Brevet FR2576419A1 — publié le 19860725

4- APPAREIL DE DETECTION DE LA VITESSE ET DU SENS DE ROTATION D'UN ARBRE ROTATIF L'invention concerne un appareil destiné à fournir une indi- cation sur la vitesse et le sens de rotation d'un arbre rotatif. On connait l'utilisation d'un disque ou d'une roue commandés par l'arbre, avec des dents à espacement irrégulier sur le disque ou la roue, dont le passage est détecté par le détecteur. Le signal fourni par le détecteur permet de déterminer le sens de rotation de l'arbre. Un exemple d'un appareil de ce type est décrit dans le brevet britannique n 1591376. On connaît également l'utili- sation d'une série de dents espacés régulièrement sur le disque ou la roue, avec un détecteur pour détecter le passage des dents, le signal de sortie du détecteur fournissant une indication sur la vitesse de l'arbre. Le brevet US n 4370614 décrit un dystème selon lequel la vitesse et le sens de rotation d'un arbre peuvent être déterminés par la disposition d'une série de dents régulièrement espacées sur un disque ou une roue entraînés par l'arbre et par l'utilisation d'une paire de détecteurs qui détectent le passage des dents, les détecteurs étant séparés par une distance équivalente à un quart de l'écartement des dents. Les signaux fournis par les détecteurs sont alors traités de façon à fournir une indication sur le sens de rota- tion de l'arbre, et le signal fourni par un des détecteurs peut être utilisé pour fournir une indication sur la vitesse de rotation de l'arbre. Ce système exige toutefois deux détecteurs qui doivent être ajustés avec soin l'un par rapport à l'autre et par rapport au disque. L'objet de l'invention est de proposer un appareil destiné à fournir une indication sur la vitesse et le sens de rotation d'un - 2 - arbre rotatif, sous une forme simple. Conformément à l'invention, il est proposé à cet effet un appareil constitué par un disque adapté a être accouplé a un arbre de façon à tourner avec lui, une première et une seconde série d'éléments de repérage sur ce disque, les éléments de chaque série étant espacés de façon équiangulaire et disposés en alternance avec les éléments de l'autre série autour de l'axe de rotation du disque, les éléments d'une série étant espacés de façon irrégulière par rapport aux éléments adjacents de l'autre série; un dispositif de détection destiné à fournir des signaux électriques indiquant le passage des éléments devant le dispositif; et des moyens destinés à traiter ces signaux de façon à fournir une indication concernant la vitesse et le sens de rotation du disque. - L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins annexes, dans lesquels les figures représentent: Figure 1: une projection développée sur une échelle aggrandie d'un disque denté et d'un dispositif de détection; Figures 2 et 3: des courbes représentant le signal de sortie du dispositif de détection lorsque le disque tourne dans des sens opposés à partir de la position représentée en figure 1; Figures 4, 5 et 6: trois types de signaux impulsionnels qui peuvent apparaître à la sortie d'une étape de traitement du signal de sortie du dispositif de détection; et Figure 7: un schéma de circuit destiné au traitement des signaux représentés en figures 4,5 et 6. Il existe une application de l'appareil dans un système de transmission de véhicule o il est nécessaire de connaître à des fins de contrôle de la transmission, le sens de rotation de l'arbre de sortie de la partie de la transmission formant la boîte de vitesse, et aussi la vitesse de marche avant du véhicule. Le principal élément du dispositif de détection est constitué 3- par un disque qui est accouplé à l'arbre.de sortie de la boite de vitesse, et la figure 1 illustre une projection développée de la circonférence du disque. Le disque est pourvu de deux séries de dents. Les dents de la première série sont désignées par l'in- dice 11 et sont espacées de façon équiangulaire sur la circonfé- rence du disque. Les dents de la seconde série sont désignées par l'indice 12 et sont également disposées de façon équiangulaire sur la circonférence du disque. Les dents des deux séries sont disposées en alternance mais l'écartement entre une dent d'une série et la dent adjacente de l'autre série est irrégulier. De plus, les dents de la première série sont plus larges que les dents de la seconde série, et les largeurs des espacements plus petits et plus grands sont identiques aux largeurs des plus petites dents et des plus grandes dents. Il se trouve associé au