Brevet FR2902516A1 — publié le 20071221

La présente invention concerne un conditionneur de signal pour un capteur de position angulaire du type produisant au moins deux signaux périodiques déphasés. Plus particulièrement la présente invention présente un dispositif et une méthode permettant d'améliorer la qualité de la mesure pour un tel capteur y compris en présence de perturbations. Dans le domaine de la mesure de position angulaire il est connu d'utiliser un capteur comprenant un stator et un rotor et de mesurer la position angulaire ou angle 8 entre le stator et le rotor. Les capteurs du type qui intéresse l'invention comprennent au moins deux éléments sensibles solidaires du stator, disposés autour du rotor et angulairement espacés d'un angle de déphasage a. Chaque élément sensible produit lors de la rotation du rotor un signal périodique fonction de l'angle 8. Le second élément sensible produit un signal semblable au signal produit par le premier élément sensible, mais déphasé d'un angle a. Un seul signal périodique permet de déterminer l'angle 8 mais laisse subsister une indétermination. Ainsi, un signal sinusoïdal qui prend une valeur identique pour l'angle 8 et son complémentaire 90 - 8 ne permet pas seul de déterminer l'angle 8. Le signal issu d'un second élément sensible permet, le déphasage a étant constant et connu, de lever l'indétermination et ainsi de déterminer l'angle 8. L'invention est applicable aux capteurs qui utilisent ce principe de mesure. L'homme du métier aura reconnu le résolveur, le synchro, le codeur, les capteurs à cellules à effet Hall, inductifs, ou magnéto-résistifs utilisés conjointement avec une roue dentée métallique ou magnétique selon les cas. Les signaux issus des éléments sensibles peuvent être triangulaire, sinusoïdaux (cas du synchro), carrés (cas du codeur) ou encore de forme quelconque mais toujours périodiques, semblables entre eux et présentant un déphasage sensiblement constant et connu. Le cas le plus fréquemment rencontré est celui de deux éléments sensibles déphasés de 45 . II est encore possible de disposer plusieurs éléments sensibles avec des déphasages variés, le principe de l'invention restant applicable. L'homme du métier sachant généraliser le principe de l'invention, la description qui va suivre est illustrée avec un capteur fournissant deux signaux sinusoïdaux déphasés de 30 a = 45 . Le principe de mesure suppose que les signaux, issus d'éléments sensibles identiques, présentent des amplitudes identiques, qu'ils soient centrés autour d'une ordonnée de référence commune aux différents signaux et que le déphasage entre lesdits signaux reste constant et égal à une valeur nominale. Les signaux ont alors une allure 35 correspondant à la figure 2. Les courbes de signaux (Fig. 1 à 6) présentent toutes des 2 diagrammes où la position angulaire est figurée en abscisse alors que la valeur du signal est figurée en ordonnée. En réalité, du fait des conditions réelles de construction et d'utilisation du capteur lesdits signaux sont perturbés et ressemblent à ceux de la figure 1. Les causes de perturbations sont multiples et l'on peut citer, entre autres : dérive thermique, présence de champ magnétique perturbateur, impédance parasite, mauvais contact, variabilité des caractéristiques des composants constituants, erreur d'échantillonnage. Ces causes agissant seules ou combinées tendent à modifier les signaux A et B tels qu'illustrés à la figure 1, selon au moins trois effets : l'amplitude de variation du signal peut être modifiée, le signal peut être décalé en ordonnée et faire apparaître un "offset", enfin le déphasage a peut être modifié, l'un des signaux étant retardé ou avancé relativement à l'autre. Le principe de mesure de l'angle 8 en fonction des signaux A, B, qui suppose que lesdits signaux sont calibrés comme les signaux A*, B* illustrés à la figure 2, conduit à des erreurs sur la valeur de l'angle 8, lorsque ce principe est appliqué à des signaux perturbés A, B, comme ceux illustrés à la figure 1. L'invention a pour but de réaliser un dispositif de conditionnement pour un capteur de position angulaire du type produisant au moins deux