Brevet FR2077914A1 — publié le 19711105

L'invention décrite se rapporte à la mesure de la vitesse de rotation d'un arbre de machine et à la totalisation du nombre de tours effectués par cet arbre, de telle manière que la liaison de ce dernier aux organe s de mesure soit faite par une transmission électrique sur la totalité ou la majeure partie du parcours de cette liaison. Une application directe de l'invention est la mesure de la distance parcourue par un véhicule et aussi celle de la vitesse horaire de ce dernier, mesures faites sans recourir à des câbles de transmission m6canique dont les difficultés d'emploi sent bien conpues, en particulier à bord des véhicules longs et lorsque l'exiguité des emplacements disponibles oblige à donner a ces cibles des courbures de faible rayon. Le dispositif, suivant l'invention, comporte un capteur électrique de la vitesse et il est caractérisé en ce que ledit capteur est relié, par l'intermédiaire d'un circuit électronique, à un moteur à courant continu à excitation indépendante et dont l'induit est shunté, ledit circuit comprenant au moins un monostable dzelen- ché à chaque impulsion du capteur et fournissant une impulsion Ca- librée qui est convertie en une quantité d'électricité élémentaire, laquelle est injectée dans l'ensemble shunt-induit du moteur, ledit moteur entraînant une horlogerie totalisatrice. Un avantage particulier de ce dispositif est d'être parfaitement silencieux ; son fonctionnement est le suivant Le signal caractéristique de la rotation de l'arbre contrôlé, dont la vitesse de rotation est N , est issu d'un capteur de vitesse d'un type quelconque connu : inductif ou capacitif, magnéto-optique ou à phototransistor, à effet Hall, à contactes Tre'caniq;ies directs ou résultant de l'action d'un champ magnétique, etc. qui traduit cette rotation par un nombre variable dtimpulsions électriques n:: Ces impulsions sont recueillies aux bornes d'en'rée d'un circuit monostable, en soi connu, qui delivre pour chacune d'elles une impulsion électrique calibrée, t'amplitude constante et de durée déterminée t1 . Ces impulsions calibrées sont appliquées à la base d'un transistor qui fonctionne en émetteur suiveur pendant toute la durée t1 , et maintient pendant ce temps une intensité constante I dans le circuit comprenant en série le transistor, une résistance fixe et l'induit shunté d'un moteur à courant continu à excitation indépendante, -Ce circuit est placé aux bornes d'une source à courant continu dont la tension-n'est pasobligatoirement stabilisée et qui, er particulier, peut être la batterie de bord d'un véhicule. Il apparatt donc clairement que chaque impulsion émise par le capteur correspond, dans ces conditions, à l'injection d'une quantité d'électricité élémentaire q q = It1 dans 'ensemble shunt et induit du moteur à courant continu. Le nombre d'impulsions émises par le capteur par unité de temps étant proportionnel à la vitesse de rotation N de l'arbre contrôlé Ndt - Kn et la quantité d'électricité totale Q = nq qui aura traversé l'ensemble shunt et induit du moteur étant rigoureusement proportionnelle au nombre de tours.de ce dernier lorsque aucun couple résistant ne lui est appliqué N1dt = K1nq , il apparaît que le nombre de tours du moteur à courant continu reproduit, à un facteur constant Drès. celui de l'arbre contrôlé Un tel moteur muni d'une horlogerie totalisatrice et connu sous le nom de compteur ampèreheuremétrique ou compteur O'K peut, dans ces conditions, indiquer la distance parcourue par un véhicule si la quantité d1 électricité qu'il reçoit est fonction linéaire de cette distance.Un capteur et un compteur kilométriques donnés pourront être adaptés à un véhicule quelconque si l'on fait varier q en fonction du coefficient K . Cela est obtenu facilement en modifiant les éléments capacité et résistances qui définissent la constante de temps'T du circuit monostable permettant ainsi de faire varier, dans de larges limites, l'intervalle de temps t1 qui règle la quantité d'électricité q injectée à chaque impulsion émise par le capteur. L'expérience montre que l'induit du moteur étant bobiné sans fer pour diminuer les frottements sur les paliers mais aussi