Brevet FR2889306A1 — publié le 20070202

CAPTEUR À SEMI-CONDUCTEUR À CIRCUIT DE RÉGLAGE INTÉGRÉ ET SYSTÈME DE CAPTEUR DE COUPLE DE TYPE À BARRE DE TORSION La présente invention concerne un capteur à semi- conducteur à circuit de réglage intégré et un système de capteur de couple de type à barre de torsion qui utilise le capteur à semi-conducteur à circuit de réglage intégré. Un système de capteur de couple de type à barre de torsion traditionnel utilise un aimant permanent comme générateur de flux magnétique, de sorte que la variation de la densité de flux magnétique résiduel due à la variation de la température affecte la sensibilité d'un capteur de couple. Un écart de taille, de type et de caractéristiques du matériau de l'aimant permanent provoque une fluctuation de la sensibilité et une valeur de décalage (sortie de point zéro) de la sonde de couple. Le système de capteur de couple de type à barre de torsion traditionnel est donc équipé d'un capteur de température tel qu'une thermistance placée autour de l'aimant permanent. En fonction de la température détectée par le capteur de température, la fluctuation est réglée dans un circuit à l'extérieur du capteur. Toutefois, le procédé décrit ci-dessus, appelé procédé de réglage externe, implique l'installation d'un circuit de réglage externe séparé pour le réglage ou l'agrandissement d'une section de commande du système de capteur de couple lorsque le circuit de réglage est ajouté à la section de commande du système de capteur de couple. Ceci a pour conséquence une augmentation de la taille et du coût du système de capteur de couple. De plus, le remplacement de la partie capteur, à la suite d'une panne, invalide les données de réglage précédentes dans le circuit de réglage décrit ci-dessus. Ceci implique donc le remplacement de la totalité du système de capteur de couple comprenant le circuit de réglage externe, ce qui augmente les coûts de maintenance. Le problème présenté ci-dessus survient non seulement dans le système de capteur de couple de type à barre de torsion, mais aussi dans un système de capteur habituel. Un but de la présente invention consiste à fournir un capteur à semiconducteur a circuit de réglage intégré et un système de capteur de couple de type à barre de torsion qui utilise le capteur à semi- conducteur à circuit de réglage intégré. Afin d'atteindre les buts ci-dessus et autres buts, un capteur à semiconducteur à réglage de sortie intégré est prévu avec une pluralité de sections qui sont intégrées dans le capteur. Ici, une section de détection détecte au moins une parmi une quantité physique et une quantité chimique en tant que quantité électrique. Une section de détection thermique détecte la température. Une section de mémoire non- volatile réinscriptible stocke de manière réinscriptible des données de réglage pour régler une erreur relative à la quantité électrique détectée. Une section de calcul du réglage délivre en sortie un signal réglé après le réglage du décalage de la quantité électrique détectée, le réglage de la sensibilité et le réglage de la température, en fonction de la température détectée et des données de réglage stockées. C'est-à-dire que le détecteur à semi-conducteur est constitué d'un circuit intégré monolithique constitué d'une seule puce comprenant les sections décrites ci-dessus, de sorte qu'il effectue de manière interne le réglage du décalage, le réglage de la sensibilité et le réglage de la température. Une panne au niveau du capteur implique donc seulement le remplacement du capteur même, mais pas de remplacement, ni de réglage supplémentaire du circuit externe, ce qui simplifie la maintenance du système de capteur. Il est préférable que le détecteur à semi-conducteur comprenne de plus une section de commande de fonctionnement pour recevoir de manière externe une commande de fonctionnement et des données de réglage ultérieures. Ici, la section de commande de fonctionnement écrit les données de réglage ultérieures dans la mémoire non-volatile réinscriptible lorsque la commande de fonctionnement est une commande d'écriture. Ceci facilite l'écriture