Brevet FR2859784A1 — publié le 20050318

La présente invention concerne un procédé de détermination de la position d'une pièce tournante en vue notamment de son auto-synchronisation. Le domaine d'application de la présente invention est la gestion des moteurs à combustion et notamment des moteurs destinés à des véhicules automobiles. Pour une bonne gestion d'un moteur à combustion, il est nécessaire de connaître la position de chacun des pistons dans le cylindre correspondant ainsi que de savoir pour chaque cylindre dans quel cycle il se trouve (admission ou échappement). On utilise alors à cet effet en général deux capteurs. Un premier capteur détermine la position du vilebrequin du moteur. Il permet ainsi de connaître la position des pistons dans les cylindres correspondants. Dans un moteur fonctionnant dans un cycle à quatre temps, cette seule position des pistons dans les cylindres correspondants ne permet pas de connaître le cycle (admission ou échappement) en cours dans les divers cylindres. On utilise alors un capteur pour déterminer la position de l'arbre à cames. Cet arbre à cames a une vitesse angulaire moitié moindre par rapport à celle du vilebrequin, c'est-à-dire que lorsque le vilebrequin effectue deux tours, l'arbre à cames n'en effectue qu'un seul. Ainsi la position de l'arbre à cames permet de connaître pour chaque cylindre le cycle dans lequel il se trouve. Le problème technique à la base de la présente invention est de pouvoir déterminer la position angulaire de l'arbre à cames sans avoir de signal indiquant la position du vilebrequin. Ceci peut être utile bien entendu lorsque le capteur donnant la position du vilebrequin ne fournit plus de signal. Ceci peut également servir pour les moteurs dans lesquels il existe une possibilité de décalage de la position de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin. Un actionneur placé en bout d'arbre à cames permet alors de changer la position angulaire de celui-ci. Un tel système est connu sous le nom de VVT (pour Variable Valve Timing ou distribution à programme variable). Une solution de l'art antérieur pour pallier la défaillance du capteur indiquant la position du vilebrequin consiste à munir l'arbre à cames d'une cible présentant la forme d'une demi-lune, cette cible étant disposée face au capteur donnant l'indication de la position de l'arbre à cames. Ce type de cible ne permet de donner que les positions 0 et 360 du vilebrequin. La présente invention a alors pour but de fournir un procédé de détermination de la position d'une pièce tournante pouvant fonctionner en l'absence de signal reçu par un autre capteur de position, ce procédé pouvant fonctionner avec un grand nombre de cibles différentes. En effet, notamment dans l'application à des arbres à cames, il est habituel d'utiliser des cibles comportant plusieurs dents pour un meilleur contrôle de la position de l'arbre à cames. A cet effet elle propose un procédé de détermination de la position d'une pièce tournante munie d'une cible de forme globalement circulaire associée à un capteur, la cible comportant au moins une dent et une encoche, un bord séparant à chaque fois une dent d'une encoche voisine et la cible ne présentant pas une forme symétrique par rapport à l'un de ses diamètres. Selon la présente invention, ce procédé comporte les étapes suivantes: a) mesure du temps s'écoulant entre le passage de deux bords successifs, b) mémorisation du temps mesuré, c) répétition des étapes a) et b) n fois, d) calcul d'un coefficient à partir des n temps mémorisés précédemment, la formule de calcul de ce coefficient étant choisie de telle sorte que le coefficient calculé ne puisse prendre dans des conditions normales de fonctionnement que des valeurs proches d'un coefficient théorique prédéterminé, à chaque bord étant associé un coefficient théorique, e) comparaison du coefficient déterminé par le calcul avec les coefficients théoriques prédéterminés, f) détermination de la position angulaire de la pièce tournante en fonction du coefficient théorique trouvé à l'étape e) qui correspond au