Brevet FR2735871A1 — publié le 19961227

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DIAGNOSTIC DU FONCTIONNEMENT D'UN CAPTEUR DE TYPE POTENTIONETRIQUE L'invention concerne un procédé et un dispositif de diagnostic du fonctionnement d'un capteur de type potentiométrique, constitué par une résistance électrique sur laquelle se déplace un curseur mécanique, et délivrant une tension électrique variable qui est fonction de la position du curseur. L'invention permet de distinguer les défauts de fonctionnement du capteur proprement dit des défauts affectant le câblage et la connectique. De tels potentiomètres sont utilisés notamment dans de nombreux capteurs appliqués à l'automobile, en particulier pour mesurer l'angle du papillon d'admission, la hauteur de la caisse du véhicule, le niveau de l'essence dans le réservoir, la position des sièges, etc... La figure 1 montre le principe de mesure obtenu par un capteur de type potentiomètrique 1 constitué d'une résistance R aux deux bornes A et B de laquelle est établie une tension U0. En fonction de la position du curseur 2 sur la résistance R, définissant deux résistances r1 et r2 de part et d'autre du curseur et dont la somme est égale à R, la tension U délivrée par le potentiomètre entre une des deux bornes A de la résistance R et le curseur, s'écrit: U = UO * r2 / rl + r2 et varie de 0 volt à U0 volts. Un capteur potentiométrique est relié à un système électronique, ou unité centrale électronique, dont une des fonctions est de lire la tension qu'il délivre afin d'appliquer une stratégie de pilotage, du moteur par exemple, grâce à un microprocesseur. La figure 2 est un schéma électrique d'une utilisation d'un capteur de type potentiométrique 1, avec un curseur 2, relié à une unité centrale électronique 3 par trois fils électriques 4 aboutissant à trois points de connexion P1, P2 et P3. Actuellement, il est impossible de différencier un défaut du curseur 2 d'une rupture d'un point de connexion entre le capteur 1 et le système électronique 3, en particulier un circuit ouvert dans le capteur et une rupture du point P2 de connexion centrale. De plus, ces défauts sont souvent fugitifs et aléatoires, ce qui rend encore plus difficile leur détection. Cela aboutit, en cas de pannes, à des interventions inadaptées dans les garages, par exemple à un changement de capteur alors qu'il s'agit d'un défaut de connectique, pouvant résulter de l'oxydation des connecteurs. Dans ces cas-là, l'inconvénient de cette ignorance de la cause de la panne est soit un coût trop élevé soit des immobilisations inutiles du véhicule. L'invention vise donc à identifier avec précision l'origine du défaut, en proposant un procédé de diagnostic du fonctionnement d'un capteur de type potentiométrique, constitué par une résistance électrique entre les deux bornes de laquelle se déplace un curseur mécanique, et délivrant une tension électrique variable, qui est fonction de la position du curseur, à une unité centrale électronique comprenant un microcontrôleur, caractérisé qu'il comporte les étapes suivantes - envoi d'un courant alternatif vers le curseur du capteur par l'unité centrale électronique; - filtrage de ce courant entre le curseur et une des bornes de la résistance du capteur; - lecture du signal de tension délivré par le capteur entre une de ses bornes et le curseur; - détection de transitions sur le signal de tension délivré par le capteur. Un autre objet de l'invention est un dispositif de diagnostic du fonctionnement d'un capteur de type potentiométrique, constitué par une résistance électrique entre les deux bornes de laquelle se déplace un curseur mécanique, et délivrant une tension électrique variable, qui est fonction de la position du curseur, à une unité centrale électronique à laquelle il est relié par trois fils électriques en trois points de connexion et comprenant un microcontrôleur, caractérisé qu'il comporte d'une part - un filtre de courant alternatif, placé entre le curseur et une des bornes de la résistance du capteur; et d'autre part, connectés au curseur du capteur - un circuit générateur de courant alternatif, - un circuit de polarisation interne; - un filtre basse fréquence; - le microcontrôleur de l'unité centrale électronique effectuant la lecture du signal de tension délivré par le capteur entre une de ses bornes et le curseur, après passage par le filtre basse fréquence; - un circuit de détection de transitions sur le signal de tension délivré par le capteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, cette description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels, outre