disque un dispositif de détection 13 du type a courant de Foucault, qui fournit un signal électrique lorsque les bords des dents passent devant le dispositif. Sur la figure 1, le dispositif de détection est disposé face à un espace défini entre une paire de dents. De plus, la figure 1 comporte des flèches indiquant le sens de rotation du disque par rapport au dis- positif de détection, la flèche F indiquant le sens de rotation du disque et la flèche R le sens de rotation inverse. Lorsque le disque se déplace en marche avant depuis la position représentée en figure 1, le bord avant d'une des dents 11 va passer en premier devant le dispositif de détection, suivi par le bord arrière de la dent et ensuite par le bord avant de la dent suivante 12. Le signal de sortie du dispositif 13 va donc être tel que celui représenté en figure 2. Lorsque par ailleurs le disque tourne dans le sens inverse, alors le premier bord passant devant le dispositif de détection 12 va être le bord avant d'une dent 12 suivi par le bord arrière de la même dent et ensuite, par le bord avant de la dent 11 suivante. Le signal de sortie va être donc celui représenté en figure 3. La figure 2 montre que les bords ascendants du signal -4 - d'impulsion sont équidistants du fait que l'écartement entre les dents correspond à la largeur des dents. La figure 3 montre que l'intervalle entre les bords ascendants des impulsions est irré- gulier. Ce fait peut être utilisé pour déterminer le sens de rotation du disque. Afin de traiter les signaux obtenus à partir du dispositif de détection 13, les signaux sont d'abord transmis à un circuit bistable à décrire, qui change son état à la réception d'un signal ascendant du dispositif de détection. En conséquence, le signal de sortie du circuit bistable lorsque le disque tourne vers l'avant, est celui représenté en figure 4, et le rapport des signaux aux écartements est l'unité. Lorsque le disque tourne en sens inverse, on peut obtenir deux types de signaux, comme le montrent les figures et 6, suivant le bord ascendant qui a été reçu en premier par le circuit bistable. Le rapport des repères aux écartements du signal représenté en figure 5 est de 1/2 et le rapport des repères aux écartements du signal représenté en figurd 6 est de 2/1. Afin de fournir une indication fiable sur le sens de rotation, il est donc nécessaire de fournir des signaux & partir du circuit bistable & un circuit qui peut distinguer les signaux et fournir un signal ou des signaux de sortie appropriés. Le circuit est représenté en figure 7, le circuit illustrant aussi le circuit bistable qui reçoit les signaux fournis par le dispositif de détection. Se référant à la figure 7, le circuit comprend des lignes d'alimentation positive et négative 14, 15 permettant la connection & une source de courant continu, la tension d'alimentation étant dans cet exemple de 12 volts. L'entrée de circuit 16 est reliée au dispositif de détection et une résistance R1 est montée entre la ligne d'alimentation 14 et l'entrée du circuit. L'entrée du circuit est également reliée à la borne d'horloge d'un circuit bistable IC1 de type "D" dont l'entrée D est reliée à sa borne de sortie Q inver- sée. La borne d'alimentation du circuit bistable est connectée à la ligne d'alimentation 14. La borne de sortie Q non inversée du circuit bistable est reliée à travers une résistance R4, à un comparateur IC2 dont l'objectif est d'assurer l'obtention d'une impulsion de sortie de 12 volts. La sortie du comparateur IC2 est reliée à la ligne d'alimentation 14 à travers une résistance R5, et à une extrémité d'une résistance R6 dont l'extrémité opposée est reliée à une plaque d'un condensateur Cl, dont l'autre plaque est reliée à la ligne d'alimentation 15. Le condensateur C1 présente une valeur de capacité appréciable et le condensateur se charge à un niveau qui dépend de celle des formes d'onde représentées en figures 4, et 6, qui apparaît à la sortie du comparateur IC2. La forme d'onde représentée en figure 4, dans la mesure o elle a un rapport repère - écartement égal, va forcer la tension à travers le conden- sateur Cl à se monter environ à 6 volts.