signaux périodiques présentant un déphasage, capable de réaliser une compensation desdits signaux avant de procéder à la détermination de la position angulaire O. Le dispositif selon l'invention détermine à partir de signaux réels A, B des signaux calibrés A*, B*. Ainsi la détermination de la position angulaire 8 s'effectue dans de meilleures conditions pour une qualité de mesure avantageusement améliorée. Selon une autre caractéristique de l'invention le dispositif comprend : - pour chaque signal un moyen de détermination d'un coefficient de variation de 25 l'amplitude de variation du signal et un moyen de détermination d'un décalage en ordonnée du signal, - un moyen de détermination d'une variation du déphasage entre signaux, - un moyen de compensation permettant de corriger ladite variation d'amplitude, ledit décalage en ordonnée et ladite variation du déphasage pour produire des signaux 30 compensés, - un moyen de détermination de la position angulaire en fonction des signaux compensés. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend encore un moyen de détermination, au cours d'au moins une période dudit signal, de la valeur en 35 ordonnée maximale, de la valeur en ordonnée minimale, ainsi que des valeurs angulaires en abscisses respectives correspondantes, et où le moyen de détermination d'un coefficient de variation de l'amplitude de variation, le moyen de détermination d'un 3 décalage en ordonnée et le moyen de détermination d'une variation du déphasage déterminent respectivement le coefficient de variation de l'amplitude de variation, le décalage en ordonnée et la variation du déphasage, en fonction desdites valeurs maximales, minimales, et de leur abscisse respective. Ainsi le dispositif met en oeuvre une série de compensations basées sur des points caractéristiques aisément déterminables à partir des signaux bruts, directement issus du capteur. Avantageusement selon l'invention, le moyen de détermination de la valeur en ordonnée maximale et de la valeur en ordonnée minimale comprend un moyen de détermination préalable de la position angulaire en fonction des signaux, afin de limiter une recherche de valeur en ordonnée extrémale dans une zone où cette valeur doit théoriquement se trouver. Selon une autre caractéristique de l'invention le coefficient de variation de l'amplitude de variation est déterminé par un calcul de la différence entre la valeur en ordonnée maximale et la valeur en ordonnée minimale, ledit coefficient étant proportionnel à cette différence, soit LA = k . (A max ù A min) , respectivement LB = k . (Bmax ù B min) , avec k entier, et le moyen de compensation corrige ladite variation d'amplitude en appliquant au signal un gain inverse dudit coefficient, soit k . (Amax ù Amin) , respectivement k . (Bmax ù Bmin) . Selon une autre caractéristique de l'invention le décalage en ordonnée est déterminé par un calcul de la moyenne de la valeur en ordonnée maximale et de la valeur en ordonnée minimale, soit AYA = (A max 2 Amin) respectivement AYB = (Bmax + B min) 2 et le moyen de compensation corrige ledit décalage en soustrayant au signal ladite moyenne. Selon une autre caractéristique de l'invention la variation du déphasage entre un premier signal et un second signal est déterminée par un calcul de la différence entre le déphasage nominal entre les deux signaux et le déphasage observé, égal à la différence des abscisses correspondant aux valeurs en ordonnée maximales soit Aa = a ù (OA max ù OB max) ou des abscisses correspondant aux valeurs en ordonnée minimales soit Aa = a ù (9A min ù OB min), et le moyen de compensation corrige ledit déphasage en avançant/retardant temporellement les signaux relativement les uns aux autres de ladite différence. Selon un mode de réalisation avantageux le moyen de compensation corrige un déphasage entre un premier signal et un second signal en avançant le premier signal de la moitié de la variation du déphasage et en retardant le second signal de la moitié de la variation du déphasage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de compensation calcule les paramètres de compensation au moins une fois au début de la mise en oeuvre du capteur. Ceci permet avantageusement de corriger les perturbations permanentes présentes au début de l'utilisation. