Brevet FR2633889A1 — publié le 19900112

La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de mesure de l'angle de rotation de l'arbre de direction d'un véhicule automobile et, plus particulièrement, à un tel procédé et un tel dispositif conçus pour àtre mis en oeuvre à l'aide d'un capteur de position angulaire délivrant un signal représentatif de la position relative de l'arbre de direction sur un tour seulemeht. Dans certains véhicules automobiles modernes, un capteur de position angulaire délivre un signal représentatif de l'angle de rotation de l'arbre de direction, ou du volant, du véhicule, à un calculateur électronique formant partie d'un dispositif de commande d'une suspension adaptative, par exemple. L'angle de rotation de cet arbre permet en effet d'atteindre l'angle de direction des roues et, par là, l'accélération latérale du véhicule. La suspension du véhicule est corrigée en fonction du résultat du calcul de l'accélération latérale. On utilise couramment pour mesurer l'angle de rotation de l'arbre de direction un capteur potentiométrique couplé mécaniquement à cet arbre par un train d'engrenage assurant une démultiplication de la rotation de l'arbre. Ce train d'engrenage adapte la course angulaire totale de l'arbre de direction (longue de plusieurs tours) à celle du curseur du capteur potentiométrique (longue d'un tour seulement). La présence de ce train d'engrenage grève le coQt d'un tel capteur. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de mesure de l'angle de rotation de l'arbre de direction d'un véhicule automobile à l'aide d'un capteur potentiométrique qui n'exige pas d'être mécaniquement couplé à l'arbre de direction par un train d'engrenage, de manière à réduire le coût d'un dispositif de mesure conçu pour la mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel dispositif, de coût réduit, sans que cette réduction de coût n'affecte la précision des mesures opérées. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite, avec un procédé de mesure de l'angle de rotation de l'arbre de direction d'un véhicule automobile à l'aide d'un capteur de position angulaire délivrant un signal représentatif de la position relative de l'arbre sur un tour. Suivant ce procédé on mesure la vitesse WVV du véhicule, on compare VV à une vitesse VM prédéterminée et on remet A zéro un compteur de tours de l'arbre quand W est supérieur à VM, on détecte le sens du passage de l'arbre A une position correspondant & un extremum du signal délivré par le capteur, pour incrémenter ou décrémenter le compteur en fonction du sens détecté et on combine le nombre de tours enregistré dans le compteur avec le signal courant délivré par le capteur pour former un signal représentatif de l'angle de rotation de l'arbre de direction. On charge la valeur VM de la vitesse dans une mémoire et on actualise la valeur chargée dans la mémoire avec la valeur courante VV de la vitesse du véhicule quand VV est supérieure à VM. Suivant une première option, on compare les valeurs du signal fourni par le capteur au voisinage d'un extremum de ce signal, de part et d'autre de celui-ci, et on incrémente ou on décrémente le compteur suivant que cette comparaison fait apparaître une variation du signal dans un sens ou dans le sens opposé. Suivant une deuxième option, on mesure en grandeur et en signe les variations du signal délivré par le capteur et on incrémente ou décrémente le compteur quand on détecte une discontinuité signée de cette variation suivant que cette discontinuité signée est d'un signe ou du signe opposé. