Brevet FR2787881A1 — publié le 20000630

La présente invention est relative à un dispositif de traitement du signal d'un capteur de couple monté sur un véhicule automobile. Plus particulièrement, il s'agit d'un capteur de couple dit capacitif. Pour commander un moteur de véhicule automobile, il est nécessaire, entre autres, de connaître le couple développé par ce moteur à chaque instant. A cet effet, il est connu de monter sur l'arbre moteur deux capacités adaptées pour détecter le couple transmis par l'arbre. Ces deux capacités sont placées sur l'arbre moteur de telle sorte que toute variation du couple produise une augmentation de la valeur d'une des capacités, et une diminution de l'autre. Ces variations de capacités sont faibles (de l'ordre de quelques picofarrads), et lorsque les erreurs du système de mesure sont trop importantes, il est impossible de les détecter. Un montage dit différentiel, tel que celui ci-dessus décrit, permet de s'affranchir des erreurs du système et de suivre au plus près les variations de chaque capacité. De manière classique, la variation de capacité est transformée en une variation de temps appliquée à un "signal carré", de telle sorte que le signal carré résultant présente un rapport cyclique variable directement proportionnel à la variation de capacité. Le suivi du rapport cyclique permet donc de retracer l'évolution de la capacité. Concrètement, ce rapport cyclique est créé par un circuit oscillant. Dans le cas présent, le dispositif de traitement du signal doit suivre l'évolution non pas d'une capacité mais de deux (puisque l'on utilise un montage capacitif différentiel). A cet effet, il est connu, de suivre l'évolution de chaque capacité à l'aide d'un circuit oscillant. Les circuits oscillants les plus simples sont constitués à partir de portes logiques, ce qui permet d'obtenir une faible consommation et de mesurer des capacités de faibles valeurs, mais ces circuits présentent l'inconvénient d'avoir une précision et une stabilité en température médiocre. En outre, il est difficile de réaliser deux circuits oscillants strictement identiques. De ce fait, on perd l'intérêt d'un travail en différentiel. Le but de la présente invention est de créer un dispositif de traitement du signal d'un capteur capacitif différentiel pouvant mesurer de faibles capacités, et présentant une grande stabilité et une grande précision quelle que soit la température. En outre, comme le capteur de couple auquel est associé ce dispositif de traitement est fabriqué en petite série, on désire mettre en place une solution à faible coût, réalisable avec des composants discrets. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de traitement du signal d'un capteur de couple monté sur un véhicule automobile, le dit capteur comportant une première et une seconde capacités montées sur l'axe d'un arbre moteur de telle sorte qu'une augmentation du couple moteur accroît la valeur d'une des capacités et décroît de manière correspondante la valeur de l'autre capacité, le dit dispositif comportant un circuit électronique de traitement du signal issu des deux capacités adapté pour transformer les variations des capacités en un signal carré de rapport cyclique proportionnel à la valeur de chacune de ces capacités, le dit dispositif étant caractérisé en ce que le rapport cyclique (ou les fréquences proportionnelles à la valeur de chaque capacité) est établi par oscillations temporelles entre la première et la seconde capacité, la durée de chaque oscillation étant respectivement proportionnelle à la valeur de chaque capacité, la dite oscillation étant réalisée par un ensemble oscillant commun aux deux capacités et comportant des portes logiques ou des amplificateurs opérationnels et comparateurs, associés à un circuit inverseur. Ainsi, en utilisant un seul circuit oscillant commun aux deux capacités, on supprime les erreurs dues au fait que deux circuits oscillants ne sont jamais strictement identiques. La lecture de chaque capacité et sa transformation en une durée sont effectuées par basculement d'une capacité à l'autre, non pas à l'aide d'un interrupteur, mais à l'aide de portes logiques ou d'amplificateurs opérationnels et de comparateur. Ceci est important car l'utilisation d'interrupteur analogique pour basculer d'une capacité à l'autre provoque des variations de capacités supérieures à celles que l'on cherche à mesurer. Dans ce cas, tout le dispositif devient inopérant. Le circuit inverseur est protégé des actions néfastes des décharges électrostatiques par des diodes placées à son entrée. Avantageusement, pour éviter toute conduction de ces diodes de protection, notamment sous l'effet de la température, un condensateur de protection est placé en amont de ces diodes à I'entrée de l'inverseur. De ce fait, le seuil de l'inverseur demeure stable, quelle que soit la température. