Brevet FR2704063A1 — publié le 19941021

" Procédé et dispositif pour la mesure sans contact d'une vitesse de rotation " L'invention concerne un procédé pour la mesure de la vitesse de rotation d'une pièce rotative, notamment d'une pièce rotative entourée par un carter et un disposi- tif pour sa mise en oeuvre. Pour déterminer la vitesse de rotation de piè- ces rotatives, on explore habituellement des repères, qui sont rapportés sur cette pièce rotative, à l'aide d'un cap- teur spécial, par exemple un capteur inductif. Dans le cas de pièces rotatives qui sont complètement entourées par le carter, une telle détermination de vitesse de rotation n'est toutefois pas possible. Dans le cas par exemple des pompes électriques de carburant, qui sont complètement en- capsulées, il n'y a pas de parties tournantes venant à l'extérieur, de sorte que d'autres mesures de la vitesse de rotation sont nécessaires. En conséquence, il est par exemple proposé dans le document DE- 41 33 269 non publié, une détection de la vitesse de rotation dans laquelle, notamment en liaison avec une mesure de la vitesse de rotation d'une pompe élec- trique de carburant, le signal de courant de cette pompe électrique de carburant est exploité. Du fait que l'alimen- tation en courant de l'enroulement de l'induit varie pen- dant la rotation de l'induit, il se produit des fluctuations du courant dépendant de la vitesse de rota- tion. Ces fluctuations de courant qui se produisent avec une fréquence dépendant de la vitesse de rotation sont nu- mérisées par exploration du signal de courant et subissent deux fois les transformations de Fourier dans un ordina- teur. Après la seconde transformation de Fourier, on ob- tient un spectre dans lequel la vitesse de rotation peut être déterminée directement à partir du maximum absolu. L'invention concerne un procédé caractérisé en ce qu'on détecte un signal dépendant de la vitesse de rota- tion, on filtre ce signal et on le met sous forme numérique par exploration, et dans un ordinateur on forme une succes- sion d'auto-corrélations, à partir des maxima et/ou des mi- nima de laquelle on détermine la vitesse de rotation, en exploitant l'intervalle entre au moins deux maxima ou mini- ma successifs. Le procédé selon l'invention présente par rap- port aux solutions déjà connues, l'avantage qu'avec une dé- pense de calcul justifiable, une information très sûre et précise sur la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu est possible sans qu'un capteur de vitesse de rota- tion supplémentaire soit nécessaire. Cet avantage est obtenu en ce que le signal de courant du moteur à courant continu est exploré et que les fluctuations de courant se produisant pendant la rotation de l'induit du fait de variations d'alimentation en courant des enroulements d'induits, fluctuations qui représentent une fraction de courant alternatif et qui se produisent avec une fréquence tout à fait déterminée en fonction de la vitesse de rotation, sont traitées de façon appropriée dans un ordinateur. Après l'exploration du signal de courant avec des taux d'exploration suffisamment élevés et des points d'exploration suffisamment nombreux, une succession d'auto-corrélations est alors formée. Cette succession d'auto-corrélations est périodique, l'exploitation de la période, par exemple l'exploitation des intervalles entre 3 2704063 les maxima de la succession d'auto-corrélations, constitue une mesure directe pour la vitesse de rotation souhaitée. Si la vitesse de rotation n'est pas seulement formée à partir de l'intervalle de deux maxima, mais par l'intermédiaire de la formation d'une valeur moyenne des intervalles de plusieurs maxima ou minima, la précision de la détection de la vitesse de rotation est augmentée. Un autre avantage de l'invention est que l'in- fluence sur une détection sûre de la vitesse de rotation de la fréquence choisie avec laquelle le signal de courant est exploré, est notablement plus réduite que dans des solu- tions connues. Des configurations et développements avantageux de l'invention sont obtenus grâce au fait que: - une succession finie d'auto- corrélations est formée et le choix du nombre des valeurs d'exploration et/ou de l'intervalle entre les valeurs d'exploration est fait en fonction de la précision souhaitée et de la capaci- té de calcul disponible. - la vitesse de rotation est formée