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de compensation calcule les paramètres de compensation régulièrement au cours du temps. Ceci permet avantageusement de corriger dynamiquement les perturbations 15 rencontrées en cours de fonctionnement. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1 illustre sur un diagramme comparatif en fonction de l'angle deux signaux 20 bruts issus d'un capteur, - la figure 2 illustre sur le même diagramme les deux mêmes signaux après compensation par le dispositif selon l'invention ou encore les deux signaux calibrés théoriques, - la figure 3 illustre un signal perturbé par une modification de son amplitude, 25 - la figure 4 illustre un signal perturbé par un décalage en ordonnée, - la figure 5 illustre deux signaux perturbés par une modification cle leur déphasage relatif, - la figure 6 illustre les points caractéristiques déterminés pour la mise en oeuvre de l'invention, 30 - la figure 7 illustre un schéma d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. L'objectif de l'invention, consiste à corriger des signaux perturbés A, B tels que ceux de la figure 1 indicatifs de signaux mesurés en conditions réelles afin d'obtenir des signaux compensés A*, B* calibrés, semblables aux signaux théoriques de la figure 2, 35 avant de procéder à la détermination de l'angle 8 en fonction de ces signaux compensés A*, B*. Ces signaux calibrés présentent une amplitude normalisée égale à l'amplitude théorique, unitaire sur les figures, et donc identiques entre elles. De plus ces signaux sont centrés autour d'une ordonnée de référence, de valeur zéro dans l'exemple des figures. Pour cela il est supposé que ces signaux A, B ont subi trois types de perturbations détaillées ci-dessous. Pour chaque type de perturbation le dispositif objet de l'invention comporte un moyen de détermination ou d'identification 3, 4, 5 de la perturbation et un 5 moyen de compensation 6 permettant de corriger ladite perturbation. En référence à la figure 3 est décrit l'effet d'une perturbation modifiant l'amplitude du signal. Le signal calibré Al présente une amplitude résultant des caractéristiques du capteur et des éléments de traitement de signal. A titre illustratif cette amplitude théorique est égale à l'unité sur la figure 3. Les différents facteurs perturbants précédemment évoqués peuvent conduire à une modification, à la hausse ou à la baisse, de ladite amplitude. Le signal réellement mesuré A2 est alors homothétique du signal calibré Al avec un rapport d'homothétie égal à L. Le dispositif 1 selon l'invention tel qu'illustré à la figure 7 comprend un moyen de détermination 3 du coefficient L de variation de l'amplitude de variation du signal. Cette détermination s'effectue pour chaque signal A, B indépendamment et détermine un facteur LA, LB respectivement pour chaque signal A, B. Le dispositif 1 comprend encore un moyen de compensation 6 qui corrige ladite variation d'amplitude en appliquant au signal A2 d'un gain inverse dudit coefficient L afin d'obtenir un signal calibré Al d'amplitude normalisée. En référence à la figure 4 est décrit l'effet d'une perturbation produisant un décalage en ordonnée ou "offset" AY du signal. Le signal calibré Al lest théoriquement centré autour d'une valeur de référence résultant des caractéristiques du capteur et des éléments de traitement de signal. A titre illustratif cette valeur de référence théorique est égale à l'origine zéro des ordonnées sur la figure 4. Les différents facteurs perturbants précédemment évoqués peuvent conduire à un décalage en ordonnée, vers le haut ou vers le bas, du signal. Le signal réellement mesuré A3 est alors décalé de LY relativement au signal calibré Al. Le dispositif 1 selon l'invention tel qu'illustré à la figure 7 comprend un moyen de détermination 4 du décalage AY. Cette détermination s'effectue pour chaque signal A, B indépendamment et détermine un facteur AYA, AYB respectivement pour chaque signal A, B. Le dispositif 1 comprend encore un moyen de compensation 6 qui corrige ledit décalage