Brevet FR2910961A1 — publié le 20080704

La présente invention concerne, de façon générale, les techniques de mesure, en particulier de mesure d'angle pour des applications à faible coût. Plus précisément l'invention concerne, selon un premier aspect, un procédé de mesure d'un angle de rotation signé au moyen d'une boucle d'asservissement associée à un capteur produisant un signal vectoriel dont chaque composante est une fonction sinusoïdale d'un angle de mesure variant avec l'angle de rotation, cette boucle d'asservissement comprenant un module trigonométrique, un module de compensation et un intégrateur, l'intégrateur étant propre à mémoriser un angle estimé, et le module trigonométrique étant propre à produire un signal d'erreur variant comme une fonction sinusoïdale de la différence entre l'angle de mesure et l'angle estimé. Un tel procédé est par exemple connu de l'homme du métier par le brevet US 4 933 674, qui décrit un dispositif de mise en oeuvre dans lequel le module de compensation est un circuit de compensation de type proportionnel intégral (PI). Dans de nombreuses applications, ce procédé est utilisé pour mesurer un angle de rotation sur une plage angulaire supérieure à un tour. L'approche traditionnelle consiste alors à utiliser, en plus de la boucle d'asservissement, un compte-tours recevant, par exemple, de ladite boucle la valeur de l'angle estimé et mémorisant les nombres entiers de tours effectués par l'angle estimé. Bien que largement utilisée, cette technique ne peut conduire à des résultats fiables que si la boucle d'asservissement et le compte-tours présentent une dynamique très élevée par rapport aux variations de l'angle de rotation, cette condition constituant une contrainte parfois très sévère. Il est également possible de prévoir un compte-tours indépendant de la boucle d'asservissement et conçu pour compter les tours en observant les variations des signes 25 respectifs des composantes sinus et cosinus du signal vectoriel. Cependant, comme le compte-tours et la boucle d'asservissement n'utilisent plus alors les mêmes règles d'évolution, les risques d'erreurs augmentent. Cette situation est illustrée à la figure 1, dont la partie supérieure représente l'évolution (en pourcentage) du sinus et du cosinus d'un angle c en fonction de cet 30 angle (en degrés), et dont la partie inférieure représente un agrandissement à grande échelle d'un détail visible sur la partie supérieure dans une zone de passage à zéro de sin(). Les lignes INFO_1 et INFO_2 donnent les informations du nombre de tours N effectués par l'angle (D, qui sont respectivement obtenues par un compte-tours 35 indépendant utilisant les signes de sin() et de cos(c), et par la boucle d'asservissement. 2 Comme le montre la partie inférieure de la figure 1, il existe alors nécessairement une zone d'erreur ZE dans laquelle l'indication du nombre de tours N donnée par le compte-tours indépendant diffère de l'indication du nombre de tours N donnée par la boucle d'asservissement. La mesure d'un angle de rotation sur une plage supérieure à un tour est rendue encore plus ardue dans le cas où la boucle d'asservissement, par exemple pour des raisons d'économie d'énergie, doit pouvoir être mise en veille, alors même que l'angle de rotation peut évoluer. L'invention, qui se situe dans ce contexte, a pour but de proposer un procédé 10 simple de mesure d'un angle de rotation quelconque, conçu pour surmonter certaines au moins des difficultés précédemment évoquées. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme au préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la boucle d'asservissement est sélectivement placée dans un état de veille ou dans un état de fonctionnement, et en ce 15 que, lors du passage de l'état de veille à l'état de fonctionnement de la boucle, l'angle estimé mémorisé dans l'intégrateur est calculé et mis à jour en fonction au moins de la valeur qu'il présentait lors du passage antérieur de la boucle à son état de veille. Dans le cas où l'angle de mesure varie comme le double de l'angle de rotation signé, il est préférable de faire en sorte que, lors du passage de l'état de veille à l'état de 20 fonctionnement de la boucle, l'angle estimé mémorisé dans l'intégrateur soit porté à une valeur mise à jour Â1, donnée par la formule : Â1(degrés) = 360.Ent(T / 360) + 180.Sgn(T), où T est la somme algébrique, exprimée en degrés, de la valeur antérieure Â que présentait cet angle estimé lors du passage antérieur de la boucle à son état de veille et 25 de toute éventuelle variation dÂ de cet angle estimé par rapport à cette valeur antérieure, où Ent désigne la partie entière, et où Sgn désigne le signe algébrique, égal à +1 si T est positif ou nul, et à -1 dans le cas contraire. Toute éventuelle évolution de la valeur antérieure de l'angle estimé peut par exemple être stockée dans une mémoire active au moins pendant l'état de veille de la 30 boucle. Par ailleurs, l'intégrateur peut être mis en oeuvre sous forme d'un compteur numérique, la boucle d'asservissement peut être mise en oeuvre sous forme d'un programme d'ordinateur, et le capteur utilisé peut comprendre un pont magnéto-résistif. Le procédé de l'invention est particulièrement bien adapté, bien que de façon 35 non limitative, à la mesure de l'angle de rotation d'un volant d'un véhicule. 