coefficient calculé. Ce procédé permet de déterminer la position angulaire de la pièce tournante sans indication en provenance d'un autre capteur. Avec ce procédé, il est possible, après une première synchronisation, de savoir quel bord passe devant le capteur. A chaque passage d'un bord, on connaît ainsi la position exacte de la pièce tournante dans la mesure où la forme de la cible, et donc la position de ses bords, est connue. On peut déterminer une première fois la position de la pièce tournante en identifiant un bord de la cible en procédant aux étapes a) à f) puis ensuite uniquement tenir compte des passages de bords devant le capteur pour déterminer la position angulaire de la pièce tournante. Pour avoir une détermination plus fiable, il est préférable toutefois après l'identification d'un bord de la cible de calculer régulièrement le coefficient de l'étape d) pour contrôler la position de la pièce tournante d'une part et si la cible ne présente pas de défaut d'autre part. Dans le cas où la pièce tournante a une vitesse constante, le coefficient calculé à l'étape d) peut avoir une dimension. Il peut par exemple s'agir d'un temps ou d'une vitesse, linéaire ou angulaire. Toutefois, pour s'affranchir de problèmes liés à la variation de vitesse de la pièce tournante, le coefficient calculé est de préférence un coefficient sans dimension, c'est-à-dire auquel n'est associé aucune grandeur physique. Dans une première variante d'un procédé selon l'invention, la détermination de l'étape f) se réalise de la manière suivante: f1) si le coefficient calculé est sensiblement égal à un coefficient théorique et que ce coefficient théorique correspond à un seul et unique bord, alors on considère que le dernier bord qui est passé devant le capteur correspond au bord associé à ce coefficient théorique unique, f2) si le coefficient calculé est totalement différent d'un coefficient théorique ou bien si le coefficient théorique trouvé correspond à au moins deux bords distincts, alors on réalise autant de mesures de temps supplémentaires que nécessaire pour trouver un coefficient calculé sensiblement égal à un coefficient théorique correspondant à un bord unique. Dans cette première variante, on calcule le coefficient selon l'invention jusqu'à trouver une valeur proche d'un coefficient théorique correspondant à un unique bord de la cible. Quand on trouve ce coefficient unique, on sait que le capteur se trouve face à ce bord. Dans une autre variante de réalisation d'un procédé selon l'invention, la détermination de l'étape f) se réalise de la manière suivante: f1) si le coefficient calculé est sensiblement égal à un coefficient théorique et que ce coefficient théorique correspond à un seul et unique bord, alors on considère que le dernier bord qui est passé devant le capteur correspond au bord associé à ce coefficient théorique unique, f3) si le coefficient calculé est totalement différent d'un coefficient théorique ou bien si le coefficient théorique trouvé correspond à au moins deux bords distincts, alors on réalise autant de mesures de temps supplémentaires que nécessaire pour trouver une suite de coefficients calculés, chacun de ces coefficients étant sensiblement égal à un coefficient théorique, la suite ainsi obtenue de coefficients théoriques correspondant à une suite unique de coefficients théoriques. Dans cette variante-ci, si la valeur du coefficient calculé ne correspond pas à un coefficient théorique unique, on considère également les coefficients calculés précédemment et donc une suite de coefficients. De la sorte, il est possible de déterminer plus rapidement la position de la pièce tournante car il n'est pas nécessaire d'attendre que le coefficient calculé prenne une valeur proche d'un coefficient théorique correspondant à un bord unique. Dans une forme de réalisation préférée, à l'étape c), n = 4. Dans ce cas, à l'étape d), le coefficient est calculé de préférence de la manière suivante: Coefficient = (Tn + Tn-3) 1 (Tn-1 + Tn-2) où Tn est le temps s'écoulant entre le passage devant le capteur de l'avant dernier