des données de réglage dans la mémoire non-volatile réinscriptible. Il est également préférable que la commande du fonctionnement soit une commande d'interdiction d'écriture, la section de commande du fonctionnement interdit l'écriture des données de réglage ultérieures dans la mémoire non-volatile réinscriptible. Ceci empêche que du bruit ou d'autres événements anormaux réécrivent des données de réglage erronées dans la mémoire non-volatile réinscriptible. Les précédents et autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention deviendront plus apparents à partir de la description détaillée suivante en se référant aux dessins annexés. Dans les dessins: La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un système de capteur de couple conformément à un premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est une vue en perspective désassemblée du 30 système de capteur de couple; La figure 3 est un schéma synoptique sous forme de blocs d'un circuit intégré du capteur magnétométrique du système de capteur de couple; La figure 4 est un schéma synoptique sous forme de blocs d'une section de verrouillage du circuit intégré du capteur magnétométrique; La figure 5 est un schéma synoptique sous forme de 5 blocs d'un circuit intégré du capteur magnétométrique conformément à un deuxième mode de réalisation; La figure 6 est un schéma synoptique sous forme de blocs d'un circuit intégré du capteur magnétométrique conformément à un troisième mode de réalisation; et La figure 7 est une vue en perspective désassemblée du système de capteur de couple conformément à un quatrième mode de réalisation. (Premier mode de réalisation) (Structure) Un système de capteur de couple en tant que premier mode de réalisation de la présente invention, est utilisé pour, par exemple un équipement de direction assistée électrique. En se référant à la figure 1, le système de capteur de couple est placé entre un arbre d'entrée 2 et un arbre de sortie 3, lesquels composent un arbre de direction, détecte le couple de braquage appliqué à l'arbre de direction. Les arbres d'entrée et de sortie 2 et 3 sont, en rotation relative et transmettant le couple, associés par une barre de torsion 4. Un aimant annulaire 5 est fixé en l'assemblant avec le bord de l'arbre d'entrée 2, alors qu'une couronne magnétique 6 est fixée au bord de l'arbre de sortie 3. La circonférence de l'aimant annulaire 5 est magnétisé par des pôles alternés selon un pas prédéterminé sur la circonférence. La couronne magnétique 6 comporte deux demi- couronnes magnétiques 6A et 6B attachées de manière coaxiale à l'arbre de sortie 3 avec un espacement prédéterminé. Les deux demi-couronnes magnétiques 6A et 6B, constituées d'un élément magnétique souple, sont grossièrement en forme de L et de U, respectivement, dans une section axiale comme cela est représenté sur la figure 1. Elles comportent des dents qui entourent l'aimant annulaire 5, avec un espace prédéterminé par rapport à la circonférence de l'aimant annulaire 5, et s'étendent dans la direction axiale avec un pas prédéterminé sur la circonférence. Elles comportent également des plaques circulaires qui s'étendent dans la direction radiale vers l'extérieur par rapport aux bords inférieurs des dents, et des cavités cylindriques qui s'étendent dans la direction axiale par rapport aux bords des plaques circulaires. Les dents des demi-couronnes magnétiques 6A et 6B sont placées alternativement sur la circonférence. Le flux magnétique provenant du pôle N de l'aimant annulaire 5 atteint le pôle S de l'aimant annulaire 5 par l'intermédiaire d'un circuit. Ce circuit traverse les dents d'une parmi les demi-couronnes 6A et 6B contiguë au pôle N suivant la direction radiale vers l'extérieur, la cavité cylindrique d'une parmi les demi-couronnes 6A et 6B, la cavité cylindrique de l'autre parmi les demi-couronnes 6A et 6B et la dent de l'autre parmi les demi-couronnes 6A et 6B. Un circuit intégré de capteur magnétométrique 7 est attaché dans un état stationnaire à l'intérieur de l'espacement axial entre les demi-couronnes magnétiques 6A et 6B, pour détecter la variation