pour rendre négligeable la réaction induit, on ne doit pas retenir la variation du couple rés-istant dile à l'usure des pièces mécaniques entratnées par la rotation du moteur et cela, dans les limites de durée d'remploi normales (deuxmille heures, par exemple, à bord d'un véhi-cule). Cependant, il reste appliqué au moteur un couple résistant Cr fonction-de la vitesse N1 de ce moteur, ce couple résistant étant da à-des frottements visqueux Cr = AN1 + BN12... La compensation des effets de ce couple, suivant une autre disposition de l'invention, est indispensable pour assurer à la mesure une précision suffisante. Elle est obtenue en faisant varier, en fonction de la vitesse N1 du moteur, l'intervalle de temps t1 qui définit la quantité d'électricité injectée à chaque impulsion àmise par le capteur : t1 = t0 (1 + aN1 + hN1...) . En effet, si la couple @@ est appliqué an moteur, le nombre de tours de ce der ipr répond à 1 relations : lorsque les coefficients a et b satisfort aus relations pensation. assurées par le réglage de la com Le couple résistant restant assez faible pour que le courant dans l'induit du moteur soit une fraction peu importante du courant dans le shunt, bien que fonction de N1 reste toujours négligeable devant l'unité et la proportionnalité entre le nombre de tours du moteur et la quantité d'électricité = nq1 = nIt0 est maintenue. I1 en est de même entre le nombre de tours du moteur et celui de l'arbre contrôlé La mesure de la vitesse se fait en mesurant. directement celle du moteur à courant continu nu en utilisant soit un voltmètre, soit un ampèremètre convenablement branché dans le circuit électronique reliant le capteur de vitesse au moteur 9 courant continu comme i7 le sera indiqué par la suite. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante et au dessin annexé donnés à titre d'exemple non limi- tatif. Sur ce dessin les fig. 1 et 2 représentent des montages d'indicateurs tachymétriques utilisables conformément à l'invention. la fig. 3 représente un ensemble de mesure tachymétrique et totalisateur de tours, suivant l'invention. la fig. 4 représente une variante de l'ensemble conforme à la fig. 3 dans laquelle est prévue une compensation du couple résis- tant visqueux conformément à l'invention. D'après la fig. 1 , la vitesse N1 du moteur 17 , donc celle N de l'arbre contrôlé, est faite par un simnie voltmètre V branché aux bornes du shunt Rs . Avec ce montage, les valeurs indiquées pour les faibles vitesses de l'arore contrôlé ne sc-nt pas rigoureu suent exactes. Une amélioration de ces indications pst obtenue en utilisant un voltmètre différentiel Vd , suivant 7e montage de ls. fig. 2 dans lequel un enroulement Rv est branché aus bornes du shunt Rs et, l'autre Rc aux bornes d'une résisitarce compensatrice Rx , laquelle est en série avec l'induit shunté du moteur. La résistance compensatrice Rv est choisie telle que formule où e est la résistance équivalente du shunt Rs, de ltinduit R,et de l'enroulement Rv du voltmètre montées en parallèle. Les indications du voltmètre demeurent, dans ces conditions, proportion- nelles à la vitesse dans toute l'étendue de la mesure. la mesure de la vitesse du moteur à courant continu et indi doctement celle de l'arbre contrôlé, peut aussi être faite par un dispositif connu qui utilise un aimant permanent. monté directement silr l'arbre du moteur ou entraîné par l'intermédiaire d'un câble souple et rectiligne de faible longueur, l'aimant permanent tourne devant une palette métallique munie d'un ressort de rappel. et solidaire d'une aiguille indicatrice de la vitesse. Le circuit tachymétrique et totalisateur représenté fig. 3 peut être divise en trois parties distinctes, l'une A reRetive au capteur de vitesse, la seconde B au circuit monostable traitant les informations de ce capteur ; la partie F concerne l'alimentation du moteur à courant continu et la diode Zener 4 associée à la résistance 5 assure, pour les circuits qui l'exigent, la stabilisation de la tension fournie par une source à courant continu qui peut entre la batterie de bord d'un véhicule branchée aux bornes 6 et 7 Dans le cas particulier de cette réalisation, le capteur de vitesse t est un