Brevet FR2681136A1 — publié le 19930312

PROCEDE ET CIRCUIT DE CONTROLE DU NIVEAU D'UN LIOUIDE DANS UN CARTER La présente invention concerne tout d'abord un procédé de contrôle du niveau d'un liquide dans un carter, ou réservoir, dans lequel on immerge un élément métallique résistif, ou sonde, dans le liquide, dans une position déterminée dans le carter, et on alimente l'élément en courant constant, pendant une durée déterminée très courte, ce qui, depuis l'établissement de ce courant, fait évoluer dans le temps la tension aux bornes de l'élément résistif entre une tension VApC et une tension finale Vf, pour déterminer, après étalonnage, la position relative de l'élément et de la surface du liquide et donc contrôler le niveau de liquide dans le carter. Un tel procédé est notamment utilisé pour contrôler le niveau d'huile dans un moteur de véhicule, tout de suite après avoir mis le contact, à l'instant tApC (après contact), mais avant de mettre en marche le moteur, le contrôle du niveau d'huile, moteur en marche, s'effectuant par contrôle de pression. Après établissement du courant dans l'élément métallique résistif, de préférence à coefficient de température élevé, sa température varie et, avec elle, la tension à ses bornes. La résistance globale de la sonde dépend naturellement du rapport entre les longueurs de la partie de la sonde qui est immergée, refroidie par le liquide, et de la partie émergée, moins refroidie que l'autre. Cette résistance globale dépend donc du niveau du liquide, c'est-à-dire de la position relative de la sonde et de la surface du liquide. Pour s'affranchir de la température ambiante, il est proposé, dans FR-A-2367276, de comparer la tension finale Vf et la tension VApc. Pour cela, et au plan du principe, après avoir activé un générateur de courant et chargé, sous la tension qui évolue aux bornes de la sonde, un condensateur monté en parallèle sur la sonde et relié à l'entrée négative d'un amplificateur opérationnel monté en soustracteur, dont l'entrée positive est reliée à la sonde, on isole, à l'instant tAPC, le condensateur alors chargé sous la tension VApC de la sonde puis, à l'instant tf, on mesure la différence entre les tensions Vf et VApC aux bornes de la sonde aux instants tf et TALC, proportionnelle au niveau du liquide dans le cafter, à l'aide du convertisseur analogique - numérique d'un microcontrôleur, relié à la sortie de l'amplificateur soustracteur, puis on arrête le générateur. La qualité de la mesure et donc du contrôle dépend beaucoup des performances du condensateur. Or la capacité d'un condensateur dérive en température et dans le temps. La demanderesse a donc cherché à ne plus fonder la mesure sur la charge d'un condensateur et c'est ainsi qu'elle propose son invention. La présente invention concerne tout d'abord un procédé de contrôle du niveau d'un liquide dans un carter, du type mentionné ci-dessus, dans lequel après avoir activé un générateur de courant en série avec l'élément, on saisit la tension VApC aux bornes de l'élément pour s'affranchir de la température ambiante, le procédé étant caractérisé par le fait qu'on mesure directement par un convertisseur analogique - numérique d'un microcontrôleur la tension VApC à l'entrée positive et à la sortie d'un soustracteur puis on la réinjecteçà l'entrée négative du soustracteur par une sortie PWM du microcontrôleur, commandée par le convertisseur, avant de mesurer la différence Vf - VApC en sortie du soustracteur. Dans le procédé de l'invention, on ne mémorise plus la tension VApC par un condensateur. Grossièrement, on peut dire qu'on y a substitué un compteur PWM (pulse width modulation - modulation par largeur a'impulsion) d'une bien meilleure précision et d'une stabilité parfaite. Grâce à cela, en cas de contrôle de niveau d'huile à bord d'un véhicule automobile, dès la mise du contact par le conducteur, le niveau peut être affiché et le rester aussi longtemps que le moteur n'est pas mis en marche. Dans la mise en oeuvre préférée du procédé de l'invention, on amplifie le signal de sortie du soustracteur quand on réinjecte la tension VApC à l'entrée négative du soustracteur. Avantageusement, on commande le générateur de courant en tension, de préférence à partir d'une autre sortie PWM du microcontrôleur. Cette disposition offre l'avantage, donc, de pouvoir procéder à un calibrage en usine, évitant les fastidieux réglages manuels des procédés de l'art antérieur remplacés par une simple mise en mémoire de la valeur PWM correspondant à la valeur de courant requise. Pour s'affranchir d'une éventuelle dérive du courant d'excitation de la sonde, qui serait provoquée par une dérive des caractéristiques des composants des moyens de mise en oeuvre du procédé, on