3 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant un premier type d'artefact que le procédé 5 de l'invention permet d'éviter; - la figure 2 est un schéma illustrant la mise en oeuvre du procédé de l'invention; et - la figure 3 est un schéma illustrant un deuxième type d'artefact que le procédé de l'invention permet d'éviter. 10 Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé de mesure d'un angle de rotation signé a, c'est-à-dire d'un angle susceptible de prendre des valeurs positives ou négatives. Ce procédé met notamment en oeuvre (figure 2) une boucle d'asservissement ASSR associée à un capteur CAPT, par exemple constitué par un 15 résolveur ou par un pont magnéto-résistif. Ce capteur CAPT produit un signal vectoriel à deux composantes, telles que sin(A) et cos(A), dont chacune est une fonction sinusoïdale d'un angle de mesure A variant avec l'angle de rotation a. En particulier, l'angle de mesure A peut être égal à l'angle de rotation a, ce qui 20 est le cas si le capteur CAPT est un résolveur associé à un démodulateur, ou l'angle de mesure A peut être égal au double de l'angle de rotation a, c'est-à-dire à 2.a, ce qui est le cas si le capteur est un pont magnéto-résistif. La boucle d'asservissement ASSR elle-même comprend un module trigonométrique TRGO, un module de compensation CMPS et un intégrateur INTG. 25 Le module de compensation est par exemple conçu pour remplir une fonction de compensation de type proportionnel intégral (PI). L'intégrateur INTG a pour fonction de contenir une valeur représentative d'un angle estimé Â, qui est produite par la boucle d'asservissement par recopie de la valeur de l'angle de mesure A. 30 Pour ce faire, le module trigonométrique TRGO produit un signal d'erreur Err qui varie comme une fonction sinusoïdale de la différence entre l'angle de mesure A et l'angle estimé Â, et qui est traitée par les modules de compensation CMPS et d'intégration INTG pour minimiser tout écart entre cet angle de mesure A et cet angle estimé Â. 35 Par exemple, le signal d'erreur Err peut être élaboré sous la forme sin(A).cos(Â)-sin(Â).cos(A), c'est-à-dire sin(A-Â), ce signal d'erreur étant ainsi pratiquement égal à (A-Â) compte tenu de sa très faible valeur. 4 La valeur de l'angle de rotation a est ensuite déduite de la valeur de l'angle estimé Â en faisant l'hypothèse que l'angle de mesure A est égal à l'angle estimé Â, et en utilisant la relation connue entre l'angle de mesure A et l'angle de rotation a. Le procédé de l'invention, qui inclut la possibilité de placer la boucle d'asservissement ASSR dans un état de veille ou dans un état de fonctionnement, prévoit des modalités spécifiques pour passer d'un état à l'autre. Plus précisément, lors du passage de l'état de veille à l'état de fonctionnement de la boucle ASSR, la valeur de l'angle estimé Â, qui est contenue dans l'intégrateur INTG, est recalculée, par exemple par un module CALC, et mise à jour dans l'intégrateur INTG en fonction au moins de la valeur que cet angle estimé Â présentait lors du passage précédent de la boucle ASSR de son état de fonctionnement à son état de veille. Ainsi, dans le cas où l'angle de mesure A est égal au double de l'angle de rotation a, la valeur de l'angle estimé contenue dans l'intégrateur INTG est, lors du passage de l'état de veille à l'état de fonctionnement de la boucle ASSR, mise à jour pour prendre la nouvelle valeur Â1, qui est donnée par la formule : Â1(degrés) = 360.Ent(T / 360) + 180.Sgn(T), où T est la somme algébrique, exprimée en degrés, de la valeur antérieure Â que présentait cet angle estimé lors du passage antérieur de la boucle ASSR à son état de veille et de toute éventuelle variation dÂ de cet angle estimé par rapport à cette valeur antérieure, intervenue depuis la mise en veille de la boucle, où Ent désigne la partie entière, et où Sgn désigne le signe algébrique, égal à +1 si T est positif ou nul, et à -1 dans le cas contraire. Le calcul et la mise à jour de l'angle estimé Â à l'instant de la remise en fonctionnement de la boucle ASSR permettent d'éviter l'artefact illustré à la figure 3 et que pourrait