détecteur de proximité, par exemple du type de celui décrit dans le brevet français n 1.482.206 , constitué par un oscillateur qui est bloqué lorsque la came 2- , solidaire de l'arbre contrôlé 7 , vient en regard d'une bobine détectrice. Le circuit monostable comprend la résistance 9.de valeur R et la résistance 10 , toutes deux réglées pour, qu'en l'absence d'oscillation du détecteur, le transistor 8 soit saturé, et la capacité Il de valeur C qui transmet à la base du transistor 8 les variations de tension oui apparaissent aux bornes de la. résistance 12 lorsque cesse l'oscillation du capteur. Cette variation de tension entraîne le blocage du transistor 8 pendant un temps déterminé t1 lié à la constante de temps T = CR du circuit de décharge de la capacité 11 Un transistor 13 est placé en série avec une résistance fixe 1.5 , un milliampèremètre 16 et l'induit 17 d'un moteur à courant continu shunté par une résistance 18. L'inducteur 19 de ce moteur est constitué par un aimant permanent. Le transistor 13 , par le jeu des résistances 14 et 15 , fonctionne en émetteur suiveur tant que le transistor 9 demeure bloqué et injecte dans le moteur shunté et le mi lliampèremètre une quanti- té d'électricité élémentaire 1 = It1 à chaque impulsion électrique issue du capteur de vitesse 1 Conformément à. ce qui a été expliqué, l'horlogerie entraînée par l'induit 17 du moteur à courant continu enregistre le nombre de tours effectués par l'arbre contrôlé et, si le dispositif est monté sur un véhicule, les indications de cette horlogerie peuvent être données directement en unités demesune de la distance parcourue. Le milliampèremètre 16 miquen la valeur moyenne Im du courant injecté dans l'ensemble shunt et induit du moteur ; il dévie proportionnellement a la vitesse de ce moteur et peut donc indiquer valablement la vitesse du véhicule, car l.e dispositif représenté par la fig. 4 est une variante de celui décrit suivent la fig. 3 , modifié par l'adjonction d'une compensation du couple résistant d'origine visqueuse appliqué au moter à courant continu. Dans ce dispositif amélioré, les impulsions émises par le capteur de vitesse 1 , fig. 4 , prélevées en VA après amplification par un transistor 20 , sont appliquées an circuit monostable B1 par l'intermédiaire d'une capacité 28 de valeur C . Ce circuit monostable B1 est commandé, d'eutre part, par une tension Um fonction de la vitesse N de l'arbre contrôlé 3 , donc de la vitesse M1 du moteur à courant enptinu 17, à travers une résistance 22 de valeur R de telle manière que ledit eineuit délivre en 29 des signaux d'amplitude constante, mais dant la durée t1 est fonction de la vitesse N1 du moteur 17 t1 = t ( 1 + aN1 + bN1 2 Pour ce faire, la tension Um est la valeur moyenne de celle qui existe aux bornes d'un circuit intégrateur X comprenant la Ca- pacité 21 de valeur C1 et la résistance 24 de valeur R1 alimenté à travers la diode 23 par un -second circuit monostable T) auquel fait suite un circuit inverseur G . Dans ces-eonditions, la durée des impulsions émises par le circuit monostable D étant 1/n , celle des impulsions délivrées par le circuit inverseur G est -1 - 1/n et la tension Um a pour valeur : où Uo est une constante. La durée t1 des' impulsions- émises par le monostable B1 est ators tenant, compte de La faible valeur des termes correctifs, fonction de N1 devant l'unité, il apparaît que les intervalles de temps t1 ont bien la forme : t1 = to ( 1 + aN1 + bN2 ...) car t1 =-E4 CR ( 1 + aN1 + bN1...) où K4 CR = t0 -est--une constante. La diode Zener 4 associée à la résistance 5 assure, comme dans le montage précédent de la fig. 3 , la stabilisation de la tension fournie par la batterie de bord branchée aux bornes 6 et 7 La dernière partie F de la fig. 4 est identique à la partie F de la fig. 3 en ce qui concerne l'alimentation du moteur shunté à courant continu ; l'horlogerie entrainée par ee dernier enregistre donc, comme il a été vu, la distanceparcourue. La déviation du milliampèremètre~26 qui mesure la valeur moyenne du courant débité par le circuit inverseur G est directement proportionnelle à la vitesse de l'arbre contrôlé 3 . Le milliampèremètre 26 peut donc être grandué en