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention fournit un dispositif comprenant un capteur de position 26338E9 angulaire couplé en rotation à l'arbre de direction pour délivrer un signal représentatif de la position relative de cet arbre sur un tour. Il comprend en outre un capteur pour mesurer la vitesse W du véhicule, un compteur de tours de l'arbre, un comparateur pour comparer la vitesse du véhicule à une vitesse prédéterminée VM, des moyens de remise à zéro du compteur quand W est supérieure à VM, des moyens pour détecter le sens du passage de l'arbre de direction à une position angulaire correspondant à un extremum du signal délivré par le capteur, des moyens pour incrémenter ou décrémenter le compteur en fonction du sens détecté, et des moyens pour combiner le compte du compteur et le signal courant délivré par le capteur pour former un signal représentatif de l'angle de rotation de l'arbre de direction. Au dessin annexé, donné seulement à titre d'exemp- le: - la figure 1 est un schéma fonctionnel du dispositif de mesure suivant l'invention, - la figure 2 représente le graphe de la tension délivrée par un capteur potentiométrique formant partie du dispositif de la figure 1, et le-graphe d'une tension commandée par un interrupteur appartenant aussi à ce dispositif, en fonction de l'angle de rotation de l'arbre de direction, ou du volant, du véhicule et, - la figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation d'un capteur potentiométrique de position angulaire, adapté à la mise en oeuvre de l'invention. A la base de la présente invention, on trouve une observation concernant le comportement du conducteur et son action sur le volant du véhicule, en fonction de la vitesse de ce dernier. A l'arrêt ou à faible vitesse, de très grands angles de rotation du volant (supérieurs à un tour) peuvent être nécessaires, lors de manoeuvres de parking par exemple. Par contre, aux, vitesses élevées, les amplitudes des rotations appliquées au volant par le conducteur sont beaucoup plus faibles (inférieures à un tour), ne serait- ce que pour maintenir le véhicule sur la route. A partir d'une certaine vitesse on peut donc estimer que le volant du véhicule et l'arbre de direction occupent une position angulaire qui se situe dans le premier tour de cet arbre, à partir de la position correspondant à une progression en ligne droite du véhicule. Suivant l'invention, on tire parti de cette observation en comptant le nombre de tours réalisés par l'arbre de direction à partir d'un premier tour de référence repéré en tenant compte de la vitesse du véhicule, et en déduisant l'angle de rotation total de cet arbre, par addition à la rotation correspondant à ce nombre de tours, de la rotation relevée par un capteur potentiométrique délivrant un signal représentatif de la position relative de l'arbre de direction sur un tour seulement. Pour ce faire le procédé suivant l'invention développe une stratégie de détection de la présence de l'arbre de direction dans ce premier tour de référence, stratégie mise en oeuvre à l'aide du dispositif de la figure 1. A cette figure il apparaît que le dispositif suivant l'invention comprend un capteur potentiométrique 1 dont le curseur 2 glisse sur une résistance R connectée d'une part à la masse et d'autre part à une source de tension de référence Vref. Ainsi, en fonction de la position du curseur 2, la tension VS sur ce curseur varie-t-elle pratiquement linéairement entre O et Vref, cette variation se répétant à chaque tour du curseur, celui-ci étant monté A rotation de manière à être en contact électrique avec la résistance R constituée, par exemple, par une piste résistive sensiblement circulaire, telle que la piste R du capteur de la figure 3. La forme périodique du signal VS, en fonction de l'angle de rotation de l'arbre de direction (ou nombre de tours du volant) apparaît sur le graphe de la figure 2. On revient à la figure 1 o on comprend que le 26338E9 curseur 2 tourne avec l'arbre de direction dont on recherche l'angle de rotation. Une résistance R1 est montée entre la masse et le curseur, pour un but de l'on décrira plus loin. La tension VS sur le curseur 2 alimente un convertisseur analogique-numérique 3 formant partie d'un calculateur électronique numérique 4. La sortie du convertisseur 3 est connectée d'une part à une entrée d'un comparateur 5 et, d'autre part, à une mémoire vive 6 qui conserve une valeur courante échantilllonnée VSM du signal VS, tension sur le curseur du capteur 1. Parallèlement, un capteur 7 de vitesse, de tout type connu, fournit au calculateur 4 un signal WVV représentatif de la vitesse du véhicule, signal lui-même numérisé dans un convertisseur analogique-numérique 8. Ce signal numérisé