de la tige 21 Une seconde extrémité 61 b du ressort 61 prend appui contre la pièce d'appui 62. La rondelle 68 est rendue solidaire de la tige 21 au moyen d'un circlips 69 disposé dans une gorge 70 de la tige 21. Lorsqu'un opérateur pousse sur la tige 21 suivant l'axe 23, le sens de déplacement de la tige 21 étant matérialisé par la flèche P, seul le ressort 60 est comprimé. La tige 21 se déplace par rapport au boîtier 28 et entraine la pièce d'appui 62 dans son déplacement par rapport au boîtier 28, ce qui comprime le ressort 60. La pièce d'appui 62 peut comporter un prolongement tubulaire 71 permettant de limiter le déplacement de la pièce d'appui 62 dans l'alésage 63. Le prolongement 71 peut venir en butée contre la rondelle 67 pour limiter le déplacement de la tige 21 dans le sens « pousser » P. Par contre, la pièce d'appui 62 reste en appui contre l'épaulement 65. Les rondelles 62 et 68 suivent toutes deux le déplacement de la tige 21. Ainsi le ressort 61 ne se déforme pas lorsque l'opérateur pousse sur la tige 21. A l'inverse, lorsqu'un opérateur tire sur la tige 21 suivant l'axe 23, le sens de déplacement de la tige 21 étant matérialisé par la flèche T, seul le ressort 61 est comprimé. La pièce d'appui 62 reste en appui contre le fond 64 de l'alésage 63. Le ressort 60 n'est donc pas déformé. On peut également prévoir une butée mécanique limitant le déplacement de la tige 21 dans le sens « tirer » T. Cette butée peut être formée par une surface 72 du boîtier 28 sur laquelle vient s'appuyer un épaulement 73 de la tige 21. Par contre, la rondelle 69 suit le mouvement de la tige 21 et comprime le ressort 61 contre la pièce d'appui 62. Sur la La Sur la Pour affiner la modélisation du dispositif, on a représenté au moyen d'une courbe 83, l'évolution d'un effort de frottement FF de l'élément circulaire 22 lors de son déplacement le long de la came 40 en s'éloignant de la position d'équilibre. La valeur de l'effort FF a le même signe l'effort FR lorsque la came 40 s'éloigne de la position d'équilibre. Le signe de la valeur de l'effort FF s'inverse lorsque la came revient vers la position d'équilibre. Pour ne pas surcharger la L'effort FO que l'opérateur doit exercer sur la tige 21 pour la déplacer est égal à la somme des efforts FR, FC et FF. Sur la |