de champ magnétique dans l'espacement. Des goupilles 8 servent à attacher la barre de torsion 4. Dans la structure décrite ci-dessus, l'application du couple sur l'arbre d'entrée 2 provoque une torsion de la barre de torsion 4, de telle sorte que le couple est transmis à l'arbre de sortie 3. L'apparition d'une différence de position de rotation relative (c'est à dire, angle de rotation relative) entre l'aimant annulaire 5 et la couronne magnétique 6 fait varier la densité du flux magnétique entre les cavités cylindriques de la couronne magnétique 6. Cette variation de la densité du flux magnétique est délivrée en sortie vers l'extérieur. On expliquera ci-après le circuit intégré du capteur magnétométrique (capteur M) 7, en se référant à la figure 3. Le circuit intégré du capteur magnétométrique 7, qui est intégré dans une seule puce, inclut les éléments suivants: trois bornes, à savoir une borne de source de tension 7A, une borne de masse (masse) 7B, et une borne de sortie 7C; un détecteur thermique 7E pour détecter la température au voisinage du circuit intégré du capteur magnétométrique 7; un oscillateur 7F pour délivrer une horloge de référence à chaque section du circuit intégré ; un capteur magnétométrique 7G tel qu'un élément à effet Hall pour détecter la densité du flux magnétique; une section de convertisseur analogique/numérique (A/N) 7H pour convertir la tension analogique de sortie du capteur magnétométrique 7G en une valeur numérique; une mémoire non-volatile 7N pour stocker les données de réglage; une section de calcul 7I pour calculer le réglage des signaux numériques délivrés en sortie par la section du convertisseur A/N 7H en fonction des données stockées dans la mémoire non-volatile 7N; une section de convertisseur numérique/analogique (N/A) 7J pour reconvertir, en tension analogique, les valeurs numériques du résultat calculé dans la section de calcul 7I; une mémoire tampon 7K pour délivrer en sortie vers l'extérieur la tension analogique reconvertie; une section logique 7L pour déterminer l'opération de calcul de la section de calcul 7I en fonction de la tension d'alimentation appliquée à la borne de la source de tension 7A; et une section de verrouillage 7M pour désactiver la réécriture dans la mémoire non-volatile 7N en fonction de la détermination de la section logique 7L. La section logique 7L détecte le niveau de tension appliqué à la borne de la source de tension 7A pour déterminer si le niveau de tension correspond à l'opération de mesure habituelle ou à l'opération d'écriture dans la mémoire non-volatile 7N. Lorsque l'opération d'écriture est déterminée, la section logique 7L numérise la variation de tension de la borne de la source de tension 7A pour obtenir des signaux numériques. Les signaux numériques sont écrits dans la mémoire non-volatile 7N via la section de verrouillage 7M. La section logique 7L comporte un comparateur destiné à déterminer le niveau de la tension d'alimentation. Lorsque l'opération de mesure habituelle est déterminée, la section de verrouillage 7M commande l'interdiction d'écrire dans la mémoire non- volatile 7N, en fonction d'une commande provenant de la section logique 7L. La section de calcul 7I, la section logique 7L et la section de verrouillage 7M sont formées par des circuits généralisés bien connus. Elles sont également réalisées de manière évidente à partir de circuits logiques matériels habituels ou de logiciels pour micro-ordinateurs, de sorte que l'explication détaillée des circuits ne sera pas décrite cidessous. (Opération de détection habituelle) Une tension de fonctionnement habituelle (par exemple, 5 V) est appliquée à la borne de source de tension 7A, de telle sorte que chaque circuit intégré du capteur magnétométrique 7 est alimenté par une puissance nécessaire (tension électrique, courant électrique). L'oscillateur 7F fournit à chaque circuit des signaux d'impulsion de cycle constant comme horloge de référence. Une valeur de tension analogique relative aux informations sur la densité du flux magnétique délivrée en sortie par le capteur magnétométrique 7G est convertie par la