et échantillonné est délivré d'une part à un comparateur 9 et, d'autre part, à une mémoire vive 10 dont la sortie alimente l'autre entrée du comparateur 9. La sortie du comparateur 9 alimente d'une part une entrée de commande d'écriture R/W de la mémoire 10 et, d'autre part, une entrée de remise à zéro RAZ d'un compteur-décompteur il 11. Comme on le verra plus loin, le compteur-décompteur 11 sert à compter les tours de l'arbre de direction, dans un sens ou dans, l'autre. A tout instant on peut ainsi connaître l'angle de rotation de l'arbre de direction en connaissant d'une part la position angulaire de cet arbre sur un tour, grâce au signal VS, et le compte enregistré dans le compteur 11. - Le procédé de mesure de l'angle de rotation de l'arbre de direction suivant l'invention exige d'une part un repérage du tour dans lequel se trouve l'arbre de direction du véhicule quand celui-ci progresse en ligne droite et une remise à zéro du compteur de tours 11 quand ce tour "de référence" est détecté et, d'autre part, un comptage/décomptage du nombre de tours du volant à partir de ce tour de référence. Pour le repérage du tour "de référence" le procédé suivant l'invention met en oeuvre la stratégie suivante. Après la mise en service du calculateur 4 (qui coincide avec la mise en route du véhicule), le calculateur initialise à zéro le compteur 11 et la mémoire 10. Le capteur 7 commence à fournir des informations de vitesse, échantillonnées par le traitement en calculateur numérique de ces informations. A chaque nouvel échantillon de la vitesse VV du véhicule on compare cet échantillon au contenu VM de la mémoire 10, dans le comparateur 9. Si W est supérieur à VM, la sortie du comparateur commande l'entrée RAZ du compteur 11 pour remettre ce dernier à zéro. Simultanément VV est chargé dans la mémoire pour actualiser VM. Si W est inférieur à VM, la sortie du comparateur est sans effet ni sur l'entrée RAZ du compteur 11, ni sur la mémoire 10. On comprend que, de cette manière, la corrélation existant entre la vitesse du véhicule et la position de l'arbre de direction permet au calculateur de repérer très vite le tour "de référence" correspondant à une progression en ligne droite du véhicule. Une fois le démarrage de ce dernier réalisé, sa vitesse croit normalement en entrainant les remises à zéro du compteur 11-décrites ci-dessus. On estime que, dès que la vitesse du véhicule atteint 60 kmh, l'arbre de direction se trouve forcément dans son premier tour, le compteur 11 étant alors dûment initialisé par la procédure décrite ci- dessus, caractéristique du procédé suivant l'invention. On remarque que si la vitsse W du véhicule venait à redescendre après cette procédure d'initialisation du compteur 11, la comparaison de VV à la valeur VM, supérieure, antérieurement mise en mémoire 10, n'entraînerait aucune action de la sortie du comparateur sur l'entrée RAZ du compteur. Le compteur 11 étant ainsi initialisé, il convient de procéder au comptage des tours de l'arbre de direction. Suivant un premier mode de réalisation de 26338?9 l'invention, le comptage s'opère à l'aide d'informations tirées du signalde tension VS prélevé sur le curseur du capteur potentiométrique 1, et traitées dans la chaîne (3, , 6) pendant un intervalle de temps déterminé par la fermeture d'un interrupteur 13 à contact-travail commandé par une came 14 solidaire en rotation du curseur 2. On se réfère à l'ensemble des figures 1 à 3 pour décrire cette phase du procédé suivant l'invention. Le capteur potentiométrique 1 est représenté en plus de détail à la figure 3, de même que sa liaison fonctionnelle à l'interrupteur 13. Sur cette figure il apparaît que le curseur 2 est solidaire en rotation d'un arbre de direction 15 sur lequel est monté le volant du véhicule. Une came 16 est formée sur l'arbre 15, à 180' de la position du curseur 2, cette came coopérant avec un contact mobile 17 pour fermer l'interrupteur 13 quand le curseur 2 tombe dans le "trou" de la résistance R, constituée par une piste résistive circulaire se développant sur 350', par exemple. La came 16 s'étend tangentiellement à l'arbre 15 sur une longueur telle