Brevet FR2676820A1 — publié le 19921127

La présente invention est relative de manière générale à un procédé et à un appareil pour mesurer l'inductance d'une bobine d'inductance variable, ci-après appelée "inductance variable" La présente invention a été développé en relation avec la réalisation d'un capteur de position, ou de hauteur, inductif utilisant une inductance variable L'inductance représente la hauteur ou la position à capter Après traitement dans une électronique convenable, la mesure de cette inductance est utilisée pour fournir un signal représentatif de la position ou de la hauteur captée. La hauteur ou position à capter peut être par exemple la hauteur d'une partie de la caisse ou du châssis d'un véhicule par rapport à la suspension dudit véhicule ou à une partie de cette suspension, de manière à fournir un signal représentant la hauteur de caisse, telle qu'elle est déterminée par la charge du véhicule La commande d'un système de freinage d'un véhicule, par exemple d'un système de freinage anti-bloquant peut exiger la disposition d'un signal représentant la charge du véhicule telle que repérée par la hauteur de caisse dudit véhicule Un tel signal peut aussi être nécessaire dans le cas d'un véhicule équipé d'une suspension pneumatique ou à assistance pneumatique, pour contrôler l'alimentation en air de la suspension ou la détente de l'air admis de manière à compenser des variations dans la charge du véhicule pour établir une hauteur de caisse prédéterminée, indépendante de la charge de ce véhicule Un autre exemple de véhicule dans lequel il est nécessaire de disposer d'un30 signal représentant la hauteur de la suspension o la position d'organes de la suspension mobiles relativement les uns par rapport aux autres, est un véhicule équipé d'une suspension active, ledit signal servant de signal d'entrée à des moyens de commande de la suspension. On a proposé diverses méthodes pour mesurer l'inductance d'une inductance variable dans de telles circonstances Le document EP-A- 0126846 décrit des agencements dans lesquels on applique une tension constante à l'inductance et on mesure le temps 'écoulant entre l'instant d'application de cette tension et l'instant o le courant qui en résulte dans l'inductance atteint un niveau prédéterminé Le temps ainsi mesuré représente l'inductance de l'inductance variable Le document EP-A-0126846 fait également référence au document DE-A-2046336 dans lequel l'inductance variable fait partie d'un circuit oscillateur actif dont la fréquence dépend de la valeur de l'inductance On évalue les variations de cette fréquence et on les convertit en des signaux de déplacements correspondants Un tel agencement présente l'inconvénient de comprendre dans l'oscillateur des composants qui ont des caractéristiques variant avec la température de telle manière que si celle-ci varie largement, les valeurs mesurées deviennent imprécises. Il est nécessaire alors d'appliquer des corrections pour compenser des non-linéarités dans la relation liant la fréquence et l'inductance. La présente invention a pour but de surmonter ou d'atténuer ces inconvénients. On atteint ce but de l'invention avec un procédé pour mesurer l'inductance d'une bobine d'inductance variable, suivant lequel on charge une capacité jusqu'à une tension prédéterminée, on connecte la bobine d'inductance variable à la capacité suivant un circuit oscillateur passif parallèle, et on mesure la fréquence de résonance amortie du circuit pour obtenir la valeur de l'inductance. De préférence, on mesure la fréquence de résonance amortie du circuit par la mesure du temps de décroissance de la tension aux bornes de la capacité, depuis la tension prédéterminée jusqu'à un autre niveau de tension qui est de préférence égal ou sensiblement égal à zéro Une telle mesure de temps peut être réalisée par un dispositif de commande couramment appelé "microcontrôleur", qui fournit un signal commandant la mise en circuit de l'inductance dans le circuit oscillateur avec la capacité et qui reçoit un signal d'un comparateur qui détecte l'instant o la tension sur la capacité est retombée à zéro. L'invention fournit aussi un appareil pour mesurer l'inductance d'une bobine d'inductance variable, comprenant une capacité, des moyens pour charger la capacité jusqu'à une tension prédéterminée, des moyens de commutation pour commander la connection de l'inductance variable à la capacité de manière à constituer un circuit oscillateur passif parallèle et des moyens pour mesurer la fréquence de résonance amortie du circuit pour obtenir une valeur de l'inductance. De préférence l'appareil comprend des moyens pour mesurer le temps de