Brevet FR2693606A1 — publié le 19940114

i "Installation pour augmenter la résolution angulaire des signaux, de préférence pour exploiter les signaux de capteur de vitesse de rotation". L'invention concerne une installation pour augmenter la résolution angulaire des signaux, notam- ment de signaux fournis par un capteur de vitesse de rotation. On connaît par exemple une telle installa- tion selon le document DE-OS 29 18 498 Ce document évoque un circuit multiplicateur d'impulsion qui sub- divise l'intervalle des deux impulsions en un nombre quelconque d'impulsions. La présente invention a pour but de créer une installation permettant d'augmenter la résolution d'un signal de vitesse de rotation qui doit présenter un excellent comportement dynamique. A cet effet, l'invention concerne une installation du type défini ci-dessus, caractérisée par des moyens de comptage à plusieurs étages qui dé-20 terminent la période du signal et des moyens générant des impulsions dont l'intervalle correspond à une fraction de la période déterminée par les moyens de comptage à plusieurs étages. Selon l'invention, on détermine la période du signal par un moyen de comptage à plusieurs étages, des moyens étant prévus en outre pour former des im- pulsions dont l'intervalle correspond à une fraction de la période déterminée par les moyens de comptage à plusieurs étages. L'installation selon l'invention permet d'augmenter la résolution des signaux. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, les moyens formant les impulsions, compren- nent au moins un moyen de comptage programmable. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, on modifie le contenu d'un premier moyen de comptage et le contenu d'un second moyen de comptage, et à l'arrivée d'un signal, le contenu du troisième moyen de comptage est inscrit dans le second moyen de comptage et le premier moyen de comptage et le troi- sième moyen de comptage sont remis à l'état initial, le contenu du troisième moyen de comptage est modifié lorsque le premier moyen de comptage atteint une va- leur prédéterminée et le second moyen de comptage émet une impulsion lorsqu'il atteint une valeur prédétermi- nee. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention le second moyen de comptage est remis à la va- leur enregistrée en dernier lieu, après qu'il ait émis une impulsion. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention les intervalles prédéterminés sont considéra- blement plus courts que la période du signal. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, à l'arrivée de l'impulsion, le contenu du premier moyen de comptage est inscrit dans un quatriè- me moyen de comptage et le contenu du quatrième moyen de comptage est modifié lorsque le premier moyen de comptage atteint la valeur prédéterminée et en ce qu'aussi longtemps que le quatrième moyen de comptage n'a pas atteint une valeur prédéterminée, on corrige la valeur prédéterminée pour laquelle le second moyen de comptage émet une impulsion. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma par blocs d'un premier exem- ple de réalisation. La figure 2 montre dans ses diagrammes a g, les états de comptage des différents moyens de comptage. La figure 3 est un schéma par blocs d'une variante de réalisation. La figure 4 montre dans ses diagrammes a i, l'état des compteurs de la variante de réalisation. L'installation selon l'invention permettant d'augmenter la résolution angulaire de signaux, s'uti- lise de préférence pour exploiter les signaux de cap- teur de vitesse de rotation Dans ce traitement, on rencontre souvent la difficulté consistant à détecter avec une très grande précision la position d'un arbre. Pour cela, il est prévu de munir l'arbre d'une roue ayant un certain nombre de repaires (roue phonique). Un capteur détecte les repaires qui sont alors trans- formés par un circuit de traitement en une suite d'im- pulsions rectangulaires Les diagrammes des figures 2 a et 4 a montrent un court extrait de telles suites d'im- pulsions montrant deux impulsions Une telle installa- tion correspond par exemple à celle décrite au docu- ment DE-OS 29 18 498. Pour obtenir un signal aussi précis que pos- sible, il faut avoir des repaires très rapprochés Or, du fait de la précision nécessaire à la fabrication de la roue et des repaires ainsi que de la géométrie de la roue, on ne peut réduire indéfiniment la distance angulaire Pour améliorer cette résolution, il faut dans ces conditions, prévoir d'autres moyens. En particulier, lors de la commande de mo- teur thermique, il faut partir d'impulsions de comman- de de très grande précision pour une position angulai- re prédéterminée du vilebrequin ou de l'arbre à cames. Ces impulsions de commande définissent par exemple dans le cas d'un moteur thermique à essence, l'instant de l'allumage et dans le cas d'un moteur thermique diesel, l'instant du début de l'injection ou l'instant de la fin de l'injection En particulier, dans le cas des moteurs thermiques diesel, il est important de fixer avec une très