bord et du dernier bord, Tn-1 le temps s'écoulant entre le passage devant le capteur de l'avant-avant dernier bord et de l'avant dernier bord, etc. Un procédé tel que décrit ci-dessus est particulièrement bien adapté pour par exemple déterminer la position angulaire d'un arbre à cames d'un moteur à combustion. Les détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel: L'unique figure est un diagramme illustrant la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention avec une cible comportant quatre dents. La description qui suit est faite en référence à un capteur d'arbre à cames (non représenté) disposé face à une cible comportant quatre dents. La première ligne de la figure représente le signal du capteur lorsque la cible effectue un tour complet. Ce signal vaut 0 lorsque le capteur se trouve face à une encoche de la cible et vaut 1 lorsque le capteur se trouve face à une dent de cette cible. Chaque dent est séparée d'une encoche voisine par un bord. Ces bords sont numérotés de 1 à 8. A chaque bord correspond une position angulaire du moteur. II est rappelé ici que l'arbre à cames, et donc la cible qui lui est associée, fait un tour lorsque le vilebrequin, et donc le moteur, fait deux tours. Ainsi, les valeurs angulaires données à titre d'exemple sur la figure 1 correspondent à des valeurs angulaires du vilebrequin comprises entre 0 et 720 . Pour obtenir des valeurs angulaires correspondant à l'arbre à cames, il convient donc de diviser les valeurs indiquées sur la figure par 2. Ainsi, dans l'exemple représenté, une première dent se situant entre les bords 8 et 1 s'étend sur 18,5 et est suivie d'une encoche, comprise entre les bords 1 et 2, de 20,5 . La seconde dent, comprise entre les bords 2 et 3 s'étend sur 69,5 ((217 -78 )/2), etc... La présente invention propose un procédé permettant de connaître, à l'aide du capteur, la position de l'arbre à cames sans aucune autre information, notamment une information de position du vilebrequin. On suppose que le moteur démarre lorsque le capteur se trouve face à l'encoche située entre les bords 7 et 8. Cette position est repérée par une première flèche 10. Le moteur entraîne alors l'arbre à cames et le capteur passe devant le bord 8. Ce bord 8 est détecté, le signal du capteur passant de la valeur 0 à la valeur 1. Avec cette seule information, il n'est pas possible de reconnaître le bord 8. On sait uniquement qu'il s'agit d'un bord "montant". De tels bords portent les numéros 2, 4, 6, et 8. Par la suite, le bord 1 passe devant le capteur. Un dispositif de gestion associé au calculateur mesure le temps s'écoulant entre deux passages de bord successifs. Ici, cette période de temps est appelée Tn-3. Lorsque le bord 1 passe devant le capteur, le dispositif de gestion peut constater que le bord 1 est un bord "descendant". II s'agit donc soit du bord 1, du bord 3, du bord 5 ou du bord 7. Le bord 2 passe ensuite devant le capteur. La période de temps s'écoulant entre le passage du bord 1 et du bord 2 est appelée Tn-2. Cette valeur est mémorisée avec Tn-3. On réalise ainsi successivement également les mesures des périodes de temps Tn-1 et Tn et on les mémorise. La mesure de Tn est effectuée lorsque le bord 4, montant, passe devant le capteur. On dispose alors de quatre mesures de périodes de temps. L'invention propose, dans la variante de réalisation décrite ici, de calculer alors un coefficient, appelé K, à l'aide de la formule suivante: K = (Tn-3 + Tn) I (Tn-2 + Tn-1) A chaque bord correspond une valeur théorique du coefficient K. Il s'agit de la valeur obtenue lorsque l'arbre à cames tourne à vitesse constante. Il s'agit d'un coefficient sans unité qui est indépendant de la vitesse de rotation de l'arbre à cames. Ce coefficient est toutefois sensible à des variations de vitesse de rotation. La formule choisie permet, pour les variations de vitesse constatées habituellement dans un moteur, de rendre ce coefficient quasi insensible à de telles variations de vitesse. Le premier coefficient K est immédiatement calculé lorsque le bord 4 passe devant le capteur. Les