Brevet FR2875008A1 — publié le 20060310

L'invention concerne un procédé de détermination d'une différence entre la vitesse de rotation d'un organe tournant et un signal de vitesse de référence. Elle s'applique typiquement à la détermination de la vitesse différentielle entre deux roues d'un véhicule automobile. En particulier, lorsqu'une roue est motrice et l'autre non, la vitesse différentielle peut être utilisée pour déterminer le glissement du véhicule sur la chaussée sur laquelle les roues roulent. Dans un exemple d'utilisation, la valeur du glissement peut être utilisée dans les systèmes de contrôle de la dynamique du véhicule comme par exemple l'ABS ou l'ESP, de sorte que ceux-ci puissent adapter leurs stratégies d'intervention. Pour déterminer la vitesse différentielle de deux roues d'un véhicule automobile, on connaît d'utiliser les signaux de vitesse issus de capteurs associés aux roues. Toutefois, la résolution des capteurs de vitesse est alors un facteur limitant qui, notamment dans le cas de la mesure du glissement, induit une perte de performance des systèmes de contrôle de la dynamique du véhicule. L'invention vise notamment à résoudre ce problème en proposant un procédé de détermination d'une différence entre la vitesse de rotation d'un organe tournant et un signal de vitesse de référence, ledit procédé prévoyant une mesure et une analyse particulières du signal de vitesse qui permettent de déterminer la différence de vitesse de façon précise et fiable. A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de détermination d'une différence entre la vitesse de rotation d'un organe tournant et un signal de vitesse de référence, ledit procédé prévoyant de mesurer la vitesse de rotation de l'organe au moyen : - d'un codeur solidaire en rotation de l'organe, ledit codeur comprenant une piste multipolaire délivrant un signal de période spatiale ; et - d'un capteur fixe comprenant au moins un élément sensible qui est disposé en regard et à distance de lecture du signal de la piste multipolaire, ledit capteur étant agencé pour délivrer un signal de vitesse de rotation de l'organe ; ledit procédé comprenant la procédure itérative de détermination qui comprend les étapes prévoyant de :- mesurer et échantillonner temporellement le signal de vitesse de rotation avec une période d'échantillonnage temporelle constante ; - effectuer une analyse fréquentielle temporelle du signal de vitesse échantillonné de sorte à identifier au moins une fenêtre fréquentielle comprenant une bande correspondant à une harmonique de la fréquence du signal du codeur ; - comparer au moins une valeur caractéristique de la bande avec la valeur correspondante du signal de référence de sorte à déterminer la différence. Selon un deuxième aspect, l'invention propose l'application d'un tel procédé de détermination, à la détermination de la vitesse différentielle entre deux roues d'un véhicule automobile. Selon une réalisation, les deux roues sont motrices ou non motrices. Selon une autre réalisation, une roue est motrice, l'autre roue étant non motrice, ladite vitesse différentielle pouvant être utilisée pour déterminer le glissement du véhicule sur la chaussée sur laquelle les roues roulent. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente le spectre de la transformée de Fourier temporelle du signal de vitesse de rotation de la roue avant gauche d'un véhicule automobile roulant en moyenne à 70 km/h, ledit signal de vitesse étant mesuré et échantillonné selon l'invention ; - la figure 2 est un zoom du spectre de la figure 1 dans une fenêtre autour de la fréquence de la bande correspondant à la première harmonique de la fréquence du signal du codeur ; - la figure 3 représente la comparaison entre la bande de la figure 2 (en trait plein) et la bande correspondant (en trait pointillé) dans le spectre de la transformée de Fourier temporelle du signal de vitesse de rotation de la roue arrière gauche ;- les figures 4 à 7 représentent des comparaisons analogues à celle de la figure 3, respectivement pour les bandes correspondant à la deuxième, troisième, quatrième et neuvième harmonique de la fréquence du signal du codeur; - la figure 8 est une comparaison analogue à celle de la figure 4 dans une condition de roulage des roues gauches sur un revêtement différent ; - la figure 9 est une comparaison analogue à celle de la figure 6, respectivement entre les roues gauches (en haut) et les roues droites (en bas), dans le cas où les revêtements sont différents à gauche et à droite. L'invention concerne un procédé de détermination d'une différence entre la vitesse de rotation d'un organe tournant et un signal de vitesse de référence. La description