Brevet FR2767431A1 — publié le 19990219

La présente invention concerne une installation pour exploiter un signal de courant haute tension alternatif comprenant le cas échéant une partie de courant haute tension continu.5 Etat de la technique Il est connu d'exploiter des signaux de tension ou de courant alternatif, oscillant de manière périodique pour déterminer différentes grandeurs de mesure. C'est ainsi que l'on effectue par exemple des mesures d'angle ou de vi-10 tesse de rotation en utilisant des capteurs inductifs détec- tant un organe rotatif ayant une surface caractéristique. Comme pour de telles mesures, le capteur est fixe, l'organe en rotation génère dans le capteur (par exemple un capteur inductif à bobine de mesure) des tensions variant de manière15 périodique. A partir de la période de ces signaux, on déter- mine la vitesse de rotation ou pour une conception appropriée de la surface de l'organe tournant on détermine sa position angulaire. De telles installations pour générer une succes- sion de signaux dépendant de la vitesse de rotation sont par exemple connues en liaison avec la détection de la position angulaire du vilebrequin ou de l'arbre à cames d'un moteur à combustion interne. Usuellement, l'arbre concerné comporte une roue dentée ferromagnétique. Cette roue est détectée par un capteur muni d'une bobine. Comme la tension induite pré- sente une amplitude dépendant fortement de la vitesse de ro- tation et que, par ailleurs, cette tension peut être combinée le cas échéant à une tension perturbatrice, il faut envisager des moyens assurant une séparation nette entre le signal utile et le signal du fond. Le document DE 42 05 352 décrit une installation pour obtenir des signaux impulsionnels, permettant une sépa- ration des signaux utiles d'une composante complémentaire de tension continue. Cette séparation est effectuée par une com- pensation de décalage et un filtre passe-bas. De plus, le si- gnal de sortie filtré par le filtre passe-bas est comparé dans un comparateur à un signal d'entrée non filtré; en sor- tie du comparateur, on obtient ainsi un signal de sortie pra- tiquement libre de tout parasite. Ce circuit ne peut toute- fois pas s'adapter de manière optimale aux différents signaux à exploiter; en outre, il ne peut être adapté simplement à des variations dynamiques du signal. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une installation du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que le signal est appliqué à un comparateur à fenêtre dont le seuil supérieur et le seuil inférieur peuvent être modifiés et on modifie les deux seuils dans la mesure o le signal de courant haute ten- sion alternatif à exploiter atteint l'un des seuils. L'installation selon l'invention pour l'exploita- tion d'un signal de courant haute tension alternatif, combi- née le cas échéant à une partie de tension de courant conti- nu, selon l'invention, offre l'avantage de permettre une exploitation très sûre du signal indépendamment de l'amplitude de la partie de courant haute tension, continu. Il est particulièrement avantageux que les varia- tions de l'amplitude du signal à exploiter n'entraînent aucun effet négatif sur l'exploitation du signal. On obtient ces avantages du fait que le signal de tension alternatif à exploiter est appliqué à un comparateur à fenêtre dont le seuil supérieur et le seuil inférieur, sont variables et en ce que les deux seuils peuvent être modifiés de sorte que le signal de tension ou de courant alternatif, que l'on veut exploiter, atteigne l'un des deux seuils. De manière avantageuse, les deux seuils sont dé- calés de la même valeur. Ce décalage peut s'obtenir à l'aide d'une tension auxiliaire que l'on combine chaque fois aux seuils. A la sortie du comparateur à fenêtre, on obtient un signal rectangulaire dont le rapport de travail TA permet d'obtenir la vitesse de rotation. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - on détermine la vitesse de rotation du générateur à partir de la distance de flanc de signal de même type du signal de sortie, - l'asservissement en tension des seuils du comparateur à fe- nêtre se fait à l'aide d'un circuit d'asservissement de tension, ce circuit recevant des signaux de commande du comparateur à fenêtre provoquant une augmentation de la tension, un maintien de la tension à un niveau constant ou une diminution de la tension, - le circuit d'asservissement de la tension comprend un comp- teur recevant des signaux de commande Up, Stop, Down du comparateur de fenêtre et son état de comptage est exploité par un convertisseur numérique/analogique pour générer une tension auxiliaire, cette tension auxiliaire influençant le seuil supérieur