section du convertisseur A/N 7H en valeurs numériques à transmettre à la section de calcul 7I. Une valeur de tension relative aux informations sur la température délivrée en sortie par le détecteur thermique 7E est transmise au capteur magnétométrique 7G et à la section de calcul 7I. Un signal de mesure, indiquant qu'une mesure habituelle doit être effectuée maintenant, délivré en sortie par la section logique 7L est transmis à la section de calcul 7I. La section de calcul 7I, en fonction des informations et des paramètres précédents stockés dans la mémoire non- volatile 7N, ajuste les informations sur la densité de flux magnétique détectée par le capteur magnétométrique 7G sur les informations numériques pour les transmettre à la section du convertisseur N/A 7J. Les informations numériques sont converties par la section du convertisseur N/A 7J en tension analogique pour être transmises vers l'extérieur via la mémoire tampon 7K. (Opération sans détection) Une tension inhabituelle (par exemple, 6V et plus) autre que la tension de fonctionnement habituelle est appliquée à la borne de la source de tension 7A pendant plus longtemps qu'une période prédéterminée, de sorte que la section logique 7L détecte la tension inhabituelle pour déterminer qu'un mode de programme est commandé. La section logique 7L lit alors des modèles de variation de tension numérisées (par exemple, haut 8 V, bas 6 V) pour déterminer une commande externe. La commande externe inclut une commande de réécriture, pour récrire les données stockées dans la mémoire non-volatile 7N, une commande de lecture des données pour commander à la section de calcul 7I de délivrer en sortie vers l'extérieur les données stockées dans la mémoire non-volatile 7N via la mémoire tampon 7K, et une commande de verrouillage pour que les données restent stockées dans la mémoire non- volatile 7N. Lorsque la section logique 7L détermine la commande de verrouillage, elle commande à la section de verrouillage 7M d'interdire d'écrire dans la mémoire non-volatile 7N. L'installation de la section de verrouillage 7M empêche une récriture erronée dans la mémoire non- volatile 7N même lorsque la variation de tension due à une perturbation externe est incorrectement déterminée comme étant une commande de réécriture. En se référant à la figure 4, la section de verrouillage 7M est formée de manière caractère entre une borne R/W de la section logique 7L et une borne R/W de la mémoire non-volatile 7N. La section de verrouillage 7M inclut une porte de transfert ou un transistor MOS 71 formant un circuit inverseur et un circuit pour commander par intermittence le transistor MOS 71 en fonction d'un état de potentiel délivré en entré par une mémoire non-volatile dans laquelle il est possible d'écrire une seule fois (PROM), une ROM à fusible par exemple. Quand la section logique 7L désactive irréversiblement la PROM, la porte de transfert est désactivée pour interdire à la section logique 7L d'écrire dans la mémoire non- volatile 7N. A l'opposé, l'écriture sera de nouveau possible par d'autres procédés tels que l'effacement aux ultraviolets différents du procédé de signal de tension. (Effet) Un système de capteur de couple traditionnel est commandé par un signal de détection d'un capteur de couple. Le système de capteur de couple traditionnel est composé du capteur de couple, d'une unité du capteur de couple comme partie mécanique et d'une unité de commande électronique (ECU) qui calcule, avec le signal de sortie provenant de l'unité du capteur de couple, un signal de commande à délivrer en sortie. Le réglage d'une caractéristique du capteur de couple est effectué dans l'ECU en réglant, avant l'expédition du système, un circuit de réglage attaché à l'ECU ou en stockant les informations de réglage dans une mémoire non-volatile de l'ECU. Une panne de l'unité du capteur de couple décrite ci-dessus implique que la totalité du système de capteur de couple soit remplacée sur le site ou que l'ECU soit réglée après un remplacement partiel. Une panne de l'ECU implique également la mise en uvre de procédures similaires à celles d'une