d'un mode de réalisation de l'invention qui est présentée ci-dessous est faite en relation avec une roue de véhicule automobile en tant qu'organe tournant et avec un signal de vitesse de rotation d'une deuxième roue dudit véhicule en tant que signal de référence. Toutefois, l'invention s'applique également à d'autres types d'organes tournants pour lesquels l'homme du métier à besoin de connaître la différence de vitesse de rotation par rapport à un signal de référence. Par ailleurs, dans le cas d'une roue de véhicule automobile, le signal de référence peut être d'un autre type, par exemple issu de la mesure de la vitesse du châssis du véhicule. Dans ce cas, l'invention permet de déterminer la différence de vitesse entre la roue et le châssis, ladite différence pouvant par exemple être utilisée pour déterminer le glissement de la roue sur le sol. Dans de nombreuses applications, en particulier dans les systèmes de contrôle de la dynamique du véhicule comme par exemple l'ABS ou l'ESP, il est utile de déterminer la différence de vitesse de rotation entre deux roues du véhicule, de sorte notamment à pouvoir adapter l'intervention de ces systèmes en fonction des conditions de roulage. En outre, il est connu d'utiliser la détermination de la différence de vitesse de rotation entre deux roues d'un véhicule pour mesurer de façon indirecte la pression des pneus, pour estimer l'angle de rotation du volant, ou encore pour estimer le coefficient d'adhérence maximal de la chaussée sur laquelle la roue tourne. Dans ces applications, la détermination peut être réalisée entre deux roues motrices ou non motrices, ou sur une roue motrice et une roue non motrice. Dans un exemple particulier, l'invention trouve son application pour déterminer de façon précise et fiable le glissement du véhicule sur la chaussée. Pour ce faire, l'invention prévoit de déterminer la vitesse différentielle entre une roue motrice et une roue non motrice. En effet, le glissement g est défini comme la différence de vitesse d'une roue par rapport à la vitesse moyenne du véhicule, soit : g = r- , co étant la vitesse angulaire de rotation de la roue, r le rayon de la v roue et v la vitesse linéaire du véhicule. Pour un véhicule à deux roues motrices, le glissement peut être calculé directement par : motrice non _ motrice non _ motrice Le glissement est l'un des paramètres fondamental dans la stratégie d'intervention de l'ABS ou de l'ESP puisqu'il indique directement si le véhicule se trouve dans une zone de fonctionnement du freinage optimal, ce qui permet in fine de diminuer la distance de freinage. Il existe donc un besoin important concernant la détermination précise et fiable du glissement, et ce d'autant plus au regard de l'importance des fonctions de sécurité et d'aide à la conduite que remplissent les systèmes de contrôle de la dynamique du véhicule. Selon l'invention, cette détermination peut être réalisée après quelque tours de roue et avec une très bonne précision (par exemple inférieure à 0,01%), ce qui constitue une amélioration importante par rapport au procédé existant. Pour ce faire, l'invention prévoit de mesurer la vitesse de rotation de chaque roue au moyen : - d'un codeur solidaire en rotation de l'organe, ledit codeur comprenant une piste multipolaire délivrant un signal de période spatiale ; et - d'un capteur fixe comprenant au moins un élément sensible qui est disposé en regard et à distance de lecture du signal de la piste multipolaire, ledit capteur étant agencé pour délivrer un signal de vitesse de rotation de l'organe. Dans un exemple particulier, le codeur est formé d'une pièce annulaire magnétique multipolaire sur laquelle est aimantée une pluralité de N paires de pôles Nord et Sud de largeur angulaire constante. Par exemple, le codeur peut être solidarisé de façon connue à la bague tournante du roulement sur lequel la roue est montée. Un tel codeur délivre un signal de période spatiale , égal à la largeur d'une paire de pôles, c'est-à-dire une fréquence égale à N multiplié par la fréquence de rotation de la roue. Dans un exemple particulier, le codeur est intégré au joint d'étanchéité du roulement de roue. En disposant à distance d'entrefer de ce codeur, au moins un élément sensible, notamment deux ou une pluralité alignés, par exemple formé d'une sonde à effet Hall ou d'une magnétorésistance, le capteur peut délivrer de façon connue un signal de vitesse de la roue par rapport au châssis. En particulier, le passage des paires de pôles magnétiques en face du capteur conduit à l'émission d'un train de puises comprenant un nombre de fronts fonction du nombre de paires de pôles, le temps entre deux fronts étant directement représentatif de