et le seuil inférieur du comparateur à fe- nêtre, - le circuit d'asservissement de tension comprend deux moyens de commutation par lesquels on charge un condensateur par l'application d'un courant ou on maintient un potentiel constant ou on le décharge par l'évacuation d'un courant, - une source de tension constante reliée au condensateur et conçue pour qu'au point de jonction entre la source de ten- sion constante et le condensateur, on puisse détecter la tension de seuil inférieur et du côté opposé de la source de tension constante on puisse détecter le seuil de tension supérieur, - une pièce bascule bi- stable (Flip-Flop) dont l'entrée S est mise à l'état par un signal de commande Up et dont l'entrée R est commandée par un signal Down, et dont la sortie de cadence D donne le signal de sortie exploité comme signal VCL pour déterminer la vitesse de rotation. Il est particulièrement avantageux que les possi- bilités d'utilisation concernent n'importe quel signal de tension ou de courant alternatif. Il est même possible d'appliquer l'invention à des signaux de forme générale im- pulsionnelle. En liaison avec la saisie de la vitesse de ro- tation ou de l'angle pour des pièces en rotation par exemple des arbres de véhicule automobile, on garantit l'exploitation dans une plage de vitesses de rotation très étendue. L'utilisation de l'installation selon l'invention en combinaison avec l'exploitation de la tension de phase d'un générateur, permet de déterminer de manière garantie à la fois la vitesse de rotation du générateur et le début de la rotation. Dessins Un exemple de réalisation de l'invention est re- présenté dans les dessins et sera décrit ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: - la figure 1 montre un circuit selon l'invention combiné à un circuit d'exploitation de la vitesse de rotation, - les figures 2 et 3 montrent deux possibilités de circuit pour l'asservissement de la tension, - la figure 4 montre des profils simulés de signaux pour dif- férentes conditions. La figure 1 montre un exemple de réalisation de l'invention appliqué à un circuit d'exploitation d'un signal de capteur. La tension d'entrée UE du circuit selon l'invention est la tension de sortie d'un capteur SE détec- tant un disque rotatif SCH portant les repères angulaires WM et des intervalles ZR. Le disque rotatif (disque phonique) est relié à un arbre W par exemple le vilebrequin ou l'arbre à cames d'un moteur à combustion interne. Le passage des re- pères angulaires WM et des intervalles ZR devant le capteur SE génère dans celui-ci une tension alternative dépendant de la vitesse de rotation du disque SCH ou de l'angle W. La pé- riode du signal de tension alternative UE permet de détermi- ner la vitesse de rotation de l'arbre W. Pour faciliter l'exploitation, on transforme la tension alternative UE en une tension rectangulaire. Cette conversion de tension se fait à l'aide du circuit d'exploitation selon l'invention. Par l'exploitation des flancs ou des intervalles, des flancs du signal rectangulaire, on détermine non seulement la vi- tesse de rotation mais également la position angulaire de l'arbre W. S'il y a un repère de référence BZM sur le disque SCH, on peut également déterminer celui-ci de façon connue en exploitant le signal de capteur ainsi préparé. Comme lorsqu'on utilise un capteur SE, tra- vaillant selon le principe inductif, l'amplitude de la ten- sion de sortie du capteur dépend également fortement de la vitesse de rotation et comme en outre, dans les conditions défavorables on peut avoir un potentiel de tension continue auquel est combinée une variation périodique, la tension de sortie du capteur est appliquée comme tension d'entrée UE au5 circuit d'exploitation PH décrit ci-après. A la place de l'exploitation de la tension alter- native UE fournie par le capteur SE, on peut également appli- quer une tension alternative quelconque au bloc PH pour son exploitation. Par exemple, on peut également utiliser la ten-10 sion de phase d'un alternateur ayant également une partie al- ternative et le cas échéant une partie continue, pour déterminer la vitesse de rotation du générateur. En principe, on peut transformer pratiquement n'importe quel signal alter- natif en un signal rectangulaire dans le circuit PH. L'exploitation de la tension alternative UE se fait dans le circuit PH qui peut être constitué par un cir- cuit distinct ou faire partie du capteur SE ou de tout autre composant fournissant un signal. L'application de la tension UE à exploiter se fait par l'entrée EIN. Description de l'exemple de réalisation Le circuit PH se compose deux comparateurs Vl, V2 formant avec le bloc FK un comparateur à fenêtre. Les