en ôtant au signal A3 la valeur de l'offset AY afin d'obtenir un signal calibré Al centré. L'offset AY est algébrique (positif ou négatif). En référence à la figure 5 est décrit l'effet d'une perturbation produisant une variation Aa du déphasage a entre les signaux. Par construction le capteur 2 présente entre les signaux Al et B un déphasage théorique a. A titre illustratif ce déphasage théorique est égal à 45 sur les figures 2, 5 ou 7. Les différents facteurs perturbants précédemment évoqués peuvent conduire à un décalage angulaire/temporel de l'un ou de l'autre des signaux Al ou B. On suppose pour simplifier la description que seul le signal 6 Al est perturbé. Le signal réellement mesuré A4 est alors décalé selon l'axe des abscisses de Aa relativement au signal calibré Al. Le dispositif 1 selon l'invention tel qu'illustré à la figure 7 comprend un moyen de détermination 5 du déphasage 1a. Cette détermination s'effectue relativement à deux signaux considérés ensemble et détermine un facteur Aa pour ces deux signaux. Le dispositif 1 comprend encore un moyen de compensation 6 qui corrige ledit déphasage, en décalant l'un ou l'autre des signaux relativement, selon l'axe des abscisses, d'une quantité totale Da afin d'obtenir deux signaux exactement déphasés de a. Si la compensation de la variation d'amplitude d'une part et de l'offset d'autre part peuvent être effectuées dans un ordre indifférent et pour chacun des signaux indépendamment, il convient de réaliser ces deux opérations sur chacun des deux signaux avant de procéder à la correction du déphasage Aa entre lesdits deux signaux, pour une meilleure précision. Selon un mode de réalisation particulièrement intéressant de l'invention, la détermination des perturbations et de leur caractéristiques LA, LB, AYA, AYB, Aa, s'effectue en observant les signaux au cours d'au moins une période en déterminant pour chaque signal deux points caractéristiques. Ceci est illustré en référence à la figure 6 pour un signal A. Le dispositif selon l'invention comprend un moyen de détermination 7 qui détermine les deux points extrêmes sur une période du signal. Ainsi pour le signal A sont déterminés un point maximum d'abscisse BAmax et d'ordonnée Amax et un point minimum d'abscisse BAmin et d'ordonnée Amin. De même pour le signal B sont déterminés un point maximum d'abscisse 8Bmax et d'ordonnée Bmax et un point minimum d'abscisse eBmin et d'ordonnée Bmin. La détermination de ces points extrêmes s'effectue par tout moyen ou méthode connu de l'homme du métier. Il est ensuite possible de déterminer tous les paramètres de compensation LA, LB, DYA, DYB et Aa en fonction de ces valeurs BAmax, BAmin, Amax, Amin, 8Bmax, BBmin, Bmax, Bmin comme il sera décrit plus avant. Il est à noter que l'on peut calculer l'angle 8 selon le principe de mesure décrit précédemment selon tout procédé connu, en se basant sur les signaux A et B bruts. Même si un tel calcul est entaché d'erreur, il permet cependant de calculer une valeur de 8 approchée. Les signaux A et B même lorsqu'ils sont perturbés conservent une allure similaire aux signaux calibrés. Ainsi la condition précédente d'observation sur au moins une période, nécessaire notamment à la bonne détermination des points extrêmes, peut être vérifiée par une détermination approchée de l'angle 8. Suivant la remarque précédente et le fait que l'allure théorique des signaux A et B est connue, il est possible de prévoir l'angle 8 pour lequel le signal A, respectivement B atteint son minimum ou son maximum. Ainsi pour l'exemple de la figure 2 le signal A* est maximum en BAmax = 45 et minimum en 8Amin = 135 et le signal B* est maximum en BBmax = 0 et minimum en BBmin = 90 , les deux signaux étant périodiques de période 180 . En tenant compte d'une imprécision due aux perturbations il est cependant possible de limiter la recherche des minima et des maxima pour les signaux perturbés A et B de la figure 1 dans des zones de valeur angulaires proches de ces valeurs déterminées relativement aux signaux théoriques. Ainsi la recherche pour le signal perturbé A du minimum Amin et de son abscisse 8Amin, pourra avantageusement n'être effectuée que