valeurs Tn-3, Tn-2, Tn-1 et Tn sont mémorisées. On obtient ainsi immédiatement la valeur du coefficient K. On peut par exemple supposer que par le calcul on trouve une valeur de 0,440 pour ce coefficient. Le dispositif de gestion reconnaît alors que cette valeur est proche de la valeur théorique de 0,433. Cette valeur théorique correspond soit au bord 2 soit au bord 4. Il n'est donc pas possible de déterminer avec ce seul coefficient en face de quel bord se trouve le capteur. On sait tout de même qu'il s'agit du bord 2 ou du bord 4. On a donc éliminé les bords 6 et 8 qui sont également des bords montants mais pour lesquels on devrait avoir un coefficient proche de 1,567. Pour lever cette ambiguïté, on réalise une mesure supplémentaire. On attend ici que le bord 5 passe devant le capteur. La nouvelle mesure de période de temps est mémorisée. On peut imaginer une pile de quatre valeurs (Tn-3, Tn-2, Tn-1, Tn) gérée selon une logique de type fifo (first in, first out ou premier entré, premier sorti). Quand on entre alors la nouvelle mesure de temps effectué dans cette pile, celle-ci vient "pousser" la valeur Tn qui s'y trouve, cette dernière prend la place de la valeur Tn-1, qui elle-même "pousse" la valeur Tn-2, etc.... La première valeur Tn-3 est alors "poussée" hors de la pile et n'est donc plus mémorisée. On peut alors à nouveau calculer rapidement le nouveau coefficient K. Le précédent coefficient est conservé lui aussi en mémoire. On peut ici aussi imaginer une pile de valeurs pour les coefficients K, gérée selon la même logique. Comme on le verra ci-après, une pile de deux valeurs est ici suffisante. On suppose que la valeur du coefficient K trouvée lorsque le bord 5 passe devant le capteur est proche de 1 et vaut par exemple 0,992. On peut alors déterminer qu'il s'agit du bord 5. En effet le fait que le bord se trouvant face au capteur est un bord descendant indique qu'il s'agit d'un bord impair, c'est-à-dire le bord 1 ou 3 ou 5 ou 7. En outre, puisque la valeur du coefficient calculée lors du passage de ce bord devant le capteur est proche de 1, les bords 3 et 7 sont éliminés. Il reste les bords 1 et 5. En outre, on sait que l'avant dernier coefficient calculé valait 0,440. Le bord précédent était alors le bord 2 ou 4. Le bord 1 est ainsi éliminé et on en déduit qu'il s'agit ici du bord 5. Le procédé décrit ci-dessus permet ainsi de réaliser l'autosynchronisation du capteur associé à l'arbre à cames. Aucune information externe n'a été utilisée pour déterminer la position de l'arbre à cames. On a identifié avec certitude le bord 5 et on sait donc que le moteur, dans la mesure où celui-ci n'est pas équipé d'un système VVT (Variable Valve Timing ou distribution à programme variable), se trouve à 397 . Un signal 12 indique qu'une auto-synchronisation a été réalisée. Ce signal, lors de l'auto-synchronisation, passe de la valeur 0 à la valeur 1. Pour également connaître la position de l'arbre à cames, un signal 14 est généré. Ce signal reste à 0 tant que la position de l'arbre à cames est inconnue et est incrémenté à chaque passage d'un bord de la cible devant le capteur. Pour éviter d'avoir un signal augmentant indéfiniment, on prévoit par exemple que le signal 14 reprend la valeur 0 lorsqu'il passe devant le bord 1. On peut par exemple supposer que l'incrémentation du signal 14, lors du passage d'un bord devant le capteur, est de 0,1 V. Ainsi, lorsque le capteur se trouve face à l'encoche située entre les bords 1 et 2, le signal 14 prend la valeur 0 V. Lorsqu'il se trouve face à la dent située entre les bords 2 et 3, le signal 14 prend la valeur 0,1 V. Lors de la première auto-synchronisation, lorsque le bord a été identifié, le signal 14 passe alors directement de la valeur 0 V à 0,4 V correspondant, selon la logique précédente, à la valeur prise par le signal 14 lorsque le capteur se trouve face à l'encoche située entre les bords 5 et 6. Par la suite, le calcul du coefficient K est de préférence réalisé à chaque fois qu'un bord de la cible passe devant le capteur. De cette manière, un contrôle du dispositif de