à partir de l'intervalle des deux maxima voisins ou de deux minima voi- sins de la succession d'auto-corrélations (AKF(i)). - la pièce rotative est l'induit d'une pompe électrique de carburant - le signal est le signal de courant ou bien le signal magnétique de la pompe électrique de carburant - la formation de la fonction d'auto- corrélations et/ou l'exploitation venant ensuite, s'effec- tue dans un ordinateur notamment un microprocesseur. - la vitesse de rotation déterminée est utili- sée comme valeur d'évaluation qui est utilisée pour fixer les taux d'exploration avec lesquels le signal de courant sera exploré lors de l'exploitation immédiatement suivante. - le signal de courant exploré subit deux fois une transformation de Fourier pour obtenir un spectre et la vitesse de rotation est déterminée par exploitation du maximum absolu existant dans le spectre) obtenu par la dou- ble transformation de Fourier, tandis que lors de la fixa- tion des paramètres de la transformation de Fourier, il est tenu compte de la valeur d'évaluation de la vitesse de ro- tation précédemment déterminée. - la vitesse de rotation est obtenue par déter- mination du temps correspondant au maximum qui est inverse- ment proportionnel à la vitesse de rotation L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, caractérisé en ce qu'il est prévu pour le signal dépendant de la vitesse de rota- tion, un dispositif de mesure du courant qui délivre un si- gnal, lequel par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande et d'un amplificateur est appliqué à un convertisseur analogi- que/numérique auquel se raccorde un ordinateur et la vi- tesse de rotation est délivrée par l'intermédiaire d'une unité de sortie. L'invention est représentée sur les dessins, à titre d'exemple non limitatif, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif avec lequel le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre, - la figure 2 montre l'évolution du courant ex- ploré en fonction des points d'exploration discrets n, - la figure 3 représente la succession d'auto- corrélations calculée, - la figure 4 montre le spectre qui est obtenu après deux transformations de Fourier. A la figure 1, un dispositif avec lequel le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre, est re- présenté sous la forme d'un schéma par blocs. Dans ce sché- ma 10 désigne la pompe électrique de carburant, comme par exemple d'un moteur électrique à courant continu, dont la vitesse de rotation D doit être déterminée. 11 désigne un dispositif de mesure du courant, qui mesure le signal de courant I(t) ou bien les champs magnétiques de la pompe électrique de carburant 10 provoqués par le signal de cou- rant et délivre le signal de courant Il(t). Le dispositif de mesure il se raccorde à un filtre passe-bande 12 pour la séparation de la fraction continue et pour l'enlèvement des fractions de plus haute fréquence du signal. Le courant I2 (t) ainsi obtenu est, pour permettre un traitement ultérieur, amplifié dans un amplificateur 13 venant à la suite, par exemple un amplifi- cateur adaptatif, dont le facteur d'amplification est sus- ceptible d'être modifié. Dans un convertisseur analogique/numérique 14, le signal I3 (t) est mis sous forme numérique. Le signal I3 (n) en résultant est représenté à la figure 2. L'exploi- tation complémentaire s'effectue dans un ordinateur 15, par exemple un processeur de signal qui, par l'intermédiaire de l'unité de sortie désignée par 16, délivre la vitesse de rotation D déterminée. Le convertisseur analogi- que/numérique 14 peut également faire partie de l'ordina- teur 15 et être commandé par ce dernier. En ce qui concerne la pompe électrique de car- burant désignée par 10, dont la vitesse de rotation n doit être déterminée, il peut s'agir d'une pompe électrique quelconque, qui est complètement entourée par un carter, de sorte qu'aucune pièce susceptible de tourner n'est accessi- ble de l'extérieur. Bien entendu, l'invention peut cepen- dant s'étendre à des moteurs électriques à courant continu quelconques. Le courant électrique amené à la pompe électri- que de carburant 10 qui, en fin de compte provoque une ro- tation de l'induit, mais qui est également influencée par le moteur électrique lui-même, est exploité conformément à l'invention. Du fait de l'alimentation en courant variable des enroulements d'induit de la