la vitesse de rotation angulaire de la roue puisque la période spatiale X est constante. Le document FR-A-2 792 380 décrit un roulement comprenant un codeur et un capteur qui sont agencés pour délivrer un signal de vitesse adapté pour la mise en u̇vre du procédé selon l'invention. Le procédé suivant l'invention prévoit une procédure itérative de détermination qui comprend la mesure et l'échantillonnage temporel du signal de vitesse de rotation avec une période d'échantillonnage temporelle constante. Dans un mode de réalisation, le signal de vitesse échantillonné peut être en outre interpolé de sorte à augmenter sa résolution spatiale en multipliant le nombre de fronts disponibles par tour par un facteur dit d'interpolation. Une telle interpolation est, par exemple, décrite dans le document FR-2 754 063. En particulier, l'interpolation permet d'agrandir la zone de fréquence observable, ce qui permet d'identifier des harmoniques d'ordre plus élevé. Pour mettre en oeuvre ce mode de réalisation, l'homme du métier pourra avantageusement utilisé l'ASIC référencé MPS32X qui a été mis au point par la demanderesse et qui permet de réaliser une interpolation du signal de vitesse par un facteur 32 (il est donc possible d'identifier l'harmonique d'ordre 16 de la fréquence du signal du codeur). La procédure itérative de détermination comprend en outre les étapes prévoyant de : - effectuer une analyse fréquentielle temporelle du signal de vitesse échantillonné de sorte à identifier au moins une fenêtre fréquentielle comprenant une bande correspondant à une harmonique de la fréquence du signal du codeur ; - comparer au moins une valeur caractéristique de la bande avec la valeur correspondante du signal de référence de sorte à déterminer la différence. En relation avec les figures, on décrit la réalisation de ces deux étapes dans les conditions suivantes : - le codeur comprend 48 paires de pôles ; - le capteur est de type MPS32X, et délivre 48 x 4 x 32 = 6144 fronts par tour de roue ; - le véhicule roule environ à 70 Km/h soit une fréquence de rotation de la roue de 10 Hz (roue de 2 m de circonférence) ; - le signal de vitesse est échantillonné avec un nombre de points correspondant à 10 tours de roue. Suivant cette réalisation, la première harmonique de la fréquence du signal du codeur est donc de 48 x 10 = 480 Hz (c'est-à-dire 48 fois par tour de roue, la deuxième à 2 x 480 = 960 Hz, etc...). L'analyse fréquentielle temporelle permet d'extraire les fréquences individuelles du signal de vitesse et de leur affecter respectivement une amplitude. Selon une réalisation, l'analyse fréquentielle temporelle est réalisée par calcul de la transformée de Fourier temporelle du signal de vitesse échantillonné de sorte à obtenir un spectre de la vitesse de rotation de la roue. Sur la figure 1, on constate la présence dans le spectre de bandes d'intensité importante autour de la fréquence correspondant aux harmoniques de la fréquence du signal du codeur. Ces bandes correspondent à des défauts dans la chaîne d'acquisition qui interviennent au passage de chaque paire de pôles magnétiques, soit 48 fois par tour dans l'exemple de codeur considéré. Ces défauts peuvent être attribués à deux causes principales : - le caractère non sinusoïdal du signal délivré par le codeur. Par exemple, si le champ a une allure en dents de scie ou carré ; - les composants électroniques du capteur qui sont par nature imparfait par exemple aux niveaux des valeurs des résistances ou des niveaux de commutation des comparateurs (hystérésis). Dans le mode de réalisation décrit, les défauts sont inhérents à la chaîne d'acquisition utilisée, toutefois on peut prévoir d'introduire volontairement, au niveau du codeur et/ou au niveau du capteur, des défauts de sorte à provoquer l'apparition des bandes correspondant à une harmonique de la fréquence du signal du codeur. En particulier, on peut prévoir de changer la forme du signal délivré par le codeur en jouant sur la géométrie de l'aimantation. Bien que l'intensité de ces bandes soit aléatoire (du fait de la dispersion aléatoire des défauts), celle-ci est importante et rend donc exploitable ces bandes suivant l'invention, et ce jusqu'à un ordre d'harmonique élevé. Ainsi, il est possible d'identifier au moins une fenêtre fréquentielle comprenant une bande correspondant à une harmonique de la fréquence du signal du codeur. En outre, l'identification peut être réalisée jusqu'à haute fréquence ce qui permet d'améliorer la précision de la détermination. En effet, la résolution fréquentielle de la mesure différentielle augmente avec l'ordre de l'harmonique puisque l'incertitude sur cette mesure varie en x/n %, x étant l'incertitude