décroissance de la tension de la capacité, de ladite tension prédéterminée jusqu'à une autre tension qui est de préférence égale ou sensiblement égale à zéro, de manière à mesurer la fréquence de résonance amortie du circuit La fréquence de résonance amortie est commodément dérivée d'une telle mesure opérée sur un quart de la période de résonance du circuit. De préférence le circuit oscillateur est un circuit à niveau fixé On en tire certains avantages que l'on décrira dans la suite. Les moyens de mesure de la décroissance de la tension comprennent de préférence un "micro- contrôleur", qui est aussi agencé de manière à fournir un signal aux moyens de commutation pour connecter l'inductance variable dans le circuit oscillateur Les moyens de commutation comprennent de préférence un commutateur à transistor. De préférence, un comparateur détecte quand la tension de la capacité est retombée à zéro et fournit un signal au microcontrôleur représentatif de cette retombée. L'invention fournit également un capteur de position comprenant une inductance variable munie d'organes mobiles relativement l'un à l'autre pour faire varier l'inductance de la bobine d'inductance, et des moyens pour mesurer cette inductance Les organes mobiles sont préférablement constitués par une bobine et un noyau mobile relativement à la bobine. S'il est nécessaire de mesurer une pluralité de positions, on dispose d'une pluralité correspondante de telles inductances variables associées chacune avec un transistor de commutation respectif, ceux-ci étant combinés avec un même microcontrôleur commun, une même capacité et un même circuit de comparaison. L'invention fournit aussi un véhicule équipé d'un capteur de position tel que décrit ci-dessus, lesdits organes mobiles de l'inductance variable étant connectés à des organes qui se déplacent en mouvement relatif sous l'effet de mouvements de la suspension du véhicule. Le véhicule peut être équipé d'un système de freinage anti-blocant comprenant un dispositif de commande couramment appelé "contrôleur", sensible à un signal de vitesse de roue dérivé d'un capteur de vitesse de roue pour former des instructions de commande d'antipatinage, au moins un frein de roue sensible à une pression de fluide appelée dans la suite "pression de freinage", dérivée d'une source de fluide sous pression, et des moyens de commande d'antipatinage sensibles aux instructions de commande d'antipatinage pour agir sur la pression de freinage de manière à éviter tout glissement ou patinage des roues, le contrôleur étant également sensible à un signal représentant la charge du véhicule et dérivé dudit capteur de position. Au dessin annexé donné seulement à titre d'exemple: La figure 1 est un schéma du circuit de l'appareil suivant la présente invention; La figure 2 représente des graphes de signaux en différents points du circuit de la figure 1, pendant le fonctionnement de celui-ci, La figure 3 illustre schématiquement un véhicule routier équipé d'un capteur de hauteur suivant l'invention; La figure 4 représente un détail de la figure 3, et La figure 5 représente schématiquement un système de freinage anti-bloquant dans lequel l'invention trouve avantageusement application. Sur la figure 1 du dessin, on a repéré 10 une inductance variable comprenant une bobine 11 et un noyau 12 mobile par rapport à la bobine pour faire varier la valeur de son inductance On a repéré C 1 une capacité fixe, agencée de manière à pouvoir être chargée jusqu'à une tension prédéterminée VB, par exemple de 5 volts, à travers une résistance Ri et à partir d'une source d'énergie électrique convenable, non représentée On a repéré Q 1 un commutateur à transistor agencé de manière à connecter l'inductance 10 dans un circuit oscillateur passif parallèle avec la capacité C 1, quand ce commutateur est ouvert par l'application d'un signal de commutation sur une ligne 13. Le circuit comprend en outre une diode de blocage de niveau D 1 et un comparateur I Ci qui est agencé pour fournir un signal de sortie sur une ligne 14, quand la tension aux bornes de la capacité C 1 est retombée à zéro. On trouve encore un microcontrôleur M qui comprend un circuit de mesure du temps et qui est agencé pour délivrer un signal de commutation au transistor Q 1 sur la ligne 13 et pour recevoir le signal délivré par le comparateur I Ci sur la ligne 14. L'inductance 10 et le transistor Q 1 sont représentés au dessin à l'intérieur d'un bloc repéré par un trait interrompu 15 On peut connecter plusieurs tels blocs, en nombre désiré, au microcontrôleur M par des liaisons correspondantes, et à une ligne de masse GND du circuit par des lignes tel celles repérées 