que l'interrupteur 13 se ferme juste avant que le curseur n'atteigne l'extrémité gauche (du point de vue de la figure) de la piste résistive R, la réouverture de l'interrupteur n'intervenant qu'après que le curseur (tournant par hypothèse dans le sens contraire de celui des aiguilles d'une montre) ait atteint l'extrémité "droite" de cette piste. Bien entendu on observe une situation semblable quand le curseur tourne avec l'arbre de direction dans le sens des aiguilles d'une montre. L'interrupteur 13 est connecté d'une part à la masse et d'autre part à la source de tension Vref, à travers une résistance R2. Ainsi la tension V18 au point commun entre l'interrupteur 13 et la résistance R2 passe-t-elle de la valeur zéro à la valeur Vref quand l'interrupteur 13 s'ouvre (voir figure 2B). Ce point commun est connecté par une ligne 18 à une entrée de validation E du compteur 11 26338e9 pour activer l'incrémentation ou la décrémentation de celui-ci quand l'interrupteur 13 se ferme. On explique plus loin le rôle de cette disposition. On a représenté à la figure 2A, le. graphe de la tension VS sur la résistance R, à la sortie du capteur 1, en fonction de l'angle de rotation de l'arbre de direction, exprimé en nombre de tours et mesuré à partir d'une position de référence correspondant à celle du contact mobile 17 de l'interrupteur 13. La tension prend la forme de dents de scie identiques, séparées par des "trous" qui correspondent au passage du curseur dans l'espace qui sépare les deux extrémités de la piste résistive Rl. On voit à 1l figure 3 que l'extrémité "gauche" de la piste est connectée à la source de tension de référence Vref alors que l'extrémité "droite" est à la masse. Ainsi l'amplitude des dents de scie est-elle égale à Vref. Il est clair que lorsque le curseur 2 passe, dans un sens ou dans l'autre, d'une extrémité de la piste à l'autre, le signal VS passe de la valeur Vref à zéro ou inversement, soit d'une de ses extrema à 'l'autre. Suivant l'invention, on détecte que l'angle de rotation de l'arbre de direction augmente, ou diminue, d'un tour, en observant le sens de variation du signal VS au moment du passage du curseur 2 d'une extrémité de la piste à l'autre. VS passe alors de zéro à Vref ou de Vref à zéro, suivant le sens de rotation du curseur. On en déduit une information d'incrémentation ou de décrémentation du compteur 11, celui-ci étant alors activé par la mise à la masse de son entrée E, due à la fermeture de l'interrupteur 13. Ainsi, quand l'interrupteur 13 est ouvert, le compte du compteur 11 n'est pas modifié, sauf réinitialisation de ce compte à zéro si la vitesse du véhicule VVW dépasse la valeur VM mise en mémoire 10. Quand l'interrupteur passe de l'état ouvert à l'état fermé, le dernier échantillon, antérieur à la fermeture, 26338E9 de la valeur numérisée de VS est mis en mémoire 6. L'échantillon VSM mémorisé est comparé à l'échantillon VS immédiatement postérieur à la réouverture de l'interrupteur. Si VS > VSM, la sortie du comparateur 5, connectée à une entrée I,D d'tincrémentation ou de décrémentation du compteur 11, décrémente le compte de ce compteur d'une unité. Si VS le compte du compteur 11 d'une unité. Bien entendu, quand l'interrupteur reste fermé, entre sa position de fermeture et sa position de réouverture, des moyens sont prévus pour inhiber le comparateur 5. Ainsi, grâce au procédé et au dispositif suivant l'invention, le compteur 11, correctement initialisé, conserve une valeur actualisée du nombre de tours effectué par l'arbre de direction pour atteindre sa position courante. On atteint l'angle de rotation correspondant en combinant ce nombre de tours à la position angulaire de l'arbre telle qu'elle peut être déduite, sur un tour, de la valeur du signal VS. On déduit de l'angle de rotation ainsi calculé, l'angle de direction des roues directrices du véhicule par rapport a la trajectoire de celui-ci. Cette information, combinée notamment à la connaissance de la vitesse du véhicule, permet de calculer l'accélération latérale du véhicule, paramètre de commande essentiel dans les dispositifs de suspension adaptative. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au procédé et au dispositif décrits et représentés, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. On peut en effet compter les tours de l'arbre de direction autrement que par l'utilisation du capteur 2 et de l'interrupteur 13 et de l'électronique associée, que l'on vient de décrire. Suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention, on tire une information relative au passage du wtrouw de la résistance R, d'un seul traitement électronique du signal VS. En effet on peut choisir une période d'échantillonnage constante de la valeur VS du signal délivré par le capteur, suffisamment courte (de l'ordre de 10 ms par exemple) pour que le calculateur puisse déduire des échantillons la vitesse de rotation de l'arbre de direction, et donc du volant. On détecte le passage du "trou" de la résistance R1 en comparant les variations de cette vitesse à un domaine de variations borné par des bornes physiques dues aux inerties mise en jeu et aux efforts développés par le conducteur du véhicule sur le volant, qui présentent aussi des limites. Une variation brutale de la vitesse qui fait sortir cette vitesse du domaine précité est significative du passage du curseur au-dessus du trou. Le signe de la variation donne le sens du passage. On remarquera que, dans ce mode de réalisation de l'invention, la présence de la résistance Rl entre la masse et le curseur 2 est indispensable pour forcer la tension VS à 0 volt quand le curseur 2 n'est plus en contact avec la piste résistive du capteur de la figure 3. On provoque ainsi une variation brusque de cette tension, qui se distingue nettement de celles résultant des manoeuvres du volant du fait des inerties qui affectent celles-ci. Comme annoncé en préambule, la présente invention permet d'utiliser un capteur potentiométrique directement couplé à l'arbre de direction et au volant, ce qui permet d'économiser le prix du train d'engrenage démultiplicateur couramment interposé entre l'arbre et le curseur du capteur. Une autre économie est rendue possible par l'invention. En effet, à résolution égale, le convertisseur analogique-numérique 3 utilisé pour numériser le signal VS représentatif de la position de l'arbre de direction, sur un tour seulement, pourra 63-3 8 9 il présenter un domaine de conversion moins large (caractérisé par le nombre de bits nécessaires) qu'un convertisseur qui aurait à fonctionner sur toute l'étendue de l'angle de rotation maximum de l'arbre de direction (environ 4 tours, par exemple). 263388E REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de l'angle de rotation de l'arbre de direction d'un véhicule automobile à l'aide d'un capteur de position angulaire délivrant un signal représentatif de la position relative de l'arbre sur un tour, caractérisé en ce qu'on mesure la vitesse WVV du véhicule, on compare la vitesse W à une vitesse VM prédéterminée et on remet à zéro un compteur de tours de l'arbre quand WVV est supérieur à VM, ou détecte le sens du passage de l'arbre à une position correspondant à un extremum du signal délivré par le capteur, pour incrémenter ou décrémenter le compteur en fonction du sens détecté et on combine le nombre de tours enregistré dans le compteur avec le signal courant délivré par le capteur pour former un signal représentatif de l'angle de rotation absolu de l'arbre de direction. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on charge la vitesse VM dans une mémoire et en ce qu'on actualise la valeur chargée dans la mémoire avec la valeur WVV quand WVV est supérieure à VM. 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on compare les valeurs du signal délivré par le capteur au voisinage de.l'extremum de ce signal, de part et d'autre de celui-ci et on incrémente ou on décrémente le compteur suivant que cette comparaison fait apparaître une variation du signal dans un sens ou dans le sens opposé. 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on mesure en grandeur et en signe les variations du signal fourni par le capteur et on incrémente ou décrémente le compteur quand on détecte une discontinuité signée de cette variation suivant que cette discontinuité signée est d'un signe ou du signe opposé. 