dans une zone réduite comprise entre 135 - b et 135 •r â, où b est une valeur d'angle représentative d'une perturbation maximale possible. Un moyen 8 de détermination de la position angulaire 8 s'appliquant aux signaux bruts A, B (similaire au moyen terminal 9 appliqué aux signaux compensés A*, B*) réalise cette fonction au sein du dispositif 1. Le coefficient L, LA, LB de variation de l'amplitude de variation d'un signal est déterminé par un calcul de la différence entre la valeur en ordonnée maximale (Amax, Bmax) et la valeur en ordonnée minimale (Amin, Bmin), ledit coefficient L étant proportionnel à cette différence, soit LA = k . (A max û Amin), pour le signal A, et LB = k . (Bmax û Bmin) pour le signal B, avec k entier. A noter que k est égal à la différence Amax - Amin (respectivement Bmax - Bmin) 20 calculée pour le signal calibré A* (respectivement B*), soit k = 2 dans l'exemple de la figure 2. Le décalage en ordonnée AY, AYA, DYB, est déterminé par un calcul de la moyenne de la valeur en ordonnée maximale Amax, Bmax et de la valeur en ordonnée minimale Amin, Bmin soit 25 AYA = (A maX 2 Amin) pour le signal A, respectivement AYB (Bmax + Bmin) = 2 pour le signal B. La variation Da du déphasage a entre un premier signal A et un second signal B est déterminée par un calcul de la différence entre le déphasage nominal a entre les deux signaux A, B et le déphasage observé qui peut être calculé par la différence des 30 abscisses BAmax, BBmax correspondant aux valeurs en ordonnée maximales Amax, Bmax soit Aa = a û (0 . Amax û 0 .Bmax) De manière équivalente il est possible de calculer Aa en se basant sur les abscisses 8Amin, BBmin correspondant aux valeurs en ordonnée minirnales Amin, Bmin 35 soit Aa=aù(B.Amin -0.Bmin) Le moyen de compensation 6 corrige ladite variation Aa du déphasage a en avançant ou en retardant temporellement les signaux A, B relativement les uns aux autres de la valeur de ladite différence Aa, afin que les signaux A*, B* après compensation présentent un déphasage effectif a. Pour cela il est possible de compenser en décalant selon l'axe des abscisses soit le signal A, soit le signal B, soit encore les deux. Selon un mode de réalisation préférentiel avantageux pour la qualité de la précision finale de l'angle 8, le moyen de compensation 6 corrige une variation Aa du déphasage a entre un premier signal A et un second signal B en avançant le premier signal A de la moitié de la variation du déphasage A2 et en retardant le second signal B de la moitié de la variation du déphasage ~2 Une variation de déphasage Aa est algébrique (positive ou négative). Le moyen de compensation 6 calcule les paramètres de compensation (LA, LB, AYA, AYB, Aa) au moins une fois au début de la mise en oeuvre du capteur 2. Avantageusement, le moyen de compensation 6 calcule les paramètres de compensation (LA, LB, AYA, AYB, Aa) régulièrement au cours du temps. La figure 7 résume un mode de réalisation du dispositif 1 selon l'invention. Un capteur 2, comprenant ici un rotor 11 et deux éléments sensibles 10 déphasés de 45 , produit deux signaux (un par élément sensible 10) A et B. Ces signaux sont traités par un dispositif 1 selon l'invention qui détermine les paramètres de compensation LA, LB, AYA, AYB, Aa, grâce respectivement aux moyens 3, 4, 5, réalise une compensation grâce au moyen 6 qui produit des signaux compensés A*, B* calibrés. Un moyen 9 détermine l'angle 8 à partir de ces signaux compensés A*, B*. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) de conditionnement pour un capteur (2) de position angulaire du type produisant au moins deux signaux (A, B), périodiques présentant un déphasage (a), caractérisé en ce qu'il comprend : - pour chaque signal (A, B) un moyen de détermination (3) d'un coefficient (LA, LB) 5 de variation de l'amplitude de variation du signal (A, B) et un moyen de détermination (4) d'un décalage (AYA, AYB) en ordonnée du signal (A, B), - un moyen de détermination (5) d'une variation (Au) du déphasage (a) entre les signaux (A, B), - un moyen de compensation (6) permettant de corriger ladite variation 10 d'amplitude, ledit décalage en ordonnée (AYA, AYB) et ladite variation (Ac() du déphasage pour produire des signaux compensés (A*, B*), - un moyen de détermination (9) de la position angulaire (a) en fonction des signaux (A*, B*) compensés. 