unités de mesure de la vitesse hoparire du véhicule. L"adaptation de ce dispositif à un véhicule quelconque nécessite le réglage de la constante de temps T2 = C2 H2 du circuit monostable D dont la capacité 31 a pour valeur 2 et ta résistance 30 la valeur R2 , réglage qui assure la. mesure correcte de la vitesse du véhicule par le milliampèremètre 26 Le réglage de la constante de temps T = CR du monostable B1 complété par celui de la constante de temps T1 = C1 R1 du circuit intégrateur E permet d'adapter au système de transmission d'un véhicule quelconque les indications de distance parcourue fournies par l'horlogerie totalisatrice qu'entraîne le moteur a courant continû. REVSNDICATIONS 1/ Dispositif permettant la totalisation du nombre de tours effectués par un arbre de machine et la mesure de la vitesse de cet arbre et comportant un capteur électrique de la vitesse dudit arbre, caractérisé en ce que ledit capteur est relié par l'intermédiaire d'un circuit électronique à un moteur à courant continu à excitation indépendante et dont l'induit est shunté, ledit circuit comprenant au moins un mono stable déclenché e' chaque impulsion du capteur et fournissant une impulsion calibrée qui est convertie en une quantité d'électricité élémentaire,f laquelle est injectée dans lten- semble shunt-induit du moteur, ledit moteur entraînant une horlogerie totalisatrice. 2/ Dispositif suivant 19 revndication t , caractérisé en ce ue des moyens sont prévus pour faire varier a durée de l'impulsion cali- brée fournie par le circuit monostable à chaque impulsion du capteur en vue de faire varier la quantité d'électricité élémentaire injectée dans l'ensemble shunt-induit du moteur en fonction de la vitesse de l'arbre contrôlé. 3/ Dispositif suivent la revendication 2 , caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués pat un second circuit monostable branché à la sortie du capteur st suivi d'un circuit; inverseur, puis d'un circuit intégrateur, lequel est relié à la commande du premier circuit monostable. 4/ Dispositif suivant les revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que l'impulsion calibrée issue du circuit monostable commande un transistor monté en émetteur suiveur fournissant des impulsions de courant d'amplitude constante à l'ensemble shunt-induit du moteur. 5/ Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte, er outre, un indicateur de vitesse de rotation. 6/ Dispositif suivant les revendications 1 et 4 , caractérisé en ce que ledit indicateur de vitesse est constitué par un voltmètre branché aux bornes dela résistance shuntant l'induit du moteur à courant continu. 7/ Dispositif suivant les revendications 1 et 4 , caractérisé en ce que l'indicateur de vitesse est constitué par un voltmètre différentiel ayant un premier enroulement branché aux bornes de la résistance shuntant l'induit du moteur à courant continu et un second enroulement branché aux bornes à'une résistance de compensation p]acée en série avec l'ensemble shunt-induit du moteur, S/ Dispositif suivant les revendications 1 et 4 , caractérisé en ce que l'indieateur de vitesse est constitué par un milliampèremètre branché en série avec l'ensemble shunt-induit du moteur. 9/ Dispositif suivant les revendications 3 et 4 , caractérise en ce que l'indicateur de vitesse est constitué par un milliampèremètre branché à la sortie du circuit inverseur 10/ Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4 , caractérisé en ce nue l'indicateur de vitesse est institué par un aimant permanent entraîné par le moteur a courant continu devent une palette métallique munie d'un ressort de rappel et solidaire d'un index. 11/ Dispositif suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre contrôlé est solidaire de la transmission d'un véhicule automobile. 12/ Dispositif suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'adaptation des organes indicateurs de vitesse ou totalisateurs de distance parcourue aux caractéristiques d'entratne- ment d'un véhicule automobile quelconque est obtenue par modification des constantes de temps des circuits monostables ou intégrateur inclus dans l'ensemble électronique reliant lesdits organes au capteur de vitesse.