pompe pendant la rotation, des fluctuations périodiques de courant se produisent. Ces fluctuations de courant dépendent de la vitesse de rotation et sont utilisées pour déterminer cette vitesse de rota- tion, ce que l'on appelle la représentation du courant I3 (n) étant tout d'abord déterminée. L'évolution dans le temps du courant dans le cas d'un moteur à courant continu, a, à côté de la fraction continue formant le couple utile, également une fraction variable qui provient des processus de commutation ayant lieu sur le collecteur. La fraction variable du courant I3 (n) d'un moteur à courant continu mesurée avec un dispo- sitif selon la figure 1, est représentée à la figure 2. Dans la périodicité reconnaissable du signal, l'information sur la vitesse de rotation instantanée du moteur est conte- nue comme cela a été déjà exposé. Cette périodicité est es- sentiellement provoquée par les processus de commutation sur le collecteur. Pour la détermination de cette périodi- cité, le signal est mis sous forme numérique et exploré à l'aide d'un ordinateur 15. Dans cet ordinateur 15 l'évolu- tion dans le temps est mémorisée. A partir d'un nombre suffisamment important N de valeurs d'exploration x, une succession d'auto- corrélations finie (AKF(i)) est déterminée qui se présente selon l'égalité suivante: m AKF(i) = Z x(j) * x(j + i) pour i = O...n j = O Cette égalité est par exemple connue par: Kam- meyer U.D-./Kroschel K.: Digitale Signal-verarbeitung und Spektralanalyse, B.G. Edition Teubner 1989, Stuttgart. Le choix des valeurs de n et m est dépendant du nombre N des valeurs d'exploration x relevées, dont les va- leurs instantanées sont utilisées pour le calcul des AKF, 7 2704063 de la précision exigée et du temps de calcul admissible. Le choix peut s'effectuer de façon empirique. Il s'est par exemple avéré judicieux, dans le cas d'un nombre choisi de points d'exploration N = 1024, de fixer les valeurs de n et m à n = 200 et m = 200. Ces va- leurs représentent, pour ce cas, un bon compromis entre le temps de calcul et la précision du résultat. Si des valeurs appropriées sont sélectionnées pour n et m, il en résulte une succession d'auto- corrélations AKF(i) telle qu'elle est représentée à la fi- -gure 3. A partir de cette succession d'auto-corrélations AKF(i), on peut déterminer la vitesse de rotation, en ex- ploitant la différence des positions il et i2 de deux maxi- ma ou minima successifs. La vitesse de rotation se calcule comme suit: D = (60*fa) / (i2 -il) * k) fa désigne la fréquence d'exploration, et k in- dique le nombre des segments du collecteur. Dans l'exemple selon la figure 2, c'est-à-dire pour un moteur à courant continu à 8 encoches, on a k = 8. Les positions il et i2 exploitables sont repor- tées, à titre d'exemple à la figure 3. La précision de la valeur ainsi déterminée de la vitesse de rotation peut être augmentée en ce que la vi- tesse de rotation n'est pas seulement déterminée à partir de l'intervalle de deux maxima ou minima successifs, mais en ce que les intervalles de plusieurs ou de tous les maxi- ma ou minima exploitables, sont déterminés et leur valeur moyenne est formée. Une autre possibilité d'augmenter la précision pour la détermination de la vitesse de rotation peut être obtenue en ce que la position des maxima et minima est dé- terminée de façon encore plus précise par interpolation à l'aide d'un algorithme approprié dans l'ordinateur. Avec le procédé ainsi décrit, la vitesse de ro- tation d'un moteur électrique peut être déterminée de façon fiable. Le procédé de détermination de la vitesse de rota- tion au moyen d'une succession d'auto-corrélations, peut également être appliqué en relation ou combinaison avec un procédé pour la détermination de la vitesse de rotation au moyen d'une double transformation rapide de Fourier, telle qu'elle est décrite dans la demande de brevet allemand non publiée DE- 41 33 269. Le contenu de cette demande de bre- vet DE- 41 33 269 doit, en outre, faire partie de l'exposé dans la présente demande. Dans le cas mentionné ci-dessus, avec la déter- mination décrite de la vitesse de rotation par l'intermé- diaire d'une succession d'auto-corrélations AKF(i), une valeur d'évaluation D* peut être déterminée pour la vitesse de rotation et avec cette valeur d'évaluation D* les para- mètres nécessaires pour l'exploitation sûre selon la trans- formation