- La forme d'onde représentée en figure 5 va forcer la tension à travers le condensateur à se monter environ a 3 volts, et la forme d'onde représentée en figure 6 va forcer la tension à travers le condensateur à-se monter envi- ron à 9 volts. La partie restante du circuit représenté en figure 7 sert à distinguer les différentes tensions et aussi à fournir une indication sur le momento le disque est au repos. La tension apparaissant entre les bornes du condensateur est appliquée à deux comparateurs IC3 et IC4 dont les sorties de collec- teur communes sont reliées entre elles. Chaque comparateur est pourvu d'une source de tension de référence comprenant des chaînes de poten- tiométres ajustables respectivement, et la source de référence du comparateur IC4 est ajustée de façon que le signal de sortie du com- parateur IC4 soit d'un faible niveau lorsque la tension continue aux bornes du condensateur Cl est supérieure à environ 8 volts. La ten- sion de référence du comparateur IC3 est ajustée de façon que le signal de sortie soit d'un niveau faible lorsque la tension aux bornes du condensateur est inférieure à environ 4 volts. Ainsi, lors- que la tension dans le condensateur n'est pas comprise entre 4 et 8 volts, le signal de sortie combiné des deux comparateurs est faible. Lorsque le signal de sortie est élevé, un transistor TR1 est actionné -6 provoquant l'illumination d'une diode émettrice de lumière D1 indiquant que le disque tourne en marche avant. Lorsque le signal de sortie combiné des comparateurs IC3, IC4 est faible, cela signifie que le disque tourne en sens inverse, mais cela peut également indiquer que le disque est à l'arrêt. Il est donc nécessaire de déterminer si le disque est à l'arrêt et ceci est effectué par la partie restante du circuit représenté en figure 7. La borne d'entrée 16 est reliée à travers un condensateur C2 lequel, en commun avec une résistance R7, constitue un circuit différenciateur. Les jonctions du condensateur et de la résistance sont reliées à la base d'un transistor TR2 et une diode D2 est branchée entre la base et la ligne d'alimentation 15. En conséquence, le transistor ne va être branché qu'au cas o des pointes positives sont présentes à sa base. L'émetteur du transistor est relié à la ligne d'alimentation 15 et le collecteur est relié à la ligne d'alimentation 14 au moyen d'une paire de résistance R8, R9 montées en série, la jonction des résistances étant reliée à une plaque d'un condensateur C3, dont l'autre plaque est reliée à'la ligne d'alimen- tation 15. Lorsque le transistor TR2 est à l'état non conducteur, le condensateur C3 va être complètement chargé au moyen de la résis- tance R9, mais lorsque le transistor TR2 est conducteur, le conden- sateur va être partiellement déchargé. La tension aux bornes du condensateur C3 est détectée par un autre comparateur IC5 dont la tension de référence est appliquée au moyen d'un réseau approprié de potentiomètre. Le réseau de. potentiomètre est ajusté de façon que le signal de sortie du comparateur soit faible lorsque le condensateur C3 est complètement chargé, c'est-à-dire lorsque le disque n'est pas en rotation. Dans la pratique, le disque doit tourner à une vitesse dite de transition pour laquelle la tension aux bornes du condensa- teur C3 est suffisamment réduite avant que le signal de sortie du comparateur devienne élevé. Le comparateur IC5 est pourvu d'une réaction qui fournit une hystérésis. La sortie du comparateur IC5 est reliée,au moyen d'une résistance, & la ligne d'alimentation 14 et aux entrées d'une porte NON-ET IC6 -7 - dont le signal de sortie est utilisé pour contrôler la conduction d'un transistor TR3 lequel, lorsqu'il est conducteur, provoque l'illumination d'une diode D3 émettrice de lumière, indiquant que le disque est au repos. Pour obtenir un signal de rotation inverse la sortie combinée des comparateurs IC3 et IC4 est reliée aux bornes d'entrée d'une porte NON-ET IC7 dont la sortie est reliée à une entrée d'une autre porte NON-ET IC8. 'L'autre entrée de cette porte est reliée a la sortie du comparateur IC5 et le signal de sortie de la porte NON- ET IC8 va donc être faible lorsque le disque tourne en sens inverse. La sortie de la porte NON-ET IC8 est reliée aux bornes d'entrée d'une autre porte NON-ET IC9, cette dernière étant utilisée pour contrôler la conduction d'un transistor TR4 lequel, lorsqu'il est conducteur, provoque l'illumination d'une diode D4 émettrice de lumière, cette diode étant illuminée lorsque le disque tourne en sens inverse. Le circuit fournit une indication visuelle sur le fonctionnement du disque, à savoir que s'il effectue une rotation en marche avant, c'est indiqué par l'illumination de la diode Dl, que s'il est à l'arrêt c'est indiqué par l'illumination de la diode D3 et que s'il tourne en sens inverse, c'est indiqué par l'illumination de la diode 4. Alors que les diodes peuvent être prévues