16, si on doit mesurer les inductances d'une telle pluralité d'inductance variable. En utilisation, sous la commande du micro contrôleur, un capteur inductif particulier peut être mis mis en circuit avec la capacité C 1 par l'application d'un signal de commutation au transistor Ql associé sur la ligne 13 La tension sur la capacité C 1 décroît ensuite suivant une fonction cosinus Si la tension initiale de la capacité est de 5 volts par exemple, après un temps t, la tension rémanente est 5 Cos(wt) o W = 2 n F (F étant la fréquence de résonance du circuit) La fréquence de résonance amortie du circuit parallèle est donnée par l'expression F = 1/( 2 m I(LC-4 Lz/R 2)) o C est la valeur de la capacité, L la valeur de l'inductance, et R la résistance du circuit La période est, par conséquent, donnée par l'expression t= 2 Ty LC-4 L 2/R 2 La tension en décroissance passe à zéro un instant donné par le quart de la période à la fréquence de résonance (t/4 =l/2 w J(LC-( 4 L 2/R 2). On détecte ce passage à zéro grâce au comparateur qui fournit un signal au microcontrôleur M, le circuit de mesure de ce microcontrôleur mesurant le temps qui s'est écoulé entre la commutation du transistor Q 1 et ce passage à zéro Ceci permet d'obtenir un signal temporel directement représentatif de l'inductance Le micro- contrôleur fournit alors un signal de sortie sur la ligne 17, pour toute destination o ce signal est utile. La figure 2 du dessin représente trois graphes de tensions en fonction du temps, correspondant à des signaux apparaissant en différents points du circuit décrit ci- dessus, pendant le fonctionnement de celui-ci Le graphe A représente la tension VA appliquée sur la ligne 13 de commande du transistor Q 1 Le graphe B représente la tension VB apparaissant aux bornes de la capacité C 1 Le graphe C représente la tension VC apparaissant sur la ligne de sortie 14 du comparateur I Ci Initialement, la tension VB est égale à 5 volts tandis que les tensions VA et VC sont toutes deux nulles. A l'instant t 1, le microcontrôleur commande l'application d'une tension sur la base du transistor Q 1 pour provoquer la mise en conduction de celui-ci La tension VB aux bornes de la capacité C 1 commence alors à décroître suivant la relation VB= 5 Cos(wt) comme on l'a vu plus haut Quand VB tombe à zéro, à l'instant t 2, ce passage est détecté par le comparateur I Ci qui délivre un signal de tension VC au microcontrôleur M par la ligne 14 Le microcontrôleur mesure l'intervalle de temps t 2-t 1 pour fournir un signal de sortie représentant la période du circuit inductif et, de là, l'inductance de la bobine d'inductance variable 10. L'invention permet d'obtenir une mesure relativement précise de l'inductance, l'unique source d'instabilité significative de cette mesure tenant dans le comportement de la capacité lorsqu'elle est soumise à des variations de température On peut s'arranger pour que cette instabilité reste dans une fourchette de + 1 % sur un domaine de température par exemple de -40 à + 850 C par exemple Le circuit est relativement insensible à des variations de la tension d'alimentation, ou de la résistance du câblage ou du composant R 1 La mission de la diode de blocage D 1 est de bloquer la tension VB pour empêcher qu'une pointe de tension, produite dans le circuit inductif quand le transistor Q 1 se bloque, endommage éventuellement les transistors La diode D 1 fournit deux avantages supplémentaires Premièrement, elle empêche que la tension à l'entrée du comparateur I Ci atteigne une valeur se situant en dehors du domaine de tension de mode commun, de manière à empêcher la production de tout signal de sortie parasite à la sortie du comparateur Deuxièmement, après le blocage du transistor Q 1 sous la commande du microcontrôleur, la diode permet d'être assurée que la capacité C 1 se recharge à partir d'une tension de O volt plutôt qu'à partir d'une tension négative ou indéterminée, pour que la capacité soit rechargée plus vite de manière à être prête pour un nouveau cycle de mesure. Dans une variante du circuit de l'appareil sur l'invention, la source d'énergie à laquelle la résistance Rl est raccordée peut fournir une tension plus forte que 5 volts, par exemple 24 volts comme c'est le cas normalement dans un véhicule commercial On utilise une diode Dz, raccordée, comme représenté en trait interrompu, à une tension de référence de 5 volts, pour limiter à 5 volts la tension à laquelle on charge la capacité C 1 Ceci permet d'obtenir une recharge plus rapide de cette capacité. D'autres modifications du circuit représenté peuvent être utilisées, sans sortir du cadre de la présente invention Par exemple, on peut