entraîner, en leur absence, la possibilité de la boucle ASSR de se recaler sur une valeur erronée de l'angle estimé Â. Par exemple, si A = 2.a et si la boucle ASSR est remise en fonctionnement alors que l'angle de rotation a vaut 140 , l'angle A vaut alors 280 , c'est-à-dire 360 -80 . Cet angle est donc vu, par le module trigonométrique TRGO, comme un angle de -80 , de sorte que la boucle ASSR peut s'accrocher sur cette valeur de -80 et l'affecter à l'angle estimé Â. Or, comme l'angle de mesure A est supposé être égal à l'angle estimé Â et au double de l'angle de rotation a, cet artefact conduit à donner à l'angle de rotation a la 35 valeur erronée aerr de -80 /2, c'est-à-dire -40 . Pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention dans le cas où l'angle de rotation a peut évoluer pendant l'état de veille de la boucle ASSR, toute éventuelle évolution dÂ de la valeur antérieure de l'angle estimé Â est avantageusement stockée, par exemple sous forme d'une fonction f(dÂ), dans une mémoire MEM qui est au moins active pendant cet état de veille de la boucle ASSR, la donnée dÂ étant ainsi disponible pour permettre le calcul de T, et donc de Â1, dès que la boucle ASSR est remise en 5 fonctionnement. Cette boucle d'asservissement ASSR peut être mise en oeuvre sous forme d'un programme d'ordinateur, l'intégrateur INTG pouvant lui-même prendre la forme d'un compteur numérique, par exemple d'une étape de comptage incluse dans le programme d'ordinateur. L'invention, qui peut prendre en compte aussi bien les angles de rotation positifs que les angles de rotation négatifs, et qui permet, dans un mode de réalisation particulier, de garder trace de l'évolution de l'angle de rotation pendant la veille de la boucle d'asservissement, est idéalement applicable à la mesure de l'angle de rotation du volant d'un véhicule.15 REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'un angle de rotation signé (a) au moyen d'une boucle d'asservissement (ASSR) associée à un capteur (CAPT) produisant un signal vectoriel dont chaque composante (sin(A), cos(A)) est une fonction sinusoïdale d'un angle de mesure (A) variant avec l'angle de rotation (a), cette boucle d'asservissement (ASSR) comprenant un module trigonométrique (TRGO), un module de compensation (CMPS) et un intégrateur (INTG), l'intégrateur (INTG) étant propre à mémoriser un angle estimé (Â), et le module trigonométrique (TRGO) étant propre à produire un signal d'erreur (Err) variant comme une fonction sinusoïdale de la différence entre l'angle de mesure (A) et l'angle estimé (Â), caractérisé en ce que la boucle d'asservissement (ASSR) est sélectivement placée dans un état de veille ou dans un état de fonctionnement, et en ce que, lors du passage de l'état de veille à l'état de fonctionnement de la boucle (ASSR), l'angle estimé (Â) mémorisé dans l'intégrateur (INTG) est calculé (CALC) et mis à jour en fonction au moins de la valeur qu'il présentait lors du passage antérieur de la boucle (ASSR) à son état de veille. 2. Procédé de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle de mesure (A) varie comme le double de l'angle de rotation signé (a). 3. Procédé de mesure suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, lors du passage de l'état de veille à l'état de fonctionnement de la boucle (ASSR), l'angle estimé mémorisé dans l'intégrateur est porté à une valeur mise à jour Â1, donnée par la formule : Â1(degrés) = 360.Ent(T / 360) + 180.Sgn(T), où T est la somme algébrique, exprimée en degrés, de la valeur antérieure (Â) que présentait cet angle estimé lors du passage antérieur de la boucle (ASSR) à son état de veille et de toute éventuelle variation (dÂ) de cet angle estimé par rapport à cette valeur antérieure, où Ent désigne la partie entière, et où Sgn désigne le signe algébrique, égal à +1 si T est positif ou nul, et à -1 dans le cas contraire. 4. Procédé de mesure suivant la revendication 3, caractérisé en ce que toute éventuelle évolution (dÂ) de la valeur antérieure de l'angle estimé (Â) est stockée dans une mémoire (MEM) active au moins pendant l'état de veille de la boucle (ASSR). 5. Procédé de mesure suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'intégrateur (INTG) est mis en oeuvre sous forme d'un compteur numérique. 6. Procédé de mesure suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle d'asservissement (ASSR) est mise en 35 oeuvre sous forme d'un programme d'ordinateur. 7. Procédé de mesure suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise, en tant que capteur (CAPT), un pont magnéto-résistif. 8. Application d'un procédé de mesure suivant l'une quelconque des 5 revendications précédentes à la mesure de l'angle de rotation d'un volant d'un véhicule.