grande précision de telles impul- sions de commande. En particulier, dans des moteurs thermiques diesel, on utilise actuellement des procédés dits d'interpolation dans le temps pour augmenter la réso- lution Un tel procédé est par exemple connu selon le document DE-OS 40 04 1107 Ces procédés sont mis en oeuvre de préférence avec un algorithme programmé dans un micro calculateur Ces calculs correspondent à une très grande charge. La présente invention se propose de créer d'autres possibilités et d'aboutir par une commande appropriée à une résolution angulaire extrêmement pré- cise. A cet effet, selon l'invention, on divise l'intervalle séparant deux impulsons en un nombre pré- déterminé d'intervalles. La figure 1, montre l'installation selon l'invention sous la forme simplifiée d'un schéma par blocs Les différents éléments peuvent être réalisés soit sous la forme de composants distincts soit égale- ment à l'intérieur d'un calculateur. La commande 100 du moteur est reliée par un circuit multiplicateur 110 à un capteur de vitesse de rotation 105 Le circuit multiplicateur 110 reçoit en outre un signal de sortie de haute fréquence d'un os- cillateur Ce signal de l'oscillateur 115 est appliqué à une entrée 122 d'un premier compteur 120 ainsi qu'à une entrée 142 d'un compteur programmable 140 Ce compteur programmable 140 est appelé second compteur. La sortie 127 du premier compteur 120 est reliée à l'entrée 132 d'un troisième compteur 130 La sortie 137 du troisième compteur 130 est reliée à l'entrée programmable 143 du compteur programmé 140 Le capteur de vitesse de rotation 105 agit sur l'entrée de remise à l'état initial 125 du premier compteur 120, l'entrée de remise à l'état initial 135 du troisième compteur et l'entrée 144 du compteur programmable 140 Le signal de sortie du compteur programmable 140 est ap- pliqué à la commande de moteur 100. Cette installation fonctionne comme suit La commande de moteur génère en fonction des impulsions fournies par le capteur de vitesse de rota- tion, les impulsions de commande pour agir sur diffé- rents moyens de réglage d'un moteur thermique Usuel- lement, on détermine l'instant de déclenchement des impulsions de commande ainsi que le cas échéant leur durée en décomptant les impulsions du générateur de vitesse de rotation Pour augmenter la précision des impulsions de commande, on a prévu un circuit multi- plicateur 110 Ce circuit subdivise l'intervalle com- pris entre deux impulsions fournies par le générateur de vitesse de rotation en un nombre prédéterminé d'in- tervalles Pour un capteur de vitesse de rotation qui fournit 64 impulsions, cela signifie par exemple que le circuit multiplicateur émet 512 impulsions. Le circuit multiplicateur fonctionne comme suit: Lorsque le premier compteur reçoit une im- pulsion de remise à l'état initial par son entrée 125 à partir du générateur de vitesse de rotation 105, ce compteur est alors remis à l'état 0 A chaque impul- sion de l'oscillateur 115, l'état de comptage du pre- mier compteur augmente de 1 L'état de comptage du premier compteur est ainsi augmenté d'une unité à des intervalles de temps prédéterminés Le premier comp- teur parcours périodiquement les états de comptage contenus entre O et 2 n-1 A chaque boucle du premier compteur, l'état de comptage du troisième compteur 130 augmente d'une unité. Lorsque le troisième compteur 130 reçoit une impulsion du générateur de vitesse de rotation 105 par son entrée 135, il est écrit par sa sortie 137, l'état de comptage qu'il atteint, dans le compteur programma- ble 140 par son entrée 143 Cette valeur est enregis- trée dans le compteur programmable 140 Lorsque par son entrée 143, le compteur programmable 140, reçoit une impulsion de remise à l'état initial, le compteur est remis à cette valeur programmée En même temps, le troisième compteur 130 est remis à l'état 0 Pour cha- que signal de sortie de l'oscillateur 115, le contenu du compteur programmable 140 est diminué d'une uni- té; cela signifie que l'état de comptage du compteur programmable 140 est réduit d'une unité à des inter- valles de temps prédéterminés Lorsque cet état at- teint la valeur 0, il émet par sa sortie 147 une im- pulsion pour la commande de moteur 100 pour être de nouveau mis à la valeur inscrite en dernier lieu. Cette façon de procéder permet de subdiviser l'intervalle entre deux impulsions fourni par le géné- rateur de vitesse de rotation en 2 N intervalle. L'idée de base pour augmenter la résolution angulaire consiste à mesurer comme suit la période du signal d'entrée du circuit multiplicateur 110 corres- pondant à celle du signal de sortie du générateur de vitesse de rotation 105 Pendant une période du signal qui correspond à l'intervalle de deux impulsions du générateur de vitesse de rotation 105, on compte le nombre d'impulsions du signal de sortie à haute fré- quence de l'oscillateur 115 dans l'un des compteurs en cascade 120 130. Le compteur programmable 140 qui est cadencé à une fréquence supérieure de 2 N fois celle du troi- sième compteur 130, divise