panne de l'unité du capteur de couple. La quantité de travail de récupération nécessaire à la suite d'une panne, comme cela est décrit ci-dessus, est donc importante. Dans le mode de réalisation, le capteur magnétométrique, constituant le capteur de couple, comporte une mémoire non-volatile intégrée et différents circuits de traitement, de telle sorte que le réglage du décalage, le réglage de la sensibilité et le réglage de la caractéristique de température soient effectués dans le capteur de couple. Lorsque le capteur de couple est hors- service, le travail de récupération implique seulement le remplacement du capteur de couple hors- service sans réglage au niveau de l'ECU. Ceci permet de diminuer sensiblement le temps et le coût du travail de récupération. Lorsque l'ECU est hors-service, seule l'ECU doit être remplacée sans nécessiter aucun réglage supplémentaire dans l'ECU remplacée. La diminution du nombre de composants dans le capteur de couple augmente la fiabilité. Les informations sur le réglage peuvent être modifiées et stockées conformément aux autres caractéristiques du système, de sorte que la flexibilité pour différentes utilisations est augmentée. (Deuxième mode de réalisation) En se référant à la figure 5, dans un deuxième mode de réalisation, une section de sortie en série 70 est adoptée pour délivrer en sortie des signaux numériques pour remplacer la section du convertisseur N/A 7J et de la mémoire tampon 7K représentées sur la figure 3. Dans ce mode de réalisation, l'adoption de la sortie en série peut empêcher plusieurs problèmes liés à la sortie de la tension analogique tels qu'une erreur due à la chute de tension liée à la résistance des fils ou un effet négatif provoqué par le bruit électromagnétique. De plus, dans une ECU qui reçoit le signal numérique délivré en sortie par la section de sortie en série 70, les effets négatifs provoqués par le bruit des hautes fréquences diminuent grâce à un filtre passe-bas sans que la précision des signaux numériques ne diminue. (Troisième mode de réalisation) En se référant à la figure 6, dans un troisième mode de réalisation, un circuit de calcul analogique 7P est adopté pour remplacer la section de calcul 7I représentée sur la figure 3. Le circuit de calcul analogique 7P est constitué de différents circuits de calcul utilisant des amplificateurs opérationnels pour effectuer le calcul commandé par la section logique 7L. En se basant sur le remplacement, un signal de sortie est converti, par une section de convertisseur N/A 7J, en tension analogique pour être délivré en sortie au circuit de calcul analogique 7P. Dans ce mode de réalisation, l'adoption du circuit de calcul analogique 7P mène à la suppression de la section du convertisseur A/N 7H représentée sur la figure 3, de telle sorte que des circuits simples et un calcul rapide soient obtenus. (Quatrième mode de réalisation) En se référant à la figure 7, dans un quatrième mode de réalisation, une paire d'anneaux collecteurs de magnétisme 9A et 9B est ajoutée. La paire d'anneaux collecteurs de magnétisme 9A et 9B, constitués d'un élément magnétique tendre, fait converger, en un point, le flux magnétique généré par un aimant annulaire 5 et qui passe entre une paire de demi-couronnes magnétiques 6A et 6B. Les anneaux collecteurs de magnétisme 9A et 9B sont fixés dans un état stationnaire avec un espace étroit prédéterminé par rapport aux bords de la circonférence des plaques circulaires des demi-couronnes magnétiques 6A et 6B, respectivement. Les anneaux collecteurs de magnétisme 9A et 9B ont des plaques collectrices du magnétisme 9C et 9D respectivement. Les plaques collectrices du magnétisme 9C et 9D, constituées d'un élément magnétique tendre, s'étendent dans la direction radiale vers l'extérieur à des points prédéterminés et sont les unes en face des autres avec un espacement axial prédéterminé. L'espacement axial prédéterminé entre les plaques 9C et 9D est beaucoup plus étroit que celui entre les anneaux 9A et 9B. L'espacement axial entre les anneaux 9A et 9B est défini pour être assez large, alors que les demi-couronnes magnétiques 6A