compa- rateurs V1, V2 comparent la tension alternative UE à un seuil supérieur UoS et à un seuil inférieur Uus. Si la tension est supérieure au seuil supérieur UOS, le comparateur à fenêtre déclenche une opération de comptage UP qui produit une aug- mentation de tension par le bloc SN dans lequel il y a un as- servissement de tension. On augmente ainsi à la fois le seuil supérieur et le seuil inférieur. Lorsque la comparaison de la tension dans le comparateur à fenêtre indique que la tension se situe dans la plage de la fenêtre, le comparateur émet un signal d'arrêt qui supprime alors l'asservissement de la ten- sion. Si la tension est inférieure au seuil inférieur Uus, le comparateur à fenêtre émet un signal de décomptage et l'asservissement de la tension abaisse à la fois le seuil su- périeur et le seuil inférieur. A la sortie de cadence TA de l'asservissement de tension SN, on obtient un signal rectan- gulaire qui convertit à chaque initialisation d'un asservis- sement de tension, son niveau et contient en définitive des informations relatives à la vitesse de rotation, que l'on peut exploiter et appliquées par exemple à l'appareil de com- mande du moteur à combustion interne ou au convertisseur de tension; puis celui-ci fixe sa stratégie de régulation en fonction de la vitesse de rotation obtenue. Les conditions de commutation précises de l'asservissement en tension seront explicitées en liaison avec la figure 4. Les figures 2 et 3 montrent deux réalisations de l'asservissement en tension SN. Dans le premier exemple selon la figure 2, on a un compteur/décompteur Z à (n) bit qui est commandé par le comparateur à fenêtre avec les signaux Up, (comptage) stop (arrêt) et down (décomptage). Suivant la com- mande, le compteur compte ou décompte ou reste à un état de comptage constant. L'état de comptage du compteur Z est con- verti en une tension analogique par un convertisseur numéri- que/analogique DAC; cette tension analogique définit le seuil supérieur et le seuil inférieur UoS et Uus. Lorsque la tension dépasse le seuil supérieur du comparateur, le sens du comptage du compteur Z passe à Up (comptage) et l'état de comptage et ainsi la tension auxiliaire sont augmentés selon une fréquence de cadence fixée pour que la tension se trouve de nouveau en dessous du seuil supérieur. Le changement de sens de comptage pour passer au décomptage ne se produit que si l'on passe en dessous de la tension du seuil inférieur il faut veiller à ce que le seuil inférieur soit relevé. L'asservissement en tension peut être appelé gé- nération d'une tension auxiliaire, celle-ci étant combinée aux deux seuils pour les décaler. La commutation de seuil, évoquée peut être obte- nue comme cela sera décrit à l'aide de la figure 4: lorsque la tension atteint le seuil supérieur UOS, ce seuil supérieur est relevé car le comparateur à fenêtre commande le compteur Z pour compter. En même temps, par l'asservissement en ten- sion, on relève également le seuil inférieur; dans la plage 1, le seuil inférieur est augmenté moins fortement car le circuit se trouve à sa butée inférieure. Apres que la tension UE soit tombée à une valeur correspondant au seuil inférieur Uus les deux seuils sont de nouveau remis à l'état initial. Lorsque ensuite la tension atteint le seuil supérieur, les seuils sont de nouveau remis à l'état haut et ils sont remis de nouveau à leur état initial lorsqu'on atteint le seuil in- férieur. Lors du relevage des seuils, l'entrée de mise à l'état du FlipFlop FF (bascule bi-stable) reliée à l'entrée de comptage du compteur Z est mise à l'état. Lors de la com- mutation en retour, le Flip-Flop FF est remis à l'état ini- tial. A la sortie du Flip-Flop FF, on obtient ainsi un signal d'exploitation VCL, TA dont l'intervalle entre les impulsions (si l'on exploite par exemple les flancs arrière) représente une mesure précise de la fréquence de la tension. Le signal d'exploitation TA présente une variation de niveau à chaque variation de seuil. Les zones 2, 3, 4 de la figure 4 représentent des exemples dans lesquels la tension déclenche un décalage du seuil chaque fois lorsqu'on atteint le seuil supérieur et le seuil inférieur. Ainsi, dans la zone 2, on atteint tout d'abord le seuil supérieur puis les deux seuils sont relevés. Si la tension revient au seuil inférieur, les seuils sont de nouveau abaissés à leur valeur initiale et lorsqu'on atteint le seuil abaissé, le compteur Z reçoit un signal de décomp- tage de sorte que les deux seuils sont abaissés de la même valeur. Ainsi en principe les décalages des seuils sont dé- clenchés lorsque la tension de phase atteint l'un des seuils. Pour la forme du signal représenté dans la zone 3, la tension