Brevet FR2895505A1 — publié le 20070629

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé pour déterminer un signal de sortie d'un capteur d'angle magnéto- résistant ainsi qu'un dispositif pour sa mise en oeuvre, un programme d'ordinateur et un produit de programme d'ordinateur. Etat de la technique Les capteurs d'angle de direction de la troisième, quatrième et cinquième génération utilisent le principe de l'effet magnéto-résistant anisotropique AMR et l'effet magnéto-résistant géant GMR. Selon cette technique, une composante d'erreur importante provient d'un défaut d'anisotropie des éléments AMR et GMR correspondants dans les capteurs d'angle de direction. Cette composante d'erreur est perceptible sous la forme d'une composante d'erreur non négligeable des signaux de sortie pour l'angle et la vitesse angulaire des capteurs d'angle de direction. Le document DE-103 06 127-Al décrit un procédé et un circuit pour déterminer la direction d'un champ magnétique. Selon ce document, on constate qu'une influence des défauts d'anisotropie des capteurs GMR peut être éliminée par une exploitation à 360 à l'aide de moyens appropriés notamment par un développement approprié d'une fonction de transfert. Le document EP-1 308 696-A2 concerne un capteur d'angle à compensation de décalage et un procédé de compensation d'une dérive de décalage du capteur d'angle. L'angle à mesurer est défi- ni en s'appuyant sur un signal sinus et un signal cosinus correspondant. Pour la compensation du décalage on détermine tout d'abord l'amplitude du signal cosinus et/ou sinus, et on définit une valeur de décalage correspondante en s'appuyant sur la valeur d'amplitude obtenue. Cela permet de corriger les signaux sinus et cosinus générés par le capteur d'angle et ainsi de corriger la valeur de mesure de l'angle. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un procédé pour déterminer un signal de sortie d'un capteur d'angle magnéto-résistant, caractérisé en ce qu'on détermine une composante périodique d'erreur d'au moins un si- gnal brut, la période de ce signal brut correspondant à un multiple entier de la période de la composante d'erreur périodique et on compense cette composante périodique d'erreur par l'exploitation du signal pour au moins le signal brut. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, dispositif pour déterminer un signal de sortie d'un capteur d'angle magnéto-résistant comportant au moins un élément de compensation pour corriger une composante périodique d'erreur pour au moins un signal brut selon lequel, la période du signal brut correspond à un multiple entier de la période de la composante d'erreur périodique. L'invention concerne également un capteur d'angle magnéto-résistant utilisant un tel dispositif ainsi qu'un programme d'ordinateur mettant en oeuvre le procédé ou un produit comme pro- gramme d'ordinateur. Avantages de l'invention Le procédé selon l'invention de détermination d'un signal de sortie d'un capteur d'angle magnéto-résistant détermine une composante d'erreur périodique pour au moins un signal brut. La période du signal brut correspond à un multiple entier de la période de la composante périodique d'erreur. Cette composante périodique d'erreur est compensée par l'exploitation du signal au moins du signal brut. Le dispositif selon l'invention pour déterminer un signal de sortie d'un capteur d'angle magnéto-résistant comporte un élément de compensation pour corriger la composante d'erreur périodique d'un signal brut ; la période du signal brut correspond à un multiple entier de la période de la composante d'erreur périodique. De façon avantageuse, le dispositif comporte une installation pour enregistrer des données représentant la composante pério- dique d'erreur à compenser dans le signal brut. Ces données peuvent être mesurée notamment après la fabrication du capteur d'angle et le cas échéant être modifiées par le calcul à l'aide des informations de l'installation de mémoire du dispositif. Le capteur d'angle magnéto-résistant selon l'invention comporte au moins un dispositif du type défini ci-dessus. L'invention concerne également un programme d'ordinateur avec des moyens de codes de programmes pour exécuter toutes les étapes du procédé de l'invention comme programme d'ordinateur exécuté sur un ordinateur ou une unité de calcul corres- pondante notamment dans un dispositif selon l'invention. L'invention concerne en outre un produit de programme d'ordinateur avec des moyens de codes de programmes enregistrés sur un support de données visibles par un