2. Dispositif de conditionnement selon la revendication 1, comprenant encore un 15 moyen de détermination (7), au cours d'au moins une période dudit signal (A, B), de la valeur en ordonnée maximale (Amax, Bmax), de la valeur en ordonnée minimale (Amin, Bmin), ainsi que des valeurs angulaires en abscisses respectives correspondantes (9Amax, 9Bmax, 9Amin, 9Bmin), et où le moyen de détermination (3) d'un coefficient (LA, LB) de variation de l'amplitude de variation, le moyen de 20 détermination (4) d'un décalage (M'A, AYB) en ordonnée et le moyen de détermination (5) d'une variation (Aa) du déphasage déterminent respectivement le coefficient (LA, LB) de variation de l'amplitude de variation, le décalage (AYA, AYB) en ordonnée et la variation (Au) du déphasage, en fonction desdites valeurs maximales (Amax, Bmax), minimales (Amin, Bmin), et de leur abscisse 25 respective (6Amax, 9Bmax, 9Amin, 9Bmin). 3. Dispositif de conditionnement selon la revendication 2, où le moyen de détermination (7) de la valeur en ordonnée maximale (Amax, Bmax) et de la valeur en ordonnée minimale (Amin, Bmin) comprend un moyen de détermination (8) préalable de la position angulaire en fonction des signaux (A, B), afin de limiter une recherche de 30 valeur en ordonnée extrémale dans une zone où cette valeur doit théoriquement se trouver. 4. Dispositif de conditionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, où le coefficient (LA, LB) de variation de l'amplitude de variation est déterminé par un calcul de la différence entre la valeur en ordonnée maximale (Amax, Bmax) et la valeur en 35 ordonnée minimale (Amin, Bmin), ledit coefficient (LA, LB) étant proportionnel à cette différence soitLA = k . (A max ù Amin) , respectivement LB = k . (Bmax ù Bmin) , k entier, et où le moyen de compensation (6) corrige ladite variation d'amplitude en appliquant au signal (A, B) un gain inverse dudit coefficient (LA, LB), soit k . (A max ù A min) , respectivement 1 k . (B max ù Bmin) 5. Dispositif de conditionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, où le décalage (AYA, AYB) en ordonnée est déterminé par un calcul de la moyenne de la valeur en ordonnée maximale (Amax, Bmax) et de la valeur en ordonnée minimale (Amin, Bmin), soit AYA = (Amax 2 Amin) respectivement AYB_ (Bmax +Bmin) et 2 où le moyen de compensation (6) corrige ledit décalage (AYA, AYB) en soustrayant au signal (A, B) ladite moyenne. 6. Dispositif de conditionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, où la variation du déphasage (Act) entre un premier signal (A) et un second signal (B) est déterminée par un calcul de la différence entre le déphasage nominal (a) entre les deux signaux (A, B) et le déphasage observé, égal à la différence des abscisses (8Amax, 6Bmax) correspondant aux valeurs en ordonnée maximales (Amax, Bmax) soit Aa=aù(BAmaxùBBmax) ou des abscisses (8Amin, 6Brnin) correspondant aux valeurs en ordonnée minimales (Amin, Bmin) soit Aa = a ù (OAmin ù OBmin), et où le moyen de compensation (6) corrige ladite variation du déphasage (Act) en avançant/retardant temporellement les signaux (A, B) 25 relativement les uns aux autres de ladite différence (Aa). 7. Dispositif de conditionnement selon la revendication 6, où le moyen de compensation (6) corrige une variation du déphasage (Da) entre un premier signal (A) et un second signal (B) en avançant le premier signal (A) de la moitié de la variation du déphasage (A~ ) et en retardant le second signal (B) de la moitié de la variation du 30 déphasage (fia ). 2 8. Dispositif de conditionnement selon l'une quelconque des revendications11 précédentes où le moyen de compensation (6) calcule les paramètres de compensation (LA, LB, AYA, AYB, Da) au moins une fois au début de la mise en oeuvre du capteur (2). 9. Dispositif de conditionnement selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes où le moyen de compensation (6) calcule les paramètres de compensation (LA, LB, AYA, AYB, Act) régulièrement au cours du temps.