Brevet FR2905172A1 — publié le 20080229

La présente invention concerne un dispositif de détection de la position d'un arbre à cames. Elle s'applique, en particulier, à détecter cette position à tout instant. Pour réaliser la mise en phase d'un moteur à combustion interne, on identifie une phase du moteur par un angle de rotation de l'arbre à cames. Cet angle de rotation est généralement détecté grâce à un capteur de position à reluctance variable ou actif et d'une cible ferromagnétique codée par des dents et des creux solidaire de l'arbre à cames. Dans le cas d'un capteur à reluctance variable, l'information de position n'est pas disponible dès la mise sous tension de! l'électronique de contrôle du moteur, du fait du principe physique utilisé. En effet, la cible dentée doit tourner à une vitesse supérieure à une vitesse limite avant que le capteur ne fournisse un signal exploitable. Dans le cas d'un capteur actif, un circuit intégré à effet Hall, ou magnéto-résistif, est généralement associé à un aimant afin de détecter le signal magnétique modulé par la cible férromagnétique. Ces circuits sont du type intelligent , c'est-à-dire qu'ils utilisent des algorithmes permettant la calibration du circuit en vue de l'amélioration de la précision. Les circuits intégrés utilisés ont soit un principe de détection différentielle avec deux éléments sensibles, soit, plus couramment, à un seul élément sensible. Avec un principe de détection différentielle, le capteur actif ne fournit pas d'information permettant de distinguer les dents et lies creux, lors de la mise sous tension. La précision optimale n'est donc obtenue qu'après calibration d'un seuil de basculement, après la détection d'un certain nombre de fronts ragnétiques. Les systèmes actuels, à reluctance variable ou actifs, fonctionnent avec des plages réduites de valeurs d'entrefers, distance entre la cible et le capteur, qui imposent des tolérances de montage réduites nuisant aux coûts de production. Les capteurs actifs présentent une sensibilité aux faux-rond des cibles, créés par l'excentricité dans leur rnontage sur l'arbre à cames. Il en résulte une dégradation de la précision, voire une perte de détection de dents. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et, notamment, à déterminer, à tout instant et avec précision, la position d'une cible codée d'arbre à cames, y compris dès la mise sous tension de l'électronique de contrôle du moteur, et à augmenter les tolérances de montage. A cet effet, la présente invention vise un dispositif de détection de position d'un arbre à cames, qui comporte : -une cible magnétique comportant une succession de pôles magnétiques opposés, de différentes amplitudes angulaires, ladite cible étant solidaire de l'arbre à cames et - un capteur de champ magnétique bipolaire placé en regard de ladite cible magnétique et adapté à détecter le champ magnétique généré par chaque pôle se trouvant 2905172 2 en regard dudit capteur. Grâce à ces dispositions, il n'est pas nécessaire de calibrer le capteur pour qu'il fournisse un signal représentatif de la position de la cible et de l'arbre à cames. La position de l'arbre à cames peut ainsi être estimée dès la mise sous tension du circuit de traitement 5 du signal issu du capteur. Selon des caractéristiques particulières, le capteur est adapté à détecter des passages à zéro du champ magnétique l'entourant. Selon des caractéristiques particulières, le capteur est de type switch . Selon des caractéristiques particulières, le capteur est un capteur à effet Hall. 10 Selon des caractéristiques particulières, le capteur possède une hystérésis inférieure ou égale à 10 mT. Selon des caractéristiques particulières, le capteur possède des points de basculement proches de 0 mT. Selon des caractéristiques particulières, le capteur possède des points de 15 basculement symétriques par rapport à 0 mT. Grâce à chacune de ces dispositions, le signal fournit par le capteur est facile à traiter et fournit une information angulaire précise. Selon des caractéristiques particulières, la cible est constituée de matériau plastoferrite. Grâce à ces dispositions, l'intensité du champ magnétique est accrue, l'entrefer 20 est plus étendu et les contraintes de tolérance de fabrication et de positionnement sont réduites. D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : 25 - la figure 1 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 2 représente des signaux en cours de traitement dans le mode de réalisation illustré en figure 1, et - la figure 3 représente le circuit électronique de traitement du signal issu d'un dispositif 30 conforme à la présente invention. On observe, en figure 1, une cible magnétique 100 comportant une succession de pôles magnétiques opposés 105 à 112, de différentes amplitudes angulaires, un capteur de champ magnétique bipolaire 115 et un circuit de traitement de signal 120. La cible magnétique 100 est solidaire de l'arbre à cames (non représenté) d'un moteur à combustion 35 interne. Les pôles magnétiques 105, 107, 109 et 111 sont des pôles nord tandis que les pôles magnétiques 106, 108, 110 et 112 sont des pôles sud. En figure 1, on a représenté les pôles 2905172 3 magnétiques radiaux par des lettres N et S , indiquant respectivement des pôles nord et sud, sur le côté plan de la cible magnétique 100. Par exemple, les pôles magnétiques successifs représentent, respectivement, 19 , 71 , 70 , 20 , 19 , 71 , 19 et 71 , conformément à des répartitions angulaires de dents de roues dentées utilisées dans l'art 5 antérieur. Préférentiellement, la cible 100 est constituée de matériau plastoferrite. Ainsi, l'entrefer peut aller jusqu'à une valeur de sept millimètres, réduisant ainsi les contraintes de positionnement et de tolérances de montage. En variante, la cible 100 est constituée de matériau elastoferrite. 