cette fréquence d'un fac- teur correspondant à l'état de comptage du troisième compteur 130 à la fin de la mesure de la période pour générer à sa sortie un signal ayant une résolution su- périeure du facteur 2 N de celle du signal d'entrée. Il est important que les intervalles de temps prédéterminés au cours desquels on augmente l'é- tat de comptage du premier compteur soit beaucoup plus court que la période (intervalles des impulsions) du signal de vitesse de rotation Cela signifie que la fréquence de l'oscillateur 115 doit être beaucoup plus élevée que celle du capteur de vitesse de rotation La fréquence de l'oscillateur devrait être supé- rieure d'un coefficient 22 N par rapport à la fréquence du capteur de vitesse de rotation pour la vitesse de rotation la plus élevée autorisée. Pour la suite de la description du fonction- nement, on se reportera aux courbes de la figure 2. Ainsi, à la figure 2 a on a le signal de sortie du cap- teur de vitesse de rotation 105; il s'agit ici seule- ment d'une période La figure 2 b montre le signal de sortie de l'oscillateur 115 On a dans cette figure quatre impulsions Pour simplifier, on a supprimer les autres impulsions; les impulsions se produisent selon le même intervalle comme cela est représenté. La figure 2 c montre l'état de comptage du premier compteur 120; la figure 2 d montre l'état de comptage du troisième compteur 130. La figure 2 e montre l'état de comptage du compteur programmable 140 La figure 2 f montre le si- gnal de sortie du circuit multiplicateur 110; ce si- gnal est synonyme du signal d'entrée de la commande de moteur 100 La figure 2 g montre le signal pour une subdivision optimale. Le premier compteur traverse périodiquement les états de comptage compris entre O et 2 n-1 Dans le présent exemple, N est égal à 3 A chaque débordement du premier compteur 120, l'état de comptage du troi- sième compteur 130 est augmenté d'une unité en commen- çant par 0 Lors de l'arrivée de l'impulsion suivante du signal en provenance du générateur de vitesse de rotation 105, le compteur programmable 140 est chargé par l'état de comptage du troisième compteur 130 Dans cet exemple, cette valeur est égale à 8 Ce compteur parcours alors périodiquement les états de comptage compris entre 8 et 1 A chaque dépassement, ce comp- teur émet une impulsion Ces impulsions sont représen- tées comme cela est indiqué à la figure 2 f Le nombre des impulsions par période du signal 2 a est égal à 2 n. Par cette façon de procéder, le circuit mul- tiplicateur exploite uniquement la période avant la période à subdiviser Le compteur programmable 140 re- çoit l'état de comptage du troisième compteur 130, c'est-à-dire l'état auquel s'est trouvé ce troisième compteur pendant la période précédente Cela aboutit à un comportement dynamique considérablement meilleur pour des variations de fréquence du signal de sortie du capteur de vitesse de rotation 105, par rapport au comportement pour des boucles dites verrouillées en phase. Ce même procédé permet de subdiviser le si- gnal de sortie du capteur de vitesse de rotation en un nombre prédéterminé d'impulsions de périodes pratique- ment de même amplitude A la figure 2 g, on a représen- té les valeurs correspondant à une répartition régu- lière optimale On voit que les impulsions émises par le circuit multiplicateur diffèrent légèrement de ces valeurs optimales. Cette différence provient de ce qu'à l'arri- vée d'une impulsion plus générateur de vitesse de ro- tation, le premier compteur n'a généralement pas at- teint l'état de comptage total Cela provient du fait qu'à l'arrivée l'impulsion comme cela est représenté à la figure 2 a, le compteur programmable 140 n'a pas en- core été décompté jusqu'à O et la distance entre la dernière et la première impulsion est plus longue que la distance des autres impulsions. On peut diminuer considérablement cette im- précision grâce à l'installation de la figure 3 Cette installation selon la figure 3 comporte en plus des éléments de la figure 2, un second compteur programma- ble 300 Ce compteur communique par son entrée 302 à la sortie 147 du compteur programmable 140 En outre, il agit sur le compteur programmable 140 par sa sortie 308 avec un signal Par son entrée 306, il reçoit le signal de sortie du capteur de vitesse de rotation 105 Par l'entrée 304, il reçoit l'état de comptage du premier compteur 120. Cette installation fonctionne comme suit A chaque impulsion à la sortie du compteur programmable 140, l'état de comptage du second comp- teur programmable 300 diminue d'une unité Lors de l'arrivée d'une impulsion du capteur de vitesse de ro- tation 105, le compteur 300 est chargé par l'état de comptage du premier compteur 120 Aussi longtemps que l'état de comptage du second compteur programmable est supérieur à 0, le compteur programmable 140 est commu- té pour qu'au lieu de parcourir des états de comptage jusqu'à 1, il parcours des états de comptage jusqu'à 0; cela signifie qu'il compte une impulsion de plus. De cette manière, chacune des (n 2 + 1) premières