utiliser un dispositif de commutation autre que le transistor Qi En principe, on peut mesurer un temps autre que la durée du quart de la période du circuit capacitif-inductif, à la fréquence de résonance amortie On peut mesurer la période sur plus d'un quart du cycle, auquel cas un dispositif de commutation capable de conduire dans les deux sens pendant les oscillations d'amplitude décroissante du circuit, est nécessaire. Comme on l'a vu plus haut, l'inductance variable 10 comprenant un noyau 12 mobile par rapport à une bobine 11, peut être utilisée pour mesurer la position relative de deux composants, si le noyau et la bobine sont respectivement associés avec les dits composants Ceci peut être nécessaire dans un véhicule o une mesure de la position de la suspension du véhicule ou d'un composant associé à celle-ci, par rapport à un autre composant de la suspension, ou par rapport au châssis ou à la caisse du véhicule, fournit une mesure de la hauteur de caisse dudit véhicule. On se réfère maintenant à la figure 3 du dessin, o l'on a représenté schématiquement le véhicule tracteur d'un ensemble routier, muni d'une "cinquième roue" pour être connecté à une semi-remorque Le véhicule comprend un châssis repéré 20, des roues avant dont l'une est repérée 21, et des roues arrière dont l'une est repérée 22 Les roues arrière sont montées à l'extrémité d'un essieu repéré 23, l'essieu étant supporté par rapport au châssis par des lames élastiques de suspension par exemple, comme représenté schématiquement en 24 Le dispositif de couplage à "cinquième roue" représenté schématiquement 25 se trouve disposé au-dessus des roues arrière On comprendra que la charge sur les roues arrière varie sensiblement suivant qu'une semi-remorque est ou non attachée au tracteur, et de la charge portée par la semi- remorque, et on comprendra en outre que de telles variations de charge ont un effet sensible sur la position verticale de l'essieu 23 par rapport au châssis 20 du véhicule. Pour mesurer cette position, l'essieu 23 est connecté à une pièce de liaison 26 agencée sensiblement verticalement et qui est elle même reliée à une autre pièce de liaison 27 mobile en rotation comme indiqué par les flèches 28 Les pièces 26, 27 peuvent être ajustables. Une bobine d'inductance variable repérée généralement 29 est fixée au châssis 20 du véhicule, et elle est reliée à la pièce de liaison 27 de manière que son inductance varie sous l'effet d'un déplacement de la pièce 27 La bobine d'inductance variable peut comprendre, comme représenté à la figure 4 a, une bobine 30 et un noyau 31 agencé pour être mobile linéairement de manière à entrer ou sortir de la bobine, sous l'action d'une came 32 montée sur une broche 33 déplacée en rotation par la pièce 27. La bobine 30 de l'inductance variable est connectée au circuit décrit cidessus pour la mesure de son inductance, de manière à fournir un signal représentant la charge du véhicule, reflétée par la hauteur de l'essieu 23 par rapport au châssis 20 du véhicule. Le signal représentant la charge du véhicule peut être utilisé dans la commande d'un système de freinage anti-bloquant La figure 5 représente schématiquement un tel système, dans lequel un frein de roue WB actionné par pression de fluide est alimenté avec un fluide de pression en provenance d'une source FPS par l'intermédiaire d'une ligne 35 sur laquelle est placée en outre une vanne de commande 36 de la pression de freinage La vitesse de la roue associée au frein WB est détectée par un capteur S qui fournit un signal électrique par une ligne 37 à un contrôleur "C" qui détermine l'existence éventuelle d'un état de glissement ou de glissement imminent de la roue, et fournit un signal de commande à la vanne 36 par la ligne 38, de manière à commander la pression de freinage appliquée au frein et à supprimer ou à empêcher le glissement Le contrôleur C reçoit aussi, par la ligne 39, le signal représentatif par la charge du véhicule et ce signal sert en tant qu'autre paramètre de commande du fonctionnement du frein pour empêcher tout glissement Le système de freinage doit, bien sûr, comprendre aussi des moyens (non représentés) pour actionner le frein directement sous la commande du conducteur. La présente invention peut être mise en oeuvre dans des capteurs de position d'application plus générale que celle décrite ci-dessus dans des véhicules Des organes en mouvement relatif d'une inductance variable, propres à faire varier l'inductance de celle-ci, peuvent être agencés sur deux organes quelconques dont la position relative doit être déterminée. 