pour un contrôle visuel, le système de contrôle de transmission peut être pourvu de signaux appropriés. Le signal de sortie du comparateur IC2 est une forme d'onde d'un des trois types représentés en figures 4, 5 et 6. Les interval- les entre les bords à allure positive de chacune des formes d'onde sont les mêmes, comme c'est également le cas pour les bords à allure négative, et ne dépendent que de la vitesse de rotation du disque. Il n'est donc nécessaire pour cela que de mesurer l'intervalle de temps entre deux bords a allure positive adjacents, et ce peut être réalisé par utilisation des bords à allure positive pour débloquer - 8 - et démarrer un compteur 17 qui compte les impulsions produites par une horloge appropriée 18, la valeur du comptage étant envoyée dans une bascule appropriée 19 avant que la valeur de comptage soit débloquée. La valeur de comptage envoyée dans la bascule va correspondre à la vitesse moyenne du disque entre deux bords à allure positive. Au lieu d'utiliser le circuit représenté en figure 7, le train d'impulsions de sortie du détecteur peut être introduit dans l'entrée d'un microprocesseur, cette entrée étant capable de détecter les bords à allure positive aussi bien que les bords à allure négative. Lorsque le disque tourne dans le sens de la marche avant, les bords à allure positive des impulsions telles que représentées en figure 2 sont équidistants et en utilisant l'horloge du microprocesseur, il est possible de fournir un signal de vitesse. Lorsque le disque tourne-en sens inverse, les bords à allure positive sont espacés de façon irrégulière. Toutefois, si la rotation inverse du disque est détectée, il est possible de provoquer une réaction du microprocesseur aux bords a allure négative des impulsions qui sont équidistants. Dans la mémoire du microprocesseur se trouve un bit appellé INDICATEUR NEGATIF et lorsque ce bit est ajusté à "1" le processeur réagit aux bords à allure négative et lorsqu'il est débloqué a "0" il réagit aux bords à allure positive. Supposons qu'à partir d'une position de repos, l'arbre se met en rotation dans le sens inverse de façon que le train d'impulsions représenté en figure 3 soit fourni à l'entrée du processeur. L INDICATEUR NEGATIF" ne va pas être fixé, et ainsi le processeur réagit aux bords à allure positive 0, 2, 4, 6, etc. Si l'on utilise l'horloge, celui-ci va enregistrer les temps pour lesquels les bords mentionnés apparaissent et va calculer trois périodes comme suit: -9- Temps du bord 2 - Temps du bord O = Période Ancienne (OP) Temps du bord 4 - Temps du bord 2 = Période (P) Temps du bord 6 - Temps du bord 4 = Nouvelle Période (NP) Il vérifie ensuite si OP + NP Dans le cas de rotation inverse ceci n'est plus vrai, mais si le disque avait tourné en marche avant cela aurait été vrai, comme le montre la figure 2. Le processeur dans ce cas suppose que le disque tourne en sens inverse et i"'INDICATEUR NEGATIF" est fixé & "1". Toutefois, les périodes qui sont maintenant stockées correspondent à un sens de rotation erronné et donc un "INDICATEUR D'ATTENTE" est fixé dans la mémoire et les valeurs de Période et Période Ancienne sont fixées à une valeur maximum choi- sie arbitrairement, qui correspond à la vitesse la plus faible à laquelle la rotation du disque peut être détectée. Aussitôt que toutes les trois périodes ont été mises à jour avec les valeurs effectives l'"INDICATEUR D'ATTENTE" est enlevé et le calcul de la vitesse est effectué. Ceprocessus est réitéré chaque fois qu'un changement se produit dans le sens de rotation du disque. Afin de calculer la vitesse, la valeur de lal/Période est utilisée pour le sens de la marche avant et celle de la -1/Période est utilisée pour la rotation inverse. Lorsque le disque tourne à une vitesse constante, OP = NP et un contrôle du sens de rotation peut être effectué par comparaison de NP avec P. Pendant les périodes d'accélération et de décéléra- tion, on suppose que l'accélération et la décélération sont constantes pendant les trois périodes. Dans la pratique, une égalité précise entre les périodes n'est pas vraisemblable et comme il est difficile de décrire la fonction "environ égal à" dans un logiciel, en prati- que la "Période" est fixée de façon à se situer entre 0OP + NP) 1 et (OP + NP) 0 - 10 - REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à fournir une indication concernant la vitesse et le sens de rotation d'un arbre rotatif, appareil caractérisé en ce qu'il est constitué par un disque adapté à être accouplé à un arbre de façon à tourner avec lui, une première et une seconde série d'éléments de repérage sur-ce disque, les éléments de chaque série étant espacés de façon équiangulaire et disposés en alternance avec les éléments de l'autre série autour de l'axe de rotation du disque, les éléments d'une série étant espacés de façon irrégulière par rapport aux éléments adjacents de l'autre série; un dispositif de détection destiné à fournir des signaux électriques indiquant le passage des éléments devant le dispositif; et des moyens destinés à traiter ces signaux de façon à fournir une indication concernant la vitesse et le sens de rotation du disque. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de repérage se trouvent sous la forme de dents (11,12) et que le dispositif de détection produit des signaux ascendants et descendants lorsque les bords d'une dent passent devant le dispositif de détection. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dents (11) de la première série sont plus larges que les dents (12) de la deuxième série, que les écartements plus larges entre les dents ont la même largeur que les dents (11) de la première série et les écartements plus étroits entre les dents présentent la même largeur que les dents (12) de la seconde série. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit bistable monté de façon à recevoir le signal produit par le dispositif de détection et réagissant seulement aux variations alternées de signal, le signal de sortie du circuit bistable étant constitué par l'un des trois signaux impulsionnels 25.76419 - l1 - alternés, le premier -étant un signal impulsionnel ayant un rapport repère -espacement de 1/1 qui est obtenu lorsque l'arbre tourne dans un sens, et les deuxième et troisième signaux impulsionnels étant des signaux alternés qui peuvent être obtenus lorsque l'arbre tourne en sens inverse, les rapports repère -espacement étant de 2/1 et de 1/2 respectivement. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un premier condensateur qui est-chargé à une valeur déterminée par le rapport repère -espacement. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un second comparateur réagissant a la ten- sion entre les bornes du condensateur, ces comparateurs ayant des sorties connectées entre elles et reliées à un premier moyen indica- teur, les tensions de référence appliquées à ces comparateurs étant telles que le moyen indicateur est rendu opérationnel lorsque le rapport repère -espacement est pratiquement de 1/1. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième condensateur, un moyen pour charger ce deuxième condensateur, un transistor qui agit lorsqu'il est conducteur de façon à décharger ce deuxième condensateur, un circuit réagissant au signal de sortie du dispositif de détection et agissant de façon à commuter le transistor aux variations alternées du signal, un troisième comparateur réagissant à la tension entre les bornes du deuxième condensateur, des moyens de tension de référence destinés à fournir une tension de référence au deuxième comparateur tandis que le signal de sortie du deuxième comparateur va être faible lors- que l'arbre est au repos, et un deuxième moyen indicateur réagissant au signal de sortie du deuxième comparateur et rendu opérationnel lorsque l'arbre est au repos. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un troisième moyen indicateur, qui réagit au signal de sortie des premier et deuxième comparateurs et du troisième compara- - 12 - teur, et qui est rendu opérationnel lorsque l'.arbre tourne dans l'autre direction. 9. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un compteur réagissant aux changements alternés du signal à la sortie du circuit bistable, une horloge destinée à fournir des signaux impulsionnels au compteur et la bascule dans laquelle la valeur de comptage du compteur-est introduite avant que le compteur soit débloqué, la valeur de comptage indiquant la vitesse de rotation de l'arbre. 10. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un microprocesseur qui fonctionne de façon à fixer ini- tialement les temps entre les variations alternées du signal provenant du dispositif de détection de façon a déterminer si la plus récente période entre les changements alternés du signal est pratiquement égale à la moyenne des deux précédentes périodes et si c'est le cas, à calculer la vitesse de l'arbre à partir de la grandeur de la période et sinon, à déterminer la période entre les autres variations du signal et à calculer la vitesse à partir de cela.