de phase atteint tout d'abord le seuil infé- rieur. Le compteur reçoit ainsi tout d'abord un signal Down (décomptage) et il décompte si bien que les deux seuils sont tout d'abord abaissés. Lorsqu'on atteint le seuil supérieur, abaissé, on revient au seuil initial et lorsqu'on atteint ce seuil, il y a une nouvelle augmentation du seuil, le seuil supérieur et le seuil inférieur étant modifiés de la même va- leur. Dans la zone 4, le circuit est à sa butée supé- rieure. Le signal de tension alternatif se trouve ainsi à un niveau de tension continue tellement élevé qu'il ne peut plus y avoir d'augmentation du seuil, mais seulement un abaisse- ment lorsqu'on atteint le seuil inférieur. A l'aide du signal VCL, TA (comme déjà indiqué), on reconnaît d'une part si l'arbre tourne ou s'il est immo- bile. En mesurant l'intervalle de temps entre des flancs de même type du signal VCL, on obtient la vitesse de rotation et on poursuit le traitement. La figure 3 montre une seconde possibilité d'asservissement de tension, l'obtention du signal d'exploitation TA étant comme dans l'exemple de la figure 2. Dans cette solution, le compteur est remplacé par une source de courant que l'on peut brancher. Si le comparateur à fenê- tre émet un signal Up (comptage) le compteur C est chargé par l'envoi d'un courant I ce qui augmente le seuil inférieur. La différence entre le seuil inférieur et le seuil supérieur est maintenue constante par une source de tension fournissant une tension UF; cela signifie que le seuil supérieur est augmen- té de la même mesure que le seuil inférieur. Si le compara- teur à fenêtre émet un signal Down, le condensateur C est déchargé de manière correspondante et les seuils sont abais- sés. Aussi longtemps qu'un signal d'arrêt est appliqué, les seuils restent constants. Si le circuit d'exploitation de courant de ten- sion selon l'invention est utilisé de manière générale pour exploiter une tension périodique, on a une séparation avanta- geuse de la partie alternative et d'une éventuelle composante de tension continue de sorte que l'exploitation s'appliquera à la seule tension alternative. L'exploitation de la tension de phase dans le gé- nérateur permet de déterminer la vitesse de rotation du géné- rateur. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Installation pour exploiter un signal de courant haute tension alternatif comprenant le cas échéant une partie de courant haute tension continu, caractérisée en ce que le signal est appliqué à un comparateur à fenêtre dont le seuil supérieur et le seuil inférieur peuvent être modifiés et on modifie les deux seuils dans la mesure o le signal de courant haute tension alternatif à exploiter atteint l'un des seuils. 2 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' on détermine la vitesse de rotation du générateur à partir de la distance de flanc de signal de même type du signal de sor- tie (VCL). 3 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'asservissement en tension des seuils du comparateur à fenê- tre se fait à l'aide d'un circuit d'asservissement de ten- sion, ce circuit recevant des signaux de commande du comparateur à fenêtre provoquant une augmentation de la ten- sion, un maintien de la tension à un niveau constant ou une diminution de la tension. 4 ) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le circuit d'asservissement de la tension comprend un comp- teur recevant des signaux de commande Up, Stop, Down du com- parateur de fenêtre et son état de comptage est exploité par un convertisseur numérique/analogique pour générer une ten- sion auxiliaire, cette tension auxiliaire influençant le seuil supérieur et le seuil inférieur du comparateur à fenê- tre. ) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le circuit d'asservissement de tension comprend deux moyens de commutation par lesquels on charge un condensateur par l'application d'un courant ou on maintient un potentiel cons- tant ou on le décharge par l'évacuation d'un courant. 6 ) Installation selon la revendication 5, caractérisée par une source de tension constante reliée au condensateur et conçue pour qu'au point de jonction entre la source de ten- sion constante et le condensateur, on puisse détecter la ten- sion de seuil inférieur et du côté opposé de la source de tension constante on puisse détecter le seuil de tension su- périeur. 7 ) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par une pièce bascule bi-stable (Flip-Flop) dont l'entrée S est mise à l'état par un signal de commande Up et dont l'entrée R est commandée par un signal Down, et dont la sortie de ca- dence D donne le signal de sortie exploité comme signal VCL pour déterminer la vitesse de rotation.