sur la première harmonique et n étant l'ordre de l'harmonique. Par conséquent, plus la détermination sera réalisée sur une harmonique d'ordre important, plus la détermination de la vitesse différentielle sera précise. Par ailleurs, les bandes correspondant aux harmoniques de la fréquence du signal du codeur ont des intensités beaucoup plus importantes que celles correspondant aux harmoniques de rotation de la roue (10 Hz, 20 Hz, ...). Ainsi, contrairement aux dernières, les premières sont exploitables dans le cadre de l'invention malgré le caractère aléatoire de leur intensité, et ce jusqu'à un ordre d'harmonique élevé. En outre, les bandes correspondant aux harmoniques de tour de roue sont positionnées à basse fréquence, ce qui les rend difficilement exploitables du fait de leur recouvrement lors des variations de vitesse du véhicule. La figure 2 montre la fenêtre comprenant la bande correspondant à la première harmonique qui est centré sur 480 Hz, ladite bande ayant une forme qui correspond aux variations de la vitesse de rotation de la roue lors de l'acquisition. Comme représenté sur la figure 3, pour l'autre roue la bande du spectre qui est comprise dans la fenêtre à une intensité différente, mais la forme de la bande est analogue. Et, le décalage fréquentiel entre les deux bandes est représentatif de la différence de vitesse de rotation entre les deux roues, et donc in fine à la valeur du glissement du véhicule. Dans ce cas, la roue avant (motrice) tourne plus vite que la roue arrière (non motrice). Selon la figure 3, la valeur comparée est la position fréquentielle d'un pic de la bande (dans ce cas le premier pic), la comparaison comprenant le calcul de l'écart fréquentiel ( f) entre la position fréquentielle des deux pics. En variante, cette comparaison pourrait être réalisée avec plusieurs pics de la bande de sorte à fiabiliser la détermination, ou par mesure du décalage de la médiane de deux pics. Par exploitation de la première harmonique selon la figure 3, on obtient un glissement g = 0,357% +/- 0,086%, compte tenu de la résolution fréquentielle qui est ici de 0,4 Hz. La même comparaison effectuée sur des harmoniques d'ordre plus élevé permet d'affiner cette détermination, en réduisant à chaque fois son incertitude. Ainsi : - sur la figure 4 (harmonique d'ordre 2) on obtient : g = 0,378% +/- 0,043% ; - sur la figure 5 (harmonique d'ordre 3) on obtient : g = 0,388% +/- 0,029% ; - sur la figure 6 (harmonique d'ordre 4) on obtient : g = 0,390% +/- 0,022% ; - sur la figure 7 (harmonique d'ordre 9) on obtient : g = 0,399% +/- 0,010% ; La figure 7, illustre une comparaison comprenant le calcul du décalage fréquentiel entre une partie de la bande délimitée par deux pics et comprenant plusieurs pics. En variante, la comparaison peut être réalisée par corrélation mathématique d'au moins une partie de la bande. La figure 8 illustre, en relation avec la deuxième harmonique et de façon analogue à celle de la figure 4, l'évolution des bandes pour une condition de roulage des roues gauches sur un revêtement différent. Dans ce cas, le glissement g = 0,466% +/- 0,043%. De la même manière, on peut déterminer les différences de vitesses dans le cas d'un roulage sur des revêtements différents pour les roues gauches et pour les roues droites. En relation avec la figure 9, on constate alors la différence de glissement qui peut être déterminée entre le côté gauche et le côté droit. Selon une réalisation, l'analyse fréquentielle temporelle peut comprendre, en outre du calcul de la transformée de Fourier temporelle, le filtrage du spectre, dans la fenêtre identifiée, par élimination des fréquences qui ne sont pas intéressantes. En variante, la fenêtre identifiée est déplacée vers les basses fréquences puis le signal temporel est reconstitué à une fréquence d'échantillonnage plus faible (décimation) par des techniques connues de l'homme du métier, afin de limiter la quantité de données à manipuler et de calculs à réaliser ultérieurement. Dans un autre mode de réalisation de l'analyse fréquentielle temporelle, on prévoit d'utiliser un filtre numérique dont la bande passante correspond à la fenêtre fréquentielle qui est identifiée en fonction de la période spatiale du signal délivré par le codeur et de la vitesse linéaire du véhicule. Pour ce faire, on peut utiliser un filtre numérique à bande passante variable. En variante, on peut prévoir ensuite le calcul de la transformée de Fourier temporelle du signal filtré. Ainsi, on filtre de façon préalable le signal échantillonné de sorte à éviter la réalisation de façon itérative du calcul de la transformée de Fourier temporelle sur l'ensemble des points acquis. En variante, préalablement au calcul, la fenêtre identifiée est déplacée vers les basses fréquences puis le signal temporel est reconstitué à une fréquence d'échantillonnage plus faible (décimation), afin de limiter la quantité de données à manipuler et de calculs à réaliser ultérieurement. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination d'une différence entre la vitesse de rotation d'un organe tournant et un signal de vitesse de référence, ledit procédé prévoyant de mesurer la vitesse de rotation de l'organe au moyen : - d'un codeur solidaire en rotation de l'organe, ledit codeur comprenant une piste multipolaire délivrant un signal de période spatiale ; et - d'un capteur fixe comprenant au moins un élément sensible qui est disposé en regard et à distance de lecture du signal de la piste multipolaire, ledit capteur étant agencé pour délivrer un signal de vitesse de rotation de l'organe ; ledit procédé comprenant la procédure itérative de détermination qui comprend les étapes prévoyant de : - mesurer et échantillonner temporellement le signal de vitesse de rotation avec une période d'échantillonnage temporelle constante ;- effectuer une analyse fréquentielle temporelle du signal de vitesse échantillonné de sorte à identifier au moins une fenêtre fréquentielle comprenant une bande correspondant à une harmonique de la fréquence du signal du codeur ; - comparer au moins une valeur caractéristique de la bande avec la valeur correspondante du signal de référence de sorte à déterminer la différence. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant d'effectuer l'analyse fréquentielle temporelle, le signal de vitesse échantillonné est interpolé de sorte à augmenter sa résolution spatiale. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'analyse fréquentielle temporelle est réalisée par calcul de la transformée de Fourier temporelle du signal de vitesse échantillonné de sorte à obtenir le spectre de la vitesse de rotation de l'organe. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'analyse fréquentielle temporelle du signal échantillonné comprend en outre le filtrage numérique du spectre dans la fenêtre. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, préalablement à la comparaison, la fenêtre est déplacée vers les basses fréquences. 6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'analyse fréquentielle temporelle est réalisée par filtrage numérique du signal échantillonné dans la fenêtre. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'analyse fréquentielle temporelle comprend en outre le calcul de la transformée de Fourier temporelle du signal filtré. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, préalablement au calcul de la transformée de Fourier temporelle, la fenêtre est déplacée vers les basses fréquences. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le signal de vitesse de référence est un signal de vitesse de rotation d'un deuxième organe tournant. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il prévoit de mesurer la vitesse de référence au moyen : - d'un codeur solidaire en rotation du deuxième organe, ledit codeur comprenant une piste multipolaire délivrant un signal de période spatiale ; et - d'un capteur fixe comprenant au moins un élément sensible qui est disposé en regard et à distance de lecture du signal de la piste multipolaire, ledit capteur étant agencé pour délivrer un signal de vitesse de rotation du deuxième organe ; ledit procédé comprenant la procédure itérative qui comprend les étapes prévoyant de : - mesurer et échantillonner temporellement le signal de référence avec une période d'échantillonnage temporelle constante ; - effectuer une analyse fréquentielle temporelle du signal de référence échantillonné de sorte à identifier la fenêtre. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la valeur comparée est une position fréquentielle d'au moins un pic de la bande, la comparaison comprenant le calcul de l'écart fréquentiel entre les valeurs des deux signaux. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la comparaison est faite par corrélation mathématique d'au moins une partie de la bande. 13. Application d'un procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, à la détermination de la vitesse différentielle entre deux roues d'un véhicule automobile. 14. Application selon la revendication 13, dans laquelle les deux roues sont motrices ou non motrices. 15. Application selon la revendication 13, dans laquelle une roue est motrice, l'autre roue étant non motrice. 16. Application selon la revendication 15, dans laquelle la vitesse différentielle est utilisée pour déterminer le glissement du véhicule sur la chaussée sur laquelle les roues roulent.