Brevet FR2688061A1 — publié le 19930903

La présente invention concerne un capteur électromagnétique de déplacement d'un organe tel qu'une roue de véhicule automobile. En effet, le capteur selon l'invention peut être utilisé dans des systèmes d'anti-blocage de roues, pour détecter par exemple la vitesse de rotation de celles-ci. Cependant, ce capteur peut également être utilisé dans d'autres applications de détection de mouvement de pièces, en particulier dans l'industrie automobile, par exemple pour la détection de la position du volant moteur. Il existe déjà dans l'état de la technique trois grands types de capteurs de déplacement utilisés dans ce genre d'applications. Le premier type comprend les capteurs à effet Hall et les capteurs magnétorésistifs. Ces capteurs sont dits "actifs" et donnent de très bons résultats, mais leur fonctionnement est limité dans une plage de température de -30 C à + 1300C, voire 1500C, compte tenu de l'équipement électronique associé. Par ailleurs, le fonctionnement de ces capteurs est lié à l'utilisation d'aimants dont les caractéristiques varient selon la température et il est donc nécessaire de tenir compte de ces dérives dans la précision de lecture de ces capteurs. Les capteurs du second type sont les capteurs optiques. Cependant, ces capteurs sont peu appropriés à des applications à l'industrie automobile, car leur protection contre l'environnement est relativement coûteuse en raison des problèmes liés aux salissures et à la température. Les capteurs du troisième type sont les capteurs électromagnétiques de déplacement qui comprennent des moyens électromagnétiques fixes associés à une cible à motifs ferromagnétiques régulièrement répartis par pas sur celle-ci et reliée à l'organe. La sortie de ces moyens électromagnétiques est reliée à des moyens de traitement délivrant un signal de déplacement de l'organe. Ces moyens électromagnétiques comprennent de façon générale un noyau magnétique sur lequel est enroulée une bobine reliée à des moyens d'alimentation. Le déplacement des motifs ferromagnétiques de la cible devant ce noyau, modifie les propriétés magnétiques du circuit magnétique et engendre des modifications de l'alimentation de cette bobine, ce qui permet de déduire le déplacement de l'organe associé à cette cible par analyse de cette alimentation. Ces capteurs sont le plus souvent utilisés pour la mesure de la vitesse et de la position du volant moteur d'un véhicule, en tant que capteur de point mort haut, pour l'allumage et le contrôle du fonctionnement de ce moteur. Par ailleurs, ils sont également utilisés dans les systèmes d'anti-blocage de roues. Leurs principaux avantages sont leur fiabilité, leur coût et leur facilité de fabrication. Cependant, ils présentent un certain nombre d'inconvénients car ils comportent un aimant permanent sensible à la température et leur signal de sortie se présente sous la forme d'un signal de fréquence variable qui n'est pas filtrable et facilement parasitable. Par ailleurs, leur signal de sortie est nul pour une vitesse nulle de l'organe. Ce signal de sortie est également directement lié au volume de matériau utilisé pour le circuit magnétique et au nombre de spires de la bobine et il présente une très forte sensibilité aux vibrations et aux variations de la distance cible-noyau magnétique. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes en proposant un capteur électromagnétique de déplacement, qui soit simple, fiable et dont l'encombrement soit le plus réduit possible. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur électromagnétique de déplacement d'un organe tel qu'une roue de véhicule automobile, du type comportant des moyens électromagnétiques fixes associés à une cible à motifs ferromagnétiques régulièrement répartis par pas sur celleci et reliée à l'organe, la sortie des moyens électromagnétiques étant reliée à des moyens de traitement délivrant un signal de déplacement de l'organe, caractérisé en ce que les moyens électromagnétiques comprennent au moins deux cellules électromagnétiques de mesure du déplacement de l'organe décalées d'une distance égale à un multiple entier impair de demi-pas des motifs de la cible, et en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens de traitement différentiel des signaux de sortie des cellules. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - les Fig.1 et 2 représentent respectivement une vue de côté et de dessous d'une cellule de mesure entrant dans la constitution d'un capteur électromagnétique selon l'invention; - les Fig.3,4 et 5 illustrent différents modes d'implantation de cellules entrant dans la constitution d'un capteur selon l'invention; - la Fig.6 représente un schéma synoptique d'un circuit électronique de traitement des signaux de sortie des cellules entrant dans la constitution d'un capteur selon l'invention; et - la Fig.7 représente différentes courbes illustrant le fonctionnement du circuit représenté sur la Fig.6. Ainsi qu'on peut le. voir sur les Fig.1 et 2, une cellule de mesure électromagnétique utilisable dans un capteur selon l'invention est constituée généralement d'un noyau magnétique désigné par la référence générale 1 sur cette figure et présentant la forme générale d'un U. Ce noyau magnétique est fabriqué selon les méthodes de fabrication des tôles de transformateur et une bobine désignée par la référence générale 2 sur ces figures, est enroulée autour de ce noyau. Ces moyens électromagnétiques sont disposés sur une partie fixe par exemple du véhicule automobile et sont associés à une cible à motifs ferromagnétiques régulièrement répartis par pas sur celle-ci et reliée à l'organe dont il y a lieu de mesurer le déplacement. Cette cible est par exemple formée par une roue dentée déplaçable devant ce noyau magnétique pour provoquer lors du passage des motifs de cette cible devant ce noyau, des modifications des propriétés magnétiques et en particulier de l'inductance du circuit magnétique de cette cellule et donc une modification de l'alimentation de la bobine, de manière connue en soi. La sortie c'est à dire une image de l'alimentation de ces moyens électromagnétiques est reliée à des moyens de traitement délivrant un signal de déplacement de 1 'organe. Selon l'invention, les moyens électromagnétiques comprennent deux cellules de mesure décalées d'une distance égale à un multiple entier impair de demi-pas des motifs de la cible et les moyens de traitement comprennent des moyens de traitement différentiel par exemple de la phase des signaux de sortie de ces cellules. Différents modes de réalisation de ce capteur sont représentés sur les figures 3,4 et 5. On constate sur ces figures que le capteur selon l'invention comporte deux cellules de mesure désignées respectivement par les références générales 3,4, 5,6 et 7,8 sur ces figures. Ces cellules de mesure sont décalées d'une distance égale à un multiple entier impair de demi-pas des motifs de la cible C désignés par exemple par les références 9,10 et 11 et sont disposées par exemple longitudinalement (Fig.3 et 4) ou transversalement (Fig.5) par rapport à la cible et aux motifs de celle-ci. Sur les Fig.3 et 5, les cellules sont décalées d'un demi-pas des motifs tandis que sur la Fig.4, les cellules sont décalées de trois demi-pas. Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, cette cible est par exemple formée par une roue dentée se déplaçant dans le sens indiqué par la flèche F sur ces figures, devant les cellules de manière que les motifs ferromagnétiques de celles-ci passent devant les noyaux magnétiques des cellules et provoquent des modifications correspondantes d'inductance des circuits magnétiques correspondants. Ceci permet au capteur de fonctionner à vitesse nulle de la roue dentée. Comme on peut le voir sur la Fig.6, les cellules 3 et 4 par exemple, sont connectées dans les branches d'un pont, reliées à une source d'alimentation délivrant une tension sinusoïdale E à fréquence fixe, à travers des résistances 12 et 13. Les signaux de sortie de ces cellules, c' est à dire des signaux représentatifs de l'alimentation des bobines de celles-ci, sont appliqués aux entrées respectivement inverseuse et non inverseuse d'un amplificateur différentiel 14 dont la sortie est connectée à l'entrée d'un étage de mise en forme 15. Les signaux de sortie de ces cellules sont par exemple prélevés aux bornes des bobines correspondantes. La sortie de l'étage de mise en forme 15 est reliée à l'entrée de données d'une bascule D, 16. Par ailleurs, la tension sinusoïdale E est également appliquée à l'entrée d'un déphaseur de 90 , 17, dont la sortie est reliée à une entrée d'un étage de mise en forme 18. La sortie de cet étage de mise en forme 18 est reliée à l'entrée d'horloge de la bascule D,16. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, cette bascule délivre un signal dont la fréquence est représentative du déplacement de l'organe. On constate en effet comme on peut le voir sur la Fig.7, que selon la position des dents de la cible devant les noyaux magnétiques des cellules 3 ou 4, les signaux de sortie de celles-ci, c'est à dire les tensions d'alimentation des bobines de celles-ci, sont déphasés du fait de la modification de la réluctance des circuits magnétiques et de la self inductance des bobines des cellules. I1 est ainsi possible de détecter le passage des motifs de la cible devant le capteur par une détection de modulation de phase dans l'amplificateur différentiel 14. L'utilisation de la bascule D, 16, a été retenue du fait de la variation de phase brutale entre 0 et 1800. Par ailleurs, l'entrée d'horloge de cette bascule reçoit la sortie du déphaseur 17 recevant en entrée la tension d'alimentation E, ce qui permet d'échantillonner correctement la sortie de l'amplificateur différentiel 14 et d'obtenir un signal de sortie de bascule dont la fréquence est égale au double de la fréquence de passage de motifs ferromagnétiques de la cible devant le capteur Ceci permet en particulier dans une application dans un système d'anti-blocage de roues, de détecter efficacement les faibles vitesses de rotation des roues et améliore la précision du système d'anti-blocage lorsque la roue est très proche de la limite de blocage. Par ailleurs, une alimentation à fréquence fixe permet également un filtrage éventuel des parasites et la transmission des signaux de sortie sur une liaison bifilaire ( plus masse) assure une excellente rejection des parasites de mode commun. Le capteur selon l'invention délivre également un signal à vitesse nulle de l'organe et est peu sensible aux variations de distance cible-noyaux magnétiques et aux vibrations mécaniques généralement rencontrées dans ce type d'applications. Par ailleurs, il peut également être facilement miniaturisé et exploité avec des entrefers noyaux-cible relativement importants, par exemple de 1,5 ou 2 mm. Enfin, si les différents composants électroniques sont disposés à distance des cellules, ce capteur est apte à fonctionner à des températures extrêmement élevées de 300 C par exemple. Il peut donc être utilisé par exemple à proximité d'un moteur thermique de véhicule automobile. REVENDICATIONS 1. Capteur électromagnétique de déplacement d'un organe tel qu'unie roue de véhicule automobile, du type comportant des moyens électromagnétiques fixes associés à une cible (C) à motifs ferromagnétiques (9,10,11) régulièrement répartis par pas sur celle-ci et reliée à l'organe, la sortie des moyens électromagnétiques étant reliée à des moyens de traitement délivrant un signal de déplacement de l'organe, caractérisé en ce que les moyens électromagnétiques comprennent au moins deux cellules électromagnétiques (3,4; 5,6; 7,8) de mesure du déplacement de la cible décalées d'une distance égale à un multiple entier impair de demi-pas des motifs de la cible, et en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens de traitement différentiel (14) des signaux de sortie des cellules. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de traitement (14) comprennent des moyens de traitement différentiel de la phase des signaux de sortie des cellules. 3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque cellule comporte un noyau magnétique sur lequel est enroulée une bobine et en ce que les bobines des cellules sont connectées dans les branches d'un pont alimentées par une tension sinusoïdale de fréquence fixe (E). 4. Capteur selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de traitement différentiel comprennent des moyens d'amplification différentielle (14) recevant en entrée les sorties des cellules (3,4) et des moyens d'échantillonnage (16) du signal de sortie des moyens d'amplification différentielle à la fréquence du signal d'alimentation des branches du pont. 5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'échantillonnage comprennent une bascule D (16) dont l'entrée de données reçoit le signal de sortie des moyens d'amplification différentielle (14) et dont ltentrée d'horloge reçoit le signal de sortie d'un déphaseur de 90" (17) recevant en entrée le signal (E) d'alimentation des branches du pont. 6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens de mise en forme (15,18) sont interposés entre les moyens d'amplification différentielle (14) et le déphaseur (17) et les entrées correspondantes de la bascule D (16).