gestion du moteur peut être réalisé. On peut tout d'abord détecter un parasite. En effet, si le capteur reçoit un signal qui ne correspond pas au passage d'un bord de la cible devant le capteur, le calcul du coefficient K, à la réception de ce signal parasite, a de fortes chances de donner une valeur totalement différente des valeurs répertoriées. Dans ce cas, une nouvelle synchronisation peut être alors réalisée. Dans le cas d'un moteur comportant un système WT, le procédé selon l'invention peut être utilisé pour contrôler le décalage de l'arbre à cames. Il existe en effet une valeur de consigne déterminant le décalage de l'arbre à cames. Le passage d'un bord de la cible donne une valeur angulaire du moteur. Un autre capteur, placé sur le vilebrequin donne lui aussi une valeur de la position du moteur. La différence entre la valeur angulaire donnée par le capteur d'arbre à cames et le capteur de vilebrequin doit correspondre à la valeur de consigne du décalage de l'arbre à cames. En cas de désaccord, sur une ou plusieurs mesures, le moteur peut alors être par exemple ramené en mode dégradé dans lequel l'arbre à cames est en position de repos (décalage nul). Ce contrôle peut être réalisé à chaque passage d'un bord de la cible devant le capteur, lorsque le dispositif est synchronisé. Il peut également être réalisé uniquement lorsque le coefficient K calculé prend une valeur correspondant à un et un seul bord. Dans l'exemple de la figure 1 il s'agit des valeurs 3,615 et 0,277 qui correspondent respectivement aux bords 3 et 7. Lorsque de telles valeurs sont trouvées, on peut alors utiliser un signal 16 qui passe de 0 à 1 lorsque le bord correspondant de la cible passe devant le capteur. Dans l'exemple représenté au dessin, le signal 16 prend la valeur 1 face au bord 7 qui est le premier bord concerné après le passage du bord 5 qui a permis l'auto-synchronisation du dispositif. Des variantes de réalisation du procédé peuvent être envisagées pour réaliser par exemple l'auto-synchronisation. Cette auto-synchronisation qui permet de déterminer la position angulaire de l'arbre à cames peut par exemple être réalisée uniquement lors du passage devant l'un des bords 3 ou 7. II est alors dans ce cas inutile de mémoriser la valeur du coefficient K calculée précédemment. Quand ce coefficient K, calculé lors du passage d'un bord de la cible devant le capteur, prend une valeur proche de 0,277 ou 3,615, on en déduit que le bord correspondant est respectivement le bord 7 ou 3. Dans l'exemple cité plus haut, cette variante présente l'inconvénient, lors de la première détermination de la position de l'arbre à cames, de devoir attendre en moyenne plus longtemps pour obtenir la synchronisation. Dans l'exemple ci-dessus en référence à la figure 1, avec un démarrage indiqué par la flèche 10, il aurait fallu attendre jusqu'au passage du bord 7 devant le capteur pour obtenir une synchronisation alors qu'avec le procédé décrit plus haut cette synchronisation est déjà obtenue lors du passage du bord 5. Le procédé décrit ci-dessus, et ses variantes envisageables, fonctionne pour tous types de cibles à l'exception des cibles présentant une forme symétrique. Pour de telles cibles, compte tenu de la symétrie, il n'existe pas de valeur spécifique du coefficient K correspondant à un bord donné, ni de suite de valeurs de ce coefficient qui soit spécifique. Ce procédé, lorsqu'il a été développé pour une cible donnée, peut très facilement s'adapter à une autre cible. Le logiciel mis en oeuvre dans le dispositif de contrôle est très facilement modifiable pour s'adapter à un autre moteur mettant en oeuvre une cible différente. Comme indiqué plus haut, le procédé décrit ci-dessus permet de connaître la position angulaire exacte de l'arbre à cames. En mode dégradé, il peut être utilisé à la place du capteur de position angulaire du vilebrequin. II peut également être utilisé pour réaliser un diagnostic et contrôler par exemple un système \NT. La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation et à ses variantes décrites ci-dessus. Elle concerne également toutes les variantes à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi par exemple le calcul du coefficient pourrait être différent. Le calcul proposé utilise quatre valeurs numériques. On pourrait utiliser un nombre de valeurs numériques plus important ou moins important. Dans cette formule, le fait d'utiliser une division permet d'obtenir un coefficient sans unité. Il n'est pas non plus obligatoire d'avoir une somme au numérateur et au dénominateur lorsque ce coefficient est un rapport. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la position d'une pièce tournante munie d'une cible de forme globalement circulaire associée à un capteur, la cible comportant au moins une dent et une encoche, un bord séparant à chaque fois une dent d'une encoche voisine et la cible ne présentant pas une forme symétrique par rapport à l'un de ses diamètres, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) mesure du temps s'écoulant entre le passage de deux bords successifs, b) mémorisation du temps mesuré, c) répétition des étapes a) et b) n fois, d) calcul d'un coefficient à partir des n temps mémorisés précédemment, la formule de calcul de ce coefficient étant choisie de telle sorte que le coefficient calculé ne puisse prendre dans des conditions normales de fonctionnement que des valeurs proches d'un coefficient théorique prédéterminé, à chaque bord étant associé un coefficient théorique, e) comparaison du coefficient déterminé par le calcul avec les coefficients 15 théoriques prédéterminés, f) détermination de la position angulaire de la pièce tournante en fonction du coefficient théorique trouvé à l'étape e) qui correspond au coefficient calculé. 2. Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient calculé est un coefficient sans dimension. 3. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la détermination de l'étape f) se réalise de la manière suivante: f1) si le coefficient calculé est sensiblement égal à un coefficient théorique et que ce coefficient théorique correspond à un seul et unique bord, alors on considère que le dernier bord qui est passé devant le capteur correspond au bord associé à ce coefficient théorique unique, f2) si le coefficient calculé est totalement différent d'un coefficient théorique ou bien si le coefficient théorique trouvé correspond à au moins deux bords distincts, alors on réalise autant de mesures de temps supplémentaires que nécessaire pour trouver un coefficient calculé sensiblement égal à un coefficient théorique correspondant à un bord unique. 4. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la détermination de l'étape f) se réalise de la manière suivante: f1) si le coefficient calculé est sensiblement égal à un coefficient théorique et que ce coefficient théorique correspond à un seul et unique bord, alors on considère que le dernier bord qui est passé devant le capteur correspond au bord associé à ce coefficient théorique unique, f3) si le coefficient calculé est totalement différent d'un coefficient théorique ou bien si le coefficient théorique trouvé correspond à au moins deux bords distincts, alors on réalise autant de mesures de temps supplémentaires que nécessaire pour trouver une suite de coefficients calculés, chacun de ces coefficients étant sensiblement égal à un coefficient théorique, la suite ainsi obtenue de coefficients théoriques correspondant à une suite unique de coefficients théoriques. 5. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'étape c), n = 4. 6. Procédé de détermination selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'à l'étape d), le coefficient est calculé de la manière suivante: Coefficient = (Tn + Tn-3) I (Tn-1 + Tn-2) où Tn est le temps s'écoulant entre le passage devant le capteur de l'avant-dernier bord et du dernier bord, Tn-1 le temps s'écoulant entre le passage devant le capteur de l'avant-avant dernier bord et de l'avant dernier bord, etc. 7. Utilisation d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 6 pour déterminer la position angulaire d'un arbre à cames d'un moteur à combustion.