10 Le capteur de champ magnétique bipolaire 115 est placé en regard de la cible magnétique 100 et est adapté à détecter le champ magnétique généré par chaque pôle 105 à 112 se trouvant en regard du capteur 115. Préférentiellement, le capteur magnétique bipolaire 115 est de type switch à effet Hall. Préférentiellement, le capteur magnétique bipolaire 115 possède une hystérésis inférieure ou égale à 10 mT, des points de 15 basculement (en anglais turn-on magnetic induction ) proches de 0 mT, symétriques par rapport à 0 mT. Par exemple, des capteurs Allegro A3230 et A3280 (marques déposées) et Micronas HAL501 (marques déposées) peuvent constitués le capteur 115. Le circuit de traitement de signal 120 reçoit le signal issu du capteur magnétique bipolaire 115 et fournit un signal représentant le champ magnétique entourant le 20 capteur 115, comme exposé en regard de la figure 3. En figure 2, on a représenté dans le temps, pour un cycle complet, les pôles magnétiques 105 à 112 qui passent en regard du capteur 115, en haut de la figure. En dessous, on a représenté le champ magnétique entourant le capteur 115, par un signal 125, les niveaux d'hystérésis 130 et 135 et le signal 140 issu du circuit de traitement de 25 signal 120. On observe que le champ magnétique entourant le capteur 115 évolue progressivement entre deux valeurs extrêmes et change de sens à chaque fois que le pôle se trouvant en regard du capteur 115 change de polarité. Du fait du niveau d'hystérésis, préférentiellement inférieur à 10 mT, du capteur magnétique bipolaire 115, le signal de sortie 30 du circuit 120 est très légèrement retardé par rapport au champ magnétique entourant le capteur 115. On observe, en figure 3, le circuit de traitement 120 relié au capteur magnétique bipolaire 115, trois condensateurs 150, 155 et 160, trois résistances 165, 170 et 175, et une sortie de signal 180 fournissant le signal 140. 35 Du fait de la détection centrée sur un champ magnétique nul, les fronts de variation du champ magnétique entourant le capteur 115 sont correctement détectés dès la mise sous tension du circuit 120. Il n'est donc pas nécessaire de calibrer le capteur pour qu'il fournisse 2905172 4 un signal représentatif de la position de la cible et de l'arbre à cames. Comme on le comprend à la lecture de la description, ci-dessus, la mise en oeuvre de la présente invention résout les problèmes techniques de précision, notamment lors de la mise sous tension et de tolérances de montage en utilisant les points de passage au zéro 5 magnétique créés par le codage magnétique mettant en oeuvre une alternance de pôles nord et de pôles sud. Le capteur est de type switch. Les points de passage au zéro magnétique étant fixes par rapport à la cible, seule l'hystérésis du capteur switch peut créer un déphasage résiduel du signal de sortie avec le codage de la cible. Le capteur switch est donc choisi avec une faible hystérésis et des points de basculement proches de 0 mT et 10 préférentiellement symétriques par rapport à 0 mT. Le capteur switch est bipolaire pour fonctionner avec une alternance de pôles nord et sud. La mise en oeuvre de la présente invention améliore ainsi la précision de la détection de position de l'arbre à cames et la garantit à tout instant, y compris lors de la mise sous tension du capteur. 15 De plus, la mise en oeuvre de la présente invention est plus robuste que les systèmes de l'art antérieur car elle emploie un capteur simple sans processeur de signaux, par exemple de type DSP (acronyme de digital signal processor pour processeur de signal numérique) ou microcontrôleur mettant en oeuvre des algorithmes spécifiques et complexes, par exemple de calibration et/ou d'adaptation de valeur seuil. En effet, ces 20 processeurs de signaux peuvent se bloquer, notamment avec des perturbations électromagnétiques communes aux applications automobiles ou à cause de vibrations mécaniques. La mise en oeuvre de la présente invention évite la nécessité de programmation de seuils statiques ainsi que la calibration initiale et augmente la précision. A ce propos, les 25 inventeurs ont atteint une précision de +/- 1,5 . De plus, le dispositif objet de la présente invention est insensible aux vibrations angulaires et/ou aux variations d'entrefer liées à l'excentricité de la cible. La présente invention permet d'utiliser une cible de diamètre plus faible que celles de l'art antérieur et un capteur de plus petites dimensions. Par exemple, un diamètre de 30 30 millimètres a déjà été obtenu par les inventeurs. Le dispositif permet aussi de réaliser des économies de carburant puisque la synchronisation du moteur est plus rapide au démarrage et plus précise pendant le fonctionnement du moteur. On observe également que, grâce à la mise en oeuvre de la présente invention, le 35 capteur peut être éloigné de la cible de six millimètres. REVENDICATIONS 1l Dispositif de détection de position d'un arbre à cames, comportant : -une cible magnétique (100) comportant une succession de pôles magnétiques opposés (105 à 112), de différentes amplitudes angulaires, ladite cible étant solidaire de l'arbre à cames, - un capteur (115) de champ magnétique bipolaire placé en regard de ladite cible magnétique et adapté à détecter Ile champ magnétique généré par chaque pôle se trouvant en regard dudit capteur, caractérisé en ce que le capteur (115), de type "switch" à effet Hall, est adapté à détecter des passages à zéro du champ magnétique l'entourant. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (115) possède une hystérésis inférieure ou égale à 10 mT. 31 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (115) possède des points de basculement proches de 0 mT. 4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur (115) possède des points de basculement symétriques par rapport à 0 mT. 5/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cible (100) est constituée de matériau plastoferrite.