peut quand même vouloir, avant chaque contrôle, recalibrer le courant en commutant le générateur sur une résistance fixe de précision et en réajustant la sortie PWM de commande du générateur. La présente invention concerne également un circuit pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle de l'invention, comprenant un élément métallique résistif relié, d'une part, à un générateur de courant et, d'autre part, à l'entrée positive d'un soustracteur dont la sortie est reliée à un microcontrôleur comportant un convertisseur analogique - numérique et au moins une sortie PWM, circuit caractérisé par le fait que la sortie du soustracteur est reliée au convertisseur et l'entrée négative du soustracteur est reliée à ladite sortie PWM. De préférence, le soustracteur est relié au microcontrôleur par un amplificateur à gain multiple. De préférence encore, le générateur de courant est relié à une deuxième sortie PWM du microcontrôleur. Avantageusement, le générateur de courant est relié à l'élément résistif par un commutateur relié aussi à une résistance de recalibrage de courant. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante du procédé de contrôle de l'invention et du circuit de sa mise en oeuvre, en référence à la figure unique ci-annexée qui représente le schéma de ce circuit. Le circuit qui va maintenant être décrit, en l'occurrence pour le contrôle de niveau d'huile à bord d'un véhicule automobile, comporte, outre une sonde 1, constituée d'un élément métallique résistif ici à coefficient de température élevé, et un générateur de courant 2, en série avec la sonde 1, un circuit de traitement 3 monté aux bornes de la sonde 1. En réalité, le générateur 2 est relié à la sonde 1 par un commutateur 4, par sa borne commune qui peut être reliée soit à la sonde 1 soit à une résistance de recalibrage 5. Le circuit 3 comporte un amplificateur - soustracteur 6, un amplificateur opérationnel 7 à gain multiple, un microcontrôleur 8, un dispositif 9 de protection d'un convertisseur, dont il sera question ci-après, du microcontrôleur et deux filtres passe-bas 10,11. La borne commune du commutateur 4 est reliée à l'entrée positive du soustracteur 6, dont l'entrée négative est reliée au filtre 11. La sortie du soustracteur 6 est reliée à l'entrée de l'amplificateur 7, dont la sortie est reliée au dispositif de protection 9. La sortie du filtre 10 est reliée au générateur 2. Le microcontrôleur 8 comporte une entrée 12 vers un convertisseur analogique - numérique intégré 13, deux sorties 14, 15 d'un compteur PWM 16 commandé par le convertisseur 13 et trois sorties 17, 18, 19 de commande respectivement du générateur 2, du commutateur 4 et de l'amplificateur 7. Les deux sorties PWM 14, 15 sont respectivement reliées aux entrés des filtres 10, 11. La sortie du dispositif de protection 9 est reliée à l'entrée 12 du microcontrôleur. La sonde 1 est excitée par le générateur 2 fournissant ici un courant de 200 mA. Le convertisseur 13 du microcontrôleur est ici un convertisseur 8 bits. Les sorties PWM 14, 15 du microcontrôleur délivrent ici, entre 0 et 5 V, un signal carré de durée t et de période T fixe de 43,4 Fs (23 kHz), avec un rapport t 1 cyclique - pouvant varier de à 1, selon 4 096 pas T 4 096 donc avec une précision de 12 bits. Les filtres passe-bas 10, 11, ici de 250 Hz et du deuxième ordre, ont une tension de sortie moyenne qui est égale à la valeur moyenne de leur signal PWM d'entrée, soit, en volts p 5 4096 p étant le nombre de pas du rapport cyclique du signal PWM considéré. A un pas (p = 1) correspond une tension de sortie de 1,22 mV. Le principe du contrôle de niveau d'huile est le suivant. Par la sortie 17 du microcontrôleur 8, le générateur 2 est activé. A l'instant TALC, ici 2 ms après la mise du contact, le microcontrôleur, par l'entrée 12, lit directement la tension VApC aux bornes de la sonde 1, dont la valeur est ensuite convertie par le convertisseur 13. A cet instant TALC, le potentiel de l'entrée négative du soustracteur 6 est toujours nul, la sortie 15 du microcontrôleur n'ayant pas encore été activée, et le gain de l'amplificateur 7 égal à 1. Dès que la valeur de VApC a été lue et convertie, elle est réinjectée à l'entrée négative du soustracteur 6 par la sortie 15 du microcontrôleur et le filtre 11 et le gain de l'amplificateur 7 est multiplié, ici par neuf, par la sortie 19 du microcontrôleur.La multiplication du gain de l'amplificateur 7 vise à obtenir une mesure d'une précision maximale par utilisation de la pleine échelle du convertisseur 13 du microcontrôleur. A l'instant tf, ici 1,75 s après la mise du contact, le potentiel de l'entrée positive du soustracteur 6 est Vf, celui de l'entrée négative étant resté VApC, et la différence (Vf-VApC) en sortie du soustracteur 6 est mesurée par l'entrée 12. Le générateur de courant 2 est ensuite arrêté et le circuit 3 retourne dans son état initial. Le générateur de courant 2 doit délivrer à la sonde 1 un courant constant Ic, de 200 mA, ici à plus ou moins 1 mA près (0,5 %). Pour cela, le générateur est commandé en tension, soit la tension Vc en sortie du filtre 10. Par construction, on a ici 1c = 5 062 10 5 Vc La tension Vc est générée par la sortie 14 du microcontrôleur 8 et elle est égale à la valeur haute de 5 V du signal carré PWM multipliée par le rapport entre le nombre p de pas PWM de 1,22 mV et le nombre maximal 4 096 de pas PWM, soit, en volts, p Vc =5x 4 096 p c = 5 062 x 10 5 x x 5 x 4 096 Ic = 61,79 x 10 6p A un pas (p = 1) correspond donc un courant de 61,79 FA, bien inférieur à 1 mA. Le courant 1c est ajusté avec précision en usine par la sortie 14, le générateur 2 étant relié à la résistance de précision 5 par le commutateur 4. Le nombre de pas PWM correspondant à cette valeur de courant est mémorisé dans une mémoire non volatile du tableau de bord du véhicule Dans une gamme de températures variant de -30 degrés C à +80 degrés C, le courant 1c peut dériver en raison de la dérive des caractéristiques des différents composants actifs et passifs du circuit 3. Pour cette raison, on peut, avant chaque mesure de niveau d'huile, commuter le générateur 2 sur la résistance 5, ici de 15 Q , et réajuster le nombre de pas PWM de la sortie 14, autour du nombre nominal, pour que la tension sur l'entrée 12 du microcontrôleur, avec un gain de l'amplificateur 7 égal à 1, soit de 3 V. Après le recalibrage du courant du générateur 2, on commute le générateur 2 à nouveau sur la sonde 1. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle du niveau d'un liquide dans un carter, dans lequel on immerge un élément métallique résistif (1) dans le liquide, dans une position déterminée dans le carter, et on alimente l'élément en courant constant, pendant une durée déterminée très courte, ce qui, depuis l'établissement de ce courant, fait évoluer dans le temps la tension aux bornes de l'élément résistif entre une tension VApC et une tension finale Vf, pour déterminer, après étalonnage, la position relative de l'élément et de la surface du liquide et donc contrôler le niveau de liquide dans le carter, dans lequel, après avoir activé un générateur de courant (2) en série avec l'élément (1), on saisit la tension VApC aux bornes de l'élément (1) pour s'affranchir de la température ambiante, le procédé étant caractérisé par le fait qu'on mesure directement par un convertisseur analogique - numérique (13) d'un microcontrôleur (8) la tension VApC à l'entrée positive et à la sortie d'un soustracteur (6) puis on la réinjecte à l'entrée négative du soustracteur (6) par une sortie PWM (15) du microcontrôleur (8), commandée par le convertisseur (13), avant de mesurer la différence Vf-VApC en sortie du soustracteur (6). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on amplifie (7) le signal de sortie du soustracteur (6) quand on réinjecte la tension VApC à l'entrée négative du soustracteur (6). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on commande en tension le générateur de courant (2). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le générateur de courant (2) est commandé à partir d'une autre sortie PWM (14) du microcontrôleur (8). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel, avant chaque contrôle, on recalibre le courant en commutant (4) le générateur (2) sous une résistance fixe de précision (5) et en réajustant ladite autre sortie PWM (14) de commande du générateur (2). 6. Circuit de contrôle pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, comprenant un élément métallique résistif (1) relié, d'une part, à un générateur de courant (2) et, d'autre part, à l'entrée positive d'un soustracteur (6) dont la sortie est reliée à un microcontrôleur (8) comportant un convertisseur analogique - numérique (13) et au moins une sortie PWM (15), circuit caractérisé par le fait que la sortie du soustracteur (6) est reliée au convertisseur (13) et l'entrée négative du soustracteur (6) est reliée à ladite sortie PWM (15). 7. Circuit selon la revendication 6, dans lequel le soustracteur (6) est relié au microcontrôleur (8) par un amplificateur (7) à gain multiple. 8. Circuit selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel le générateur de courant (2) est relié à une deuxième sortie PWM (14) du microcontrôleur (8). 9. Circuit selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel le générateur de courant (2) est relié à l'élément resistif (1) par un commutateur (4) relié aussi à une résistance (5) de recalibrage de courant.