ordinateur pour effectuer toutes les étapes d'un procédé selon l'invention lorsque le programme est exécuté par un ordinateur ou une unité de calcul notamment dans un dis-positif selon l'invention. Le procédé selon l'invention permet une compensation poussée d'une erreur ou défaut d'anisotropie du capteur d'angle magnéto-résistant ou d'un capteur d'angle de direction correspondant et 15 ainsi également d'un élément AMR (élément magnéto-résistant anisotropique) ou d'un élément GMR (élément magnéto-résistant géant). Par la compensation de l'erreur ou du défaut d'anisotropie, on améliore la précision des capteurs d'angle et de leurs signaux de sortie tels que l'angle et la vitesse angulaire. 20 L'erreur d'anisotropie des éléments GMR résulte principalement d'une composante d'erreur à 120 dans les signaux bruts pour le sinus et le cosinus. Une telle composante d'erreur à 120 représente une composante d'erreur périodique et se répétant tous les 120 c'est-à-dire que lorsqu'on se rapporte à une rotation complète de 360 25 d'un élément GMR on aura trois périodes pour cette composante d'erreur à 120 . Dans le cas d'un élément AMR, l'erreur d'anisotropie se produit principalement sous la forme d'un défaut à 60 dans les signaux bruts pour le sinus et le cosinus. Comme toutefois l'élément 30 GMR a une plage de mesure double de celle de l'élément AMR, vis à vis du signal brut, on sera à égalité car déjà après 180 le signal utile aura une période complète. Pour cette raison, pour les autres considérations, il suffit d'utiliser l'élément GMR sur une plage de mesure de 360 . Les composantes spectrales des signaux bruts d'un élé- 35 ment GMR données à titre d'exemple ont été déterminées par des mesu- 4 res et consignées dans le tableau 1 suivant. Les composantes spectrales du signal brut de l'élément GMR sont normalisées suivant un signal utile respectif, ici une courbe spectrale de 360 . Tableau 1 Analyse spectrale des signaux bruts Ligne spectrale Signal brut sinus Signal brut cosinus 360 1 1 180 0,0138 0,0138 120 0,0672 0,0579 90 0,0004 0,0008 72 0,0025 0,0026 60 0,0006 0,0002 51,4 0,0004 0,0003 45 0,0002 0,0003 40 0,0004 0,0005 36 0,0002 0,0002 Comme le montre clairement le tableau 1, la composante d'erreur à 120 domine. Dans cet exemple une amplitude de la composante d'erreur à 120 correspond pour un signal brut sinus à 6,72 % de l'amplitude du signal utile. Dans le cas du signal brut cosinus cela correspond à une valeur de 5,79 % de l'amplitude du signal utile. A l'aide d'un élément de compensation supplémentaire dans un algorithme d'une exploitation de signal actuel on peut compenser très largement les composantes d'erreur à 120 des signaux bruts respectifs. Dans une nouvelle exploitation de signal, étendu, on traite les composantes d'erreur périodique dans les algorithmes présentés ci- après pour le signal brut sinus (1) et pour le signal brut cosinus (2) : X2=X1-Cx(4X13+3X1 (1) Dans cette formule X2 correspond à une valeur de sinus dont l'anisotropie a été corrigée ; X1 représente une valeur sinus corrigée en décalage pour le signal brut sinus mesuré à l'origine ; Cx repré- sente le coefficient de correction de la composante d'erreur périodique du signal brut sinus ; Y2=Y1-CY(4Y13+3Y1) (2) 5 Dans cette formule Y2 correspond à une valeur cosinus dont l'anisotropie a été corrigée ; Y1 correspond à une valeur cosinus dont le décalage a été corrigé pour le signal brut cosinus mesuré initialement ; Cy représente le coefficient de correction de la composante 10 d'erreur périodique du signal brut cosinus. Cx et Cy sont des constantes que l'on détermine par exemple sur un banc d'essai à la sortie de la chaîne de fabrication c'est-à-dire juste après la fabrication du capteur d'angle et on enregistre ces informations dan le dispositif selon l'invention pour l'exploitation du 15 signal du capteur d'angle notamment dans l'unité de calcul équipant le capteur d'angle. Ces deux constantes ont des valeurs dans la plage de l'amplitude normalisée de la composante d'erreur à 120 respective. Pour déterminer les constantes Cx et Cy sur un banc d'essai en sortie de chaîne de fabrication ou dans le cadre d'un contrôle final correspon- 20 dant, il est recommandé d'utiliser un moyen d'évaluation LS c'est-à-dire un moyen d'évaluation fonctionnant selon le procédé des moindres car-rés permettant de minimiser l'erreur d'angle globale. La présente invention s'applique selon un développement préférentiel à tous les produits c'est-à-dire à tous les capteurs d'angle 25 magnéto-résistants ou des capteurs d'angle de