la figure 1 déjà décrite et qui est le schéma électrique d'un capteur de type potentiométrique et la figure 2 déjà décrite qui est le schéma électrique d'une utilisation d'un capteur de type potentiométrique relié à une unité centrale électronique - la figure 3 est le schéma électrique de principe du procédé de diagnostic selon l'invention; - la figure 4 est le schéma électrique fonctionnel du dispositif de diagnostic selon l'invention; - la figure 5 est le schéma électrique d'un exemple de réalisation du dispositif de diagnostic selon l'invention. Les éléments portant les mêmes références dans les différentes figures remplissent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. Le procédé de diagnostic du fonctionnement d'un capteur de type potentiométrique, selon l'invention, repose sur l'utilisation d'un signal de courant alternatif injecté sur le curseur du potentiomètre par l'unité centrale électronique à laquelle il est relié, et filtré au niveau du capteur. Ce filtrage de type capacitif doit présenter, à la fréquence du signal alternatif injecté, une impédance beaucoup plus faible que celle du capteur et du câblage constitué par les fils de connexion entre le capteur et l'unité centrale. Comme le montre la figure 3 qui est le schéma électrique de principe du procédé de diagnostic selon l'invention, l'unité centrale électronique génère un courant alternatif I qu'il envoie dans le curseur 2 du capteur 1, ce courant étant ensuite filtré par une capacité C placée entre le curseur et une borne A du capteur.Etant données d'une part les tensions V1, V2 et V3 entre le système électronique et d'autre part respectivement le point de connexion P1 avec une des bornes A du capteur, le point de connexion P2 avec le curseur et le point de connexion P3 avec l'autre borne B, et étant données les valeurs rl et r2 des résistances du capteur définies de chaque côté du curseur, en fonctionnement normal la capacité C filtre le signal alternatif et le signal de tension V2 délivré après le curseur s'écrit V2 = (V3-V1) * r2/(r1+r2) = (V3-V1) * r2/R avec R = r1+r2 (valeur du potentiomètre). En cas de défaut de connexion au point P2 entre l'unité centrale électronique et le curseur du capteur, le signal alternatif issu de ladite unité centrale n'est plus filtré par la capacité C, et le microcontrôleur de l'unité électronique lit une tension V2 alternative représentative du signal alternatif envoyé sur le curseur. En cas de défaut sur le curseur même du capteur, le signal alternatif envoyé est filtré par la capacité C, mais le signal de tension V2 lu par l'unité centrale électronique est continu, donc sans transition, dont la valeur dépend de la polarisation interne de l'unité centrale. Ainsi, en fonction du signal de tension lu par l'unité centrale électronique, entre le curseur et une des bornes du capteur, l'invention permet d'identifier les défauts, et présente l'avantage supplémentaire de créer un courant dans les fils de connexion, ce qui améliore la fiabilité de la connectique et du capteur. La figure 4 est le schéma électrique fonctionnel du dispositif mettant en oeuvre le procédé de diagnostic, selon l'invention, du fonctionnement d'un capteur 1 de type potentiométrique, constitué par une résistance R entre les bornes de laquelle se déplace un curseur 2 relié à une unité centrale électronique 3 par trois fils électriques 4 en trois points de connexion P1, P2 et P3. Les deux bornes A et B du capteur sont reliées à l'unité centrale électronique pour être alimentées par des tensions continues V1 et V2 respectivement. L'une des bornes A peut être reliée par l'intermédiaire d'une résistance optionnelle Rg en parallèle avec une capacité C0, de l'ordre de 100 nF, servant de protection et de détection des court-circuits à la masse. De même, l'autre borne B du capteur peut être protégée par une résistance R5. Ce dispositif de diagnostic comporte tout d'abord les éléments suivants qui sont placés dans l'unité centrale électronique 3 comprenant un microcontrôleur 5, et qui sont reliés au curseur du capteur : un circuit générateur 6 de courant alternatif, un circuit 7 de polarisation interne, un filtre basse fréquence 8, le microcontrôleur 5 de l'unité centrale électronique effectuant la lecture du signal de tension délivré par le capteur entre une de ses bornes et le curseur, après filtrage dans le filtre basse fréquence 8, et un circuit 9 de détection de transitions sur le signal de tension délivré par le capteur. Le dispositif comporte de plus, au niveau du capteur lui-même, un filtre C de courant alternatif, soit