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique représentant un circuit oscillant de type connu, - la figure 2 est une vue schématique représentant un dispositif de traitement du signal d'un capteur capacitif différentiel selon la présente invention. On rappelle dans un premier temps le fonctionnement classique d'un circuit oscillant. Un circuit oscillant comporte un condensateur C (figurel) associé à une résistance R., de manière à constituer un circuit RC classique. Le circuit représenté à la figure 1 comporte également un inverseur 1I. Deux diodes D1 et D2 de protection contre les décharges électrostatiques sont placées de manière à protéger cet inverseur Il. Une résistance R2 limite la mise en conduction de Dl et D2. Un second inverseur 12 permet d'obtenir, en signal de sortie, un signal carré de fréquence en phase avec l'entrée de Il proportionnelle aux variations de la capacité C. Ainsi, les variations de capacité sont transformées en des variations de durée des états du signal carré. Un tel circuit présente cependant l'inconvénient d'avoir une précision et une stabilité en température médiocre. En effet, Ri et C définissent bien la fréquence d'oscillation, mais R2 intervient également, car la tension à l'entrée de l'inverseur Il varie de -V / 2 à 3 V / 2. Ceci provoque la conduction des diodes D1 et D2 de protection. Ce courant de conduction est une des sources principales de la dérive en température de cet oscillateur. Dans le cas de la présente invention, on doit transformer les variations de deux capacités montées de manière différentielle en des variations d'un rapport cyclique. Les variations de capacités à détecter sont faibles et le circuit oscillant doit être précis et stable en température. Selon l'invention, on améliore la stabilité et la précision en utilisant un circuit oscillant 11 commun aux deux capacités C1, C2 (figure 2). Pour lire alternativement Ci et C2, on n'utilise pas un interrupteur analogique qui permettrait de venir lire chaque branche du circuit, mais un ensemble de deux portes logiques (NAND) Ni et N2. Un compteur Cp est associé au circuit oscillant de manière à obtenir en sortie directement les variations de rapport cyclique. Pour éviter la mise en conduction des diodes de protection Dl et D2, on remplace la résistance R. du circuit oscillant connu par un condensateur Co. La présence de ce condensateur réduit l'excursion de tension à l'entrée de I'inverseur 11 en-deçà des seuils de conduction des diodes de protection de l'inverseur. L'utilisation du condensateur Co permet ainsi de stabiliser la réponse du circuit oscillant quelle que soit la température. L'intérêt du circuit, selon la présente invention, est qu'il présente un double rebouclage (par C1 et par C2), ce qui garantit un traitement rigoureusement identique des variations des deux capacités et permet de travailler en différentiel, et donc de s'affranchir du bruit du système. Ceci est d'autant plus important que les variations des capacités sont très faibles (de l'ordre de quelques picofarrads). Le fonctionnement d'un tel dispositif est décrit ci-après. La sortie du compteur Cp valide à tour de rôle le rebouclage par C1 et par C2 par l'intermédiaire des portes NAND N1 et N2. Ces deux rebouclages fournissent des fréquences d'oscillations différentes et ainsi des durées différentes des états 1 et 0 de la sortie du compteur. Lorsque C1 et C2 sont égales, le rapport cyclique du compteur est de 50% et est indépendant de R1, du seuil de l'inverseur et du compteur Cp. Lorsque C1 croît et que C2 décroît, la variation du rapport cyclique résultante est peu dépendante du seuil peu précis de l'inverseur 1I. Le dispositif de traitement du signal 10 pourrait être réalisé d'autres manières sans que cela ne sorte du domaine de l'invention. Ainsi, les portes NAND peuvent être remplacées par des amplificateurs opérationnels et des comparateurs qui possèdent d'ailleurs des performances supérieures en terme de stabilité et de linéarité d'intégration. Il est à noter que le dispositif selon l'invention définit une durée de temps, comme le temps mis pour charger un groupe de condensateurs soumis à une tension variant de V1l (tension initiale) à Vf1 (tension finale) pendant un premier cycle de charge; la tension finale Vfl du premier cycle de charge servant de tension initiale V12 à un second cycle de charge qui variera jusqu'à atteindre Vf2 (tension finale); cette tension finale du second cycle servant de tension initiale au premier cycle, et ainsi de suite puisqu'il s'agit d'un sytème oscillant. Bien entendu, les tensions finales des premier et second cycles Vfl, Vf2 peuvent être identiques ou différentes. Les tensions initiales de chaque cycle de charge sont obtenues par transfert de charge de Cl ou C2, ou de C1 et C2. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation ci-dessus décrits mais englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. En particulier, au lieu d'utiliser un rapport cyclique proportionnel à la valeur de chacune des capacités, on peut directement travailler avec deux fréquences (chacune directement proportionnelle à la valeur d'une capacité). Chacune de ces fréquences est la fréquence d'oscillation du circuit oscillant pour chacune des capacités. REVENDICATIONS 1] Dispositif (10) de traitement du signal d'un capteur de couple monté sur un véhicule automobile, le dit capteur comportant une première et une seconde capacités (Ci, C2) montées sur l'axe d'un arbre moteur de telle sorte qu'une augmentation du couple moteur accroît la valeur d'une des capacités et décroît de manière correspondante la valeur de l'autre capacité, le dit dispositif comportant un circuit électronique de traitement du signal issu des deux capacités adapté pour transformer les variations des capacités en un signal carré de rapport cyclique proportionnel à la valeur de chacune de ces capacités, le dit dispositif étant caractérisé en ce que le rapport cyclique est établi par oscillations temporelles entre la première et la seconde capacité (Ci, C2), la durée de chaque oscillation étant respectivement proportionnelle à la valeur de chaque capacité, la dite oscillation étant réalisée par un ensemble oscillant (11) commun aux deux capacités et comportant des portes logiques (Ni, N2) ou des amplificateurs opérationnels et comparateurs, associés à un circuit inverseur (11, 12). 2] Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit inverseur (11) est protégé par des diodes (Dl, D2) dont le seuil de conduction est limité par un condensateur de protection (Co).