rapide de Fourier (FFT), notamment un taux d'exploration approprié avec lequel le signal de courant est exploré lors de la mise sous forme numérique, peuvent être évalués, et de ce fait, ce procédé présente encore plus de sécurité vis à vis de mesures erronées. Les transformations de Fourier sont effectuées avec une carte de transformation de Fourier qui peut être partie constituante de l'ordinateur. A partir du signal de courant, on a après la double transformation de Fourier, un spectre U4(t) qui comporte un maximum absolu X(t) qui est proportionnel à la vitesse de rotation. Par détermination du temps correspondant à ce maximum, la vitesse de rotation peut être calculée à partir de la valeur inverse du temps. La valeur d'évaluation déterminée à partir du AKF(i) pour la vitesse de rotation peut également être le point de départ pour la détermination des taux d'explora- tion pour la formation immédiatement suivante d'un AKF(i). 9 2704063 R E V E N D I C A T I ONS 1.- Procédé pour mesurer la vitesse de rotation d'une pièce en rotation, notamment d'une pièce en rotation entourée par un carter, caractérisé en ce qu'on détecte un signal (Il(t)) dépendant de la vitesse de rotation (D), on filtre ce signal (Il(t)) et on le met sous forme numérique par exploration, et dans un ordinateur (15) on forme une succession d'auto-corrélations (AKF(i)), à partir des maxi- ma et/ou des minima, de laquelle on détermine la vitesse de rotation (D), en exploitant l'intervalle entre au moins deux maxima ou minima successifs. 2.- Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on forme une succession finie d'auto- corrélations (AKF(i)) et on choisit le nombre des valeurs d'exploration et/ou l'intervalle entre les valeurs d'explo- ration est fait en fonction de la précision souhaitée et de la capacité de calcul disponible. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on forme la vitesse de rotation à partir de l'intervalle de deux maxima voisins ou de deux minima voisins de la succession d'auto-corrélations (AKF(i)). 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce rotative est l'induit d'une pompe électrique de carburant (10). 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le signal (Il(t)) est le signal de courant ou bien le signal magnétique de la pompe électrique de carburant (10). 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que la formation de la fonction d'au- to-corrélations (AKF(i)) et/ou l'exploitation venant en- suite, s'effectue dans un ordinateur (15) notamment un microprocesseur. 7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise la vitesse de rotation déterminée comme valeur d'évaluation (D*), pour fixer les taux d'exploration, avec lesquels le signal de courant sera exploré lors de l'exploitation immédiatement suivante. 8.- Procédé selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'on soumet deux fois le signal de courant ex- ploré à une transformation de Fourier pour obtenir un spectre U(t) et on détermine la vitesse de rotation (D) par exploitation du maximum absolu X(t) existant dans le spec- tre U(t) obtenu par la double transformation de Fourier, tandis que lors de la fixation des paramètres de la trans- formation de Fourier, on tient compte de la valeur d'éva- luation de la vitesse de rotation (D*) précédemment déterminée. 9.- Procédé selon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'on forme la vitesse de rotation (D) par dé- termination du temps (t) correspondant au maximum X(t), qui est inversement proportionnel à la vitesse de rotation (D). 10.- Dispositif pour la mise en oeuvre du pro- cédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu pour le signal (I2(t)) dépendant de la vitesse de rotation (D), un dispositif de mesure du courant (11) qui délivre un signal (It(t)), lequel par l'intermé- diaire d'un filtre passe-bande (12) et d'un amplificateur (13) est appliqué à un convertisseur analogique/numérique auquel se raccorde un ordinateur (15) et la vitesse de ro- tation (D) est délivrée par l'intermédiaire d'une unité de sortie (16). 11.- Dispositif pour la mise en oeuvre du pro- cédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il est prévu dans l'ordinateur, une zone pour la for- mation d'une fonction d'auto-corrélations AKF(i) et, éven- tuellement aussi, une zone pour la mise en oeuvre des transformations de Fourier.