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on initialise le compteur à zéro et la vitesse VM à zéro, au démarrage du processus de mesure. 6. Dispositif- pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, comprenant un capteur de position angulaire (1) couplé en rotation.à l'arbre de direction (15) pour délivrer un signal (VS) représentatif de la position relative de cet arbre sur un tour, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (7) pour mesurer la vitesse (VV) du véhicule, un compteur (11) de tours de l'arbre, un comparateur (9) pour comparer la vitesse (W) du véhicule à une vitesse prédéterminée (VM) , des moyens de remise à zéro du compteur quand WVV est supérieure à VM, des moyens pour détecter le passage et le sens de rotation de l'arbre de direction à une position angulaire correspondant à un extremum du signal délivré par le capteur, des moyens pour incrémenter ou décrémenter le compteur en fonction du sens détecté, et des moyens pour combiner le compte du compteur et le signal (VS) délivré par le capteur pour former un signal représentatif de l'angle de rotation de l'arbre de direction. 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire (10) contenant la valeur VM, cette mémoire étant commandée par la sortie du comparateur (9) et alimentée par un convertisseur analogique-numérique (8) qui délivre une valeur numérisée de la vitesse du véhicule W mesurée par le capteur (7), le comparateur (9) commandant l'actualisation de la valeur VM mise en mémoire (10) à l'aide de la valeur courante W de la vitesse quand WVV est supérieure à VM. 8. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens pour détecter le passage et le sens de rotation de l'arbre de direction à une position angulaire correspondant à un extremum du signal délivré par le capteur (1) comprennent une mémoire (6) pour recevoir des échantillons successifs du signal (VS) délivré par le capteur, un comparateur (5) pour comparer le dernier échantillon (VSM) du signal (VS) mis en mémoire (6) avant que le signal n'atteigne un extremum, avec le premier échantillon mis en mémoire (10) après le passage du signal à cet extremum, la sortie du comparateur commandant l'incrêmentation, ou la décrémentation, du compteur (11) en fonction du résultat de la comparaison. 9. Dispositif conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que le capteur (1) est un capteur potentiométrique à curseur (2) glissant sur une piste résistive (R) circulaire ouverte présentant deux extrémités en regard correspondant à deux extrema du signal (VS), une came (16) tournant avec le curseur (2) et l'arbre (15) pour fermer un interrupteur (13) quand le curseur se trouve entre les deux extrémités de la piste résistive du capteur (1), la fermeture de cet interrupteur engendrant un signal d'activation des moyens pour détecter le sens de rotation de l'arbre (15) quand le curseur du capteur (1) passe sur les extrémités de la piste (R). 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que la came est dimensionnée de manière à activer lesdits moyens de détection pendant un intervalle de temps qui s'étend d'un instant qui précède le passage du curseur sur une première extrémité de la piste (R) à un instant qui suit immédiatement le passage du curseur sur l'autre extrémité de la piste (R). 11. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur (1) est un capteur potentiométrique à curseur (2) glissant sur une piste résistive (R) circulaire ouverte présentant deux extrémités en regard correspondant à deux extrema du signal (VS), les moyens pour détecter le passage et le sens de rotation de l'arbre de direction à une position correspondant à un extremum du signal délivré par le capteur (1) comprenant des moyens pour tirer d'échantillons successifs du signal VS une mesure des variations de la vitesse de rotation de l'arbre de direction, et des moyens pour déduire le moment du passage et le sens de rotation de l'arbre d'une brusque variation de cette vitesse, d'amplitude supérieure à une valeur prédéterminée, et du signe de cette variation, respectivement.