im- pulsions de sortie du compteur programmable 140 est prolongée d'une impulsion de cadence de l'oscillateur. Dans cette expression N 2 représente l'état de comptage du compteur 120 par lequel on a chargé le compteur programmable 300. Lorsque le second compteur programmable 300 atteint la valeur 0, le compteur programmable 140 com- mute sur le fonctionnement normal L'erreur de posi- tion des différentes impulsions est diminuée par cette mesure L'erreur maximale possible ne représente ainsi qu'un quart de l'erreur selon le montage de la figure 1. En variante, à la place de la commutation de la suite de comptage, on peut également éliminer des impulsions de comptage distinctes pour le compteur programmable 140 Dans ce mode de réalisation, la cor- rection de l'erreur se fait pendant les (n 2 + 1) premiè- res impulsions du signal de sortie du compteur pro- grammable 140 En variante, on peut effectuer la cor- rection d'erreur sur des impulsions quelconques à l'intérieur de la période. La figure 4 montre les différents états de comptage Les figures 4 a, 4 b, 4 c, 4 d et 4 g correspon- dent aux graphiques des figures 2 a, 2 b, 2 c, 2 d, 2 g Le graphique de la figure 4 h, montre l'état de comptage du second compteur programmable 300 La figure 4 i, re- présente le signal à la sortie 308 du second compteur programmable A l'arrivée de chaque impulsion du cap- teur de vitesse de rotation 105, le contenu du premier compteur 120 est lu dans le second compteur programma- ble 300 Dans cet exemple, cette valeur est égale à 3. il A chaque dépassement du premier compteur, le contenu du second compteur programmable 300 est diminué d'une unité Lorsque le compteur programmable 300 atteint l'état de comptage inférieur à 0, il transmet un si- gnal (figure 4 i) au premier compteur programmable 140. Pendant le temps au cours duquel il n'y a pas de si- gnal, cela signifie que le contenu du second compteur programmable 300 est supérieur ou égal à O et le pre- mier compteur programmable 140 compte à partir de l'é- tat 0 En présence d'un signal (cela signifie que le contenu du second compteur programmable 300 est infé- rieur à 0) le premier compteur programmable compte jusqu'à 1 à partir de sa valeur programmée. On peut également prévoir en variante que le second compteur programmable élimine dans la première phase des impulsions de l'oscillateur à l'entrée 142. De plus, la correction peut se faire pour des impul- sions quelconques dans la période du signal 105 du capteur de rotation. Lorsque le premier compteur programmable 140 atteint l'état de comptage O ou 1, il fournit une im- pulsion à la commande de moteur Ces impulsions appa- raissent dans le graphique de la figure 4 f La compa- raison avec les valeurs optimales de la figure 4 g mon- tre que dans ce mode de réalisation, la déviation est considérablement plus réduite. R E V E N D I C A T I O N S 1) Installation pour augmenter la résolution de signaux, notamment de signaux fournis par un cap- teur de vitesse de rotation, installation caractérisée par des moyens de comptage ( 120 130) à plusieurs étages qui déterminent la période du signal et des moyens générant des impulsions dont l'intervalle cor- respond à une fraction de la période déterminée par les moyens de comptage à plusieurs étages. 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens formant les impul- sions, comprennent au moins un moyen de comptage pro- grammable ( 140, 300). 3) Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'à des intervalles prédétermi- nés, on modifie le contenu d'un premier moyen de comp- tage ( 120) et le contenu d'un second moyen de comptage ( 140), et à l'arrivée d'un signal, le contenu du troi- sième moyen de comptage ( 130) est inscrit dans le se- cond moyen de comptage ( 140) et le premier moyen de comptage ( 120) et le troisième moyen de comptage ( 130) sont remis à l'état initial, le contenu du troisième moyen de comptage ( 130) est modifié lorsque le premier moyen de comptage ( 120) atteint une valeur prédétermi- née et le second moyen de comptage ( 140) émet une im- pulsion lorsqu'il atteint une valeur prédéterminée ( 0). 4) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le second moyen de comptage ( 140) est remis à la valeur enregistrée en dernier lieu, après qu'il ait émis une impulsion. ) Installation selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que les inter- valles prédéterminés sont considérablement plus courts que la période du signal. 6) Installation selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'à l'arrivée de l'impulsion, le contenu du premier moyen de compta- ge ( 120) est inscrit dans un quatrième moyen de comp- tage ( 300) et le contenu du quatrième moyen de compta- ge ( 300) est modifié lorsque le premier moyen de comp- tage ( 120) atteint la valeur prédéterminée et en ce qu'aussi longtemps que le quatrième moyen de comptage ( 300) n'a pas atteint une valeur prédéterminée, on corrige la valeur prédéterminée pour laquelle le se- cond moyen de comptage ( 140) émet une impulsion.