1 l REVENDICATIONS 1 Procédé de mesure de l'inductance d'une bobine d'inductance variable, caractérisé en ce qu'on charge une capacité à une tension prédéterminée, on connecte la bobine d'inductance variable à la capacité suivant un circuit oscillateur passif parallèle et on mesure la fréquence de résonance amortie du circuit en vue du calcul de la valeur de cette inductance. 2 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la fréquence de résonance amortie du circuit oscillateur en mesurant le temps de décroissance de la tension de commande de la capacité entre ladite tension prédéterminée et une autre tension. 3 Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'autre tension est égale à zéro ou sensiblement égale à zéro. 4 Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'on mesure le temps qui s'écoule entre l'instant de délivrance d'un signal provoquant la connection de l'inductance et de la capacité dans le circuit oscillateur et la réception d'un signal fourni par un comparateur qui détecte l'instant o la tension aux bornes de la capacité est retombée à zéro ou sensiblement à zéro. 5 Appareil pour la mesure de l'inductance d'une bobine ( 10) inductance variable, caractérisé en ce qu'il comprend une capacité (C 1), des moyens pour charger la capacité à une tension prédéterminée, des moyens de commutation (Ql) pour connecter l'inductance variable à la capacité suivant un circuit oscillateur passif parallèle, et des moyens (IC 1,M) pour mesurer la fréquence de résonance amortie du circuit, de manière à obtenir une valeur de l'inductance. 6 Appareil conforme à la revendication 5, comprenant des moyens (M), pour mesurer le temps de décroissance de la tension sur la capacité depuis ladite tension prédéterminée jusqu'à une autre tension. 7 Appareil conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que ledit autre voltage est égal à zéro ou sensiblement égal à zéro. 8 Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le circuit oscillateur est un circuit oscillateur à niveau fixé ou bloqué. 9 Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure du temps de décroissance de la tension sur la capacité comprennent un microcontrôleur (M). Appareil conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que ledit microcontrôleur (M) est agencé pour fournir un signal aux moyens de commutation (Q 1), pour connecter la bobine d'inductance variable dans le circuit oscillateur. 11 Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de commutation sont constitués par un commutateur à transistor (Q 9). 12 Appareil conforme à la revendication 9, considéré dans sa dépendance de la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un comparateur (I Ci), qui détecte le moment o la tension auxbornes de la capacité est retombée à zéro ou sensiblement à zéro et qui fournit alors un signal au microcontrôleur (M), représentatif de cette situation. 13 Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'inductances variables et des moyens pour commuter l'une, choisie, de ces inductances, à la capacité. 14 Appareil conforme à la revendication 13, considéré dans sa dépendance de la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un commutateur à transistor (Q 1) associé à chaque inductance variable. Capteur de position pour détecter la position de deux organes mobiles l'un par rapport à l'autre, comprenant une bobine d'inductance variable ( 10) comprenant des éléments connectés auxdits organes et mobiles l'un par rapport à l'autre pour modifier ladite inductance, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 12 pour mesurer l'inductance de ladite bobine ( 10). 16 Capteur conforme à la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits éléments mobiles de l'inductance comprennent une bobine ( 11) et un noyau ( 12) mobile par rapport à la bobine ( 10). 17 Système de détection de la position relative des organes d'une paire quelconque d'une pluralité ou telles paires d'organes mobiles relativement l'un à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil conforme à l'une quelconque des revendications 13 ou 14 et des bobines d'inductance variable respectives, chacune comprenant des éléments relativement mobiles pour changer son inductance et qui sont connectés auxdits organes, dans chaque paire d'organes. 18 Système conforme à la revendication 17, caractérisé en ce que lesdits éléments mobiles de chaque inductance comprenne une bobine ( 11) et noyau ( 12) mobile par rapport à la bobine. 19 Véhicule équipé d'un capteur de position conforme à la revendication 15, dans lequel lesdits éléments mobiles de l'inductance variable sont connectés à des organes qui se déplacent l'un par rapport à l'autre avec des mouvements de la suspension du véhicule.