une capacité, placé entre le curseur 2 et une des bornes A de la résistance.Comme cela a été dit précédemment, la capacité de filtrage doit être importante, supérieure à la capacité du câblage et des éléments parasites du capteur, dans un rapport d'au moins 10. La figure 5 est le schéma électrique d'un exemple particulier de réalisation du dispositif de diagnostic selon l'invention. Le circuit 6 est constitué par un générateur 60 de tension alternative de quelques volts en l'absence de charge, délivrant un courant alternatif I dans le câblage et le capteur en présence de la capacité C dans le capteur. Ce courant alternatif peut avoir une fréquence f g = 20 Hz par exemple et une intensité comprise entre 0 et 5 ampères. Le générateur 60 est connecté à un circuit de couplage 61 entre ce générateur et le capteur.Ce circuit 61 de couplage comprend une résistance Rg, de valeur inférieure à la valeur de la résistance R du capteur, pour imposer le signal alternatif dans le curseur, en série avec une capacité Cg de valeur inférieure à celle du filtre C dans le capteur -10 nanoFarads par exemple-. Une capacité C'g peut être ajoutée entre la résistance Rg et la capacité Cg et la masse, afin d'arrondir les fronts du signal de courant envoyé sur le curseur. Le circuit 7 de polarisation interne de l'unité centrale 3 est constitué par une résistance Rp, de valeur très supérieure à celle R du capteur - par exemple 100*R -, reliée à une source de tension Vp continue. En fonctionnement normal, la tension au point P2, sur le curseur, est comprise entre V1 et V2 volts, mais en cas d'anomalie, notamment en cas de rupture du curseur, cette tension se trouve en dehors de cette plage. Dans les calculateurs automobiles notamment, la tension de référence est 5 volts, c'est pourquoi on peut choisir que les bornes du capteur soient reliées d'une part à une tension V1 égale à 0 volt et une tension V2 égale à 5 volts, et que la valeur de la tension de polarisation en dehors de la plage de fonctionnement normale du capteur soit égale par exemple à 8 volts ou à - 2 volts. Le filtre basse fréquence 8, placé entre le curseur du capteur et le microcontrôleur de l'unité centrale électronique qui effectue la lecture du signal de tension délivré par le capteur, est réalisé à partir d'une résistance Rf et d'une capacité Cf, telles que la fréquence de coupure du filtre f = 1/2o Rfcf est très inférieure à la fréquence f g du signal généré sur le curseur. Le rôle de ce filtre est d'éliminer la composante alternative du signal lu sur le curseur du capteur et qui est perturbé par le générateur de courant alternatif. C'est ce courant alternatif qui nettoie les contacts du capteur et des connecteurs. Le circuit 9 de détection de transitions sur le signal de tension délivré par le capteur est constitué par un filtre passe-haut 10, ne laissant pas passer le signal continu de fréquence inférieure à 10 Hz, suivi d'une porte logique 11 à hystérésis. Cette porte permet de n'autoriser la validation de la détection d'une transition que si un nombre minimum, 5 par exemple, de transitions ont été détectées pendant une durée donnée, 1 ms par exemple. Le rôle du circuit 9 de détections est de reconnaitre si le signal de courant alternatif envoyé sur le curseur a été filtré ou non par la capacité C. Dans le cas d'un fonctionnement normal, aucune transition sur le signal lu par le microcontrôleur n'existe, donc n'est détectée, par contre, en cas de rupture du câblage de part et d'autre de la capacité C de filtrage du signal alternatif, il y a détection d'une transition. Le tableau suivant répertorie les cas de disfonctionnement du capteur ou des connexions en liaison avec le signal de tension lu sur le curseur et du signal délivré par le détecteur de transitions, dans un exemple particulier où la borne A du capteur 1 est reliée à la masse (V1 = 0 volt) par une résistance Ro = r, sa borne B est reliée à une tension de 5 volts par une résistance R5 = r, et où la valeur de la résistance R du capteur est égale à 3r. Fonctionnement du curseur Tension lue Transition normal comprise entre sans (1 v ; 4 V) rupture connexion P1 5 volts avec C non connectée rupture connexion P2 8 V ou -2 V avec selon polarisation interne rupture connexion P3 O V sans capacité C filtre rupture curseur 8 V ou -2 V sans capacité C filtre court-circuit à la masse comprise entre sans de la connexion P1 (O ; 5*3r/4r) court-circuit à la masse O V sans de la connexion P2 court-circuit à la masse O V sans de la connexion P3 court-circuit à 12 volts comprise entre sans de la connexion P1 (7*r/4r + 5 ; 12 V) (6.7 V ; 12 V) court-circuit à 12 volts 12 V sans de la connexion P2 court-circuit à 12 volts comprise entre sans de la connexion P3 (r/4r*12 ; 12 V) (3 V ; 12 V) Ainsi, grâce à l'invention, il est possible de détecter les défauts de fonctionnement d'un capteur de type potentiométrique et également d'améliorer la connectique par passage d'un courant suffisamment élevé dans les fils électriques. En effet, étant donnée l'impédance élevée - 10 à 100 kn - du capteur, les fils font circuler des courants électriques très faibles de quelques micro-ampères, les contacts s'oxydent, bloquant le passage de ces courants. Pour faire claquer ces oxydes qui sont des isolants électriques, il faut créer un échauffement local en superposant à ces faibles courants continus un courant alternatif plus élevé, de l'ordre de quelques milliampères. L'invention s'applique bien entendu à tout dispositif mécanique présentant un contact mécanique similaire au curseur d'un potentiomètre. REVENDICATIONS 1. Procédé de diagnostic du fonctionnement d'un capteur de type potentiométrique, constitué par une résistance électrique entre les deux bornes de laquelle se déplace un curseur mécanique, et délivrant une tension électrique variable, qui est fonction de la position du curseur, à une unité centrale électronique comprenant un microcontrôleur, caractérisé qu'il comporte les étapes suivantes - envoi d'un courant alternatif vers le curseur (2) du capteur (1) par l'unité centrale électronique (3); - filtrage de ce courant entre le curseur (2) et une des bornes (A) de la résistance (R) du capteur; - lecture du signal de tension (U) délivré par le capteur (1) entre une de ses bornes (A) et le curseur (2); - détection de transitions sur le signal de tension délivré par le capteur. 2. Dispositif de diagnostic du fonctionnement d'un capteur de type potentiométrique mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1, constitué par une résistance électrique entre les deux bornes de laquelle se déplace un curseur mécanique, et délivrant une tension électrique variable, qui est fonction de la position du curseur, à une unité centrale électronique à laquelle il est relié par trois fils électriques (4) en trois points de connexion (P1, P2, P3) et comprenant un microcontrôleur (5), caractérisé en ce qu'il comporte d'une part - un filtre (C) de courant alternatif, placé entre le curseur (2) et une des bornes (A) de la résistance (R) du capteur (1); et d'autre part, connectés au curseur (2) du capteur (1): - un dispositif générateur (6) de courant alternatif, - un dispositif de polarisation interne (7); - un filtre basse fréquence (8); - le microcontrôleur (5) de l'unité centrale électronique (3) effectuant la lecture du signal de tension (U) délivré par le capteur (1) entre une de ses bornes (A) et le curseur (2), après passage par le filtre basse fréquence; - un circuit de détection de transitions (9) sur le signal de tension délivré par le capteur (1). 3. Dispositif de diagnostic selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre (C) de courant alternatif, placé entre le curseur (2) et une des bornes (A) de la résistance (R) du capteur (1), est une capacité de valeur très supérieure à la capacité parasite des fils électriques (4) reliant le capteur à l'unité centrale électronique (3) et des éléments parasites du capteur (1). 4. Dispositif de diagnostic selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif générateur (6) de courant alternatif, placé dans l'unité centrale électronique (3), est constitué par un générateur (60) de courant alternatif (I), connecté à un circuit de couplage (61) entre ledit générateur et le curseur (2) du capteur (1). 5. Dispositif de diagnostic selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de polarisation interne (7) de l'unité centrale (3) est constitué par une résistance (ri), de valeur très supérieure à celle (R) du capteur (1), connectée à une source de tension continue (Vp) de valeur différente de la plage des valeurs du capteur en fonctionnement normal. 6. Dispositif de diagnostic selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre basse fréquence (8) est réalisé par une résistance (Rf) et une capacité (Cf) telles que la fréquence de coupure du filtre est très inférieure à la fréquence du signal alternatif généré sur le curseur (2) par le dispositif (6). 7. Dispositif de diagnostic selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de détection de transitions (9) sur le signal de tension délivré par le capteur (1) est constitué par un filtre passe-haut (10) suivi d'une porte logique (11) à hystérésis.