direction correspondants dont les signaux bruts ont une composante d'erreur supplémentaire qui correspond à une période d'un tiers de la période du signal utile. Dans le cas de capteurs d'angle de direction de la troisième et de la quatrième génération, le signal utile est un signal à 180 du fait de la technique 30 AMR utilisée. C'est pourquoi la présente invention permet de compenser une composante d'erreur à 60 dans le signal brut. Dans le cas de capteurs d'angle de direction de la cinquième génération, le signal utile est un signal à 360 du fait de la technique GMR utilisée. L'invention per-met ainsi de compenser une composante d'erreur à 120 dans le signal 35 brut. Les erreurs d'anisotropie non compensées jusqu'alors des élé- ments AMR et GMR peuvent maintenant être très largement compensées ce qui augmente la précision des capteurs d'angle de direction vis à vis des signaux de sortie correspondant à l'angle et à la vitesse angulaire. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un ordinogramme d'une exploitation de signal se- lon l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue développée du signal d'angle de sortie sans linéarité ; - la figure 3 montre un ordinogramme d'une exploitation de signal étendue selon un procédé de l'invention correspondant à un mode de réalisation préférentiel ; - la figure 4 est un diagramme de comparaison des défauts d'angle pour des angles déterminés selon un procédé de l'état de la technique et selon un mode de réalisation préférentiel du procédé de l'invention. L'ordinogramme de la figure 1 correspond à une exploitation de signal selon l'état de la technique ; le signal brut sinus 2 et le signal brut cosinus 4 sont soumis à une correction de décalage dans un élément de décalage 6. Pour de tels signaux bruts corrigés en décalage, on effectue ensuite une correction en amplitude et une correction de phase dans un composant 8. Puis dans un composant 10 on forme la fonction arc tangente (arc-tg) qui fournit un angle 12 comme signal de sortie du procédé. La figure 2 montre en ordonnée 14 le signal de sortie 18 repéré par rapport à une mesure de référence portée en abscisse 16. Le signal de sortie 18 a été obtenu à l'aide du procédé présenté à la figure 1 ; il en résulte les défauts de linéarité qui apparaissent clairement dans le signal de sortie 18. De plus, on a une valeur d'angle supplémentaire dans la vitesse angulaire déduite du signal de sortie 18. La figure 3 montre un ordinogramme d'un mode de réali- sation préférentiel d'une exploitation de signal étendue selon le procédé de l'invention. On soumet un signal brut sinus 20 à un élément de cor-rection de décalage 24 pour lui appliquer une correction de décalage ; on obtient ainsi une valeur de sinus 26 dont le décalage a été corrigé pour le signal brut sinus 20. De façon correspondante on soumet un signal brut cosinus 22 à une correction de décalage dans un élément de correction de décalage 26 ce qui donne une valeur cosinus 28 corrigée en décalage pour le signal brut cosinus 22. Les deux valeurs 26, 28 corrigées en décalage ont chaque fois une composante d'erreur supplémentaire à 120 qui représente environ 5 % de l'amplitude du signal utile respectif. Ensuite selon une exploitation étendue du signal (figure 3) pour la valeur sinus 26 dont le décalage est corrigé dans un élément de compensation 30, on applique une correction d'anisotropie ou cor-rection à 120 ; la valeur cosinus 28 corrigée en décalage est également 15 soumise à une correction d'anisotropie ou correction à 120 dans un élément de compensation 32. Les constantes Cx et Cy utilisées pour ces corrections 120 30, 32, se déterminent à l'aide d'un évaluateur LS (évaluateur appliquant la règle des moindres carrés) et ces constantes sont appliquées à un élément de compensation pour la poursuite de 20 l'exploitation du signal. Les deux constantes Cx et Cy de cet exemple de réalisation sont identiques car les deux signaux bruts 20, 22 ont la même composante d'erreur à 120 qui correspond environ à 5 %. Lors de l'exécution des corrections 30, 32 à 120 dans le cadre du procédé de l'invention, on fournit une valeur sinus 34, corrigée 25 en anisotropie et une valeur cosinus 36 corrigée en anisotropie. Dans une étape suivante on soumet la valeur sinus 34, corrigée en anisotropie et la valeur cosinus 36 corrigée en anisotropie à une composante 38 d'une correction d'amplitude et de phase. Ainsi on obtient un signal utile sinus 40 et un signal utile cosinus 42. En appliquant la fonction 30 arc tangente à l'aide d'une composante 44 