et 6B ne comportent pas de cavité cylindrique comme cela est représenté sur les figures 1 et 2. Dans la structure décrite ci-dessus, le flux magnétique entre dans un des anneaux collecteurs de magnétisme 9A et 9B depuis une plaque contiguë parmi les plaques annulaires des couronnes 6A et 6B. Il passe ensuite dans l'autre parmi les anneaux collecteurs de magnétisme 9A et 9B à travers les plaques mutuelles 9C et 9D. Puis il passe dans l'autre parmi les plaques circulaires des couronnes 6A et 6B. Presque tout le flux magnétique converge donc entre les plaques 9C et 9D, en traversant un circuit intégré du capteur magnétométrique 7 qui est placé entre les plaques 9C et 9D. Cette structure augmente la sensibilité du capteur de couple et réduit les erreurs de déplacement axial, par rapport à la structure du premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2. Revendications 1. Capteur à semi-conducteur à réglage de sortie 5 intégré (7) qui comprend une pluralité de sections et inclut: une section de détection (7G) pour détecter au moins une parmi une quantité physique et une quantité chimique en tant que quantité électrique, le capteur à semiconducteur (7) étant caractérisé en ce qu'il comprend: une section de mémoire non-volatile réinscriptible (7N) pour stocker de manière réinscriptible des données de réglage pour régler une erreur relative à la quantité électrique détectée; une section de verrouillage (7M) prévue devant la section de mémoire non-volatile réinscriptible (7N) pour commander l'interruption d'un signal à entrer pour la réécriture dans la section de mémoire non-volatile réinscriptible (7N) ; une section de calcul du réglage (7I) pour délivrer en sortie un signal réglé après le réglage du décalage de la quantité électrique détectée en fonction des données de réglage stockées; et une section de commande du fonctionnement (7L) qui reçoit depuis l'extérieur une commande de fonctionnement et des données de réglage ultérieures en fonction de signaux de tension binaire superposés à la tension d'alimentation appliquée, dans lequel la section de commande du fonctionnement fait en sorte que la section de verrouillage (7M) permet le signal à entrer pour l'écriture, afin d'écrire ainsi les données de réglage ultérieures dans la mémoire non- volatile réinscriptible lorsque la commande du fonctionnement est une commande d'écriture qui commande l'écriture des données de BB48792B :14 réglage ultérieures dans la mémoire non-volatile réinscriptible. 2. Capteur à semi-conducteur à réglage de sortie intégré (7) selon la revendication 1 comprenant en outre: une section de détection thermique (7E) pour détecter la température, dans lequel la section de calcul du réglage (7I) délivre en sortie le signal réglé après le réglage du décalage de la quantité électrique détectée, le réglage de la sensibilité et le réglage de la température, en fonction de la température détectée et des données de réglage stockées. 3. Capteur à semi-conducteur à réglage de sortie intégré (7) selon la revendication 1, dans lequel, lorsque la commande du fonctionnement est une commande d'interdiction d'écriture pour commander une interdiction d'écrire des données de réglage ultérieures dans la mémoire non-volatile réinscriptible, la section de commande du fonctionnement fait en sorte que la section de verrouillage (7M) d'interrompre le signal à entrer pour la réécriture, pour ainsi interdire l'écriture des données de réglage ultérieures dans la mémoire non-volatile réinscriptible même si la section de commande du fonctionnement reçoit la commande d'écriture après la commande d'interdiction d'écriture. 4. Capteur à semi-conducteur à réglage de sortie intégré (7) selon la revendication 1, dans lequel la section de calcul de réglage est constituée d'une unité de commande centrale incluant une section de conversion analogique/numérique qui convertit en signal numérique un signal analogique délivré en sortie par la section de détection, et dans lequel la section de mémoire non-volatile réinscriptible stocke un programme de calcul de réglage 35 pour l'unité de commande centrale. BB48792B