sur la base de ces signaux utiles 40, 42, on obtient un signal de sortie 46 pour un angle. Dans le diagramme de la figure 4 on a représenté en or-données à gauche 48 et en abscisses 50 pour l'angle, une erreur d'angle 52 résultant de l'exploitation actuelle du signal. Selon les ordonnées 54 35 à droite on a représenté en fonction de l'abscisse 50, pour l'angle un défaut d'angle 56 qui résulte de l'exploitation étendue du signal selon l'invention. La comparaison de ce défaut ou erreur d'angle 52 et de l'erreur d'angle 56 montre que la composante d'erreur à 120 des signaux bruts conduit par l'exploitation actuelle du signal a une compo- sante d'erreur à 90 dans l'erreur d'angle 52. Une raison de la transformation vers une autre composante spectrale est la caractéristique non linéaire de la fonction arc tangente. L'exploitation étendue du signal se traduit en revanche par une composante d'erreur à 120 , transformée dans les signaux bruts pour obtenir une composante d'erreur à 45 dans l'erreur d'angle 56. L'exploitation de signal, étendue est avantageuse comme le montre l'examen des amplitudes des défauts angulaires 52 et 56. La figure 4 montre qu'avec l'exploitation actuelle du signal, il subsiste une erreur d'angle 52 allant jusqu'à 2,866 (ordonnée à gauche 48). L'exploitation étendue du signal réduit l'erreur d'angle à une amplitude de seulement 0,0215 (ordonnée à droite 54). Cela signifie que l'erreur d'angle 52 de l'exploitation actuelle du signal est supérieure d'un coefficient 133 à l'erreur d'angle 56 correspondant à l'exploitation étendue du signal selon l'invention. L'erreur d'angle 52 peut ainsi être réduite fortement. La grandeur déduite de l'angle à savoir la vitesse angulaire est améliorée considérablement en précision grâce au procédé de l'invention.25 REVENDICATIONS 1 ) Procédé pour déterminer un signal de sortie (46) d'un capteur d'angle magnéto-résistant, caractérisé en ce qu' on détermine une composante périodique d'erreur d'au moins un signal brut (20, 22), la période de ce signal brut (20, 22) correspondant à un multiple entier de la période de la composante d'erreur périodique et on compense cette composante périodique d'erreur par l'exploitation du signal pour au moins le signal brut (20, 22). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on compense la composante d'erreur période dont la période corres- pond à un tiers de la période du signal brut (20, 22). 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on compense la composante d'erreur par un élément de compensation lors de l'exploitation du signal. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de l'exploitation du signal on détermine une valeur de sinus X2 (34) à correction anisotropique selon l'algorithme suivant : X2 = X1 - Cx (4 X13 + 3 Xi), X1 étant la valeur de sinus (26) dont le décalage est corrigé et qui correspond à un signal brut de sinus (20) mesuré initialement et Cx est un coefficient de correction pour la composante d'erreur périodique du si- gnal brut sinus (20), et selon lequel lors de l'exploitation du signal on détermine une valeur de cosinus Y2 (36) à correction anisotropique selon l'algorithme suivant : Y2 =Y1-CY(4Y13+3Y1), dans laquelle Y1 représente une valeur de cosinus (28) corrigée en dé- calage d'un signal cosinus brut (22) mesuré initialement et Cy repré- 30sente un coefficient de correction pour la composante d'erreur périodique du signal cosinus brut (22). 5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour au moins une composante d'erreur périodique pour Cx et Cy on utilise chaque fois une valeur constante. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on mesure une valeur de la composante d'erreur à la fin de la fabrication du capteur d'angle. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la composante d'erreur à l'aide d'un évaluateur LS qui minimise l'erreur angulaire globale. 8 ) Dispositif pour déterminer un signal de sortie (46) d'un capteur d'angle magnéto-résistant comportant au moins un élément de compensation (30, 32) pour corriger une composante périodique d'erreur pour au moins un signal brut (20, 22) selon lequel, la période du signal brut (20, 22) correspond à un multiple entier de la période de la composante d'erreur périodique. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' il comporte une installation pour enregistrer des données représentant une partie de l'erreur périodique du signal brut. 10 ) Capteur d'angle magnéto-résistant, caractérisé en ce qu' il est équipé d'un dispositif selon les revendications 8 ou 9. 35