Brevet FR2925156A1 — publié le 20090619

L'invention concerne un système de détermination de la position angulaire d'un organe tournant d'un moteur de véhicule automobile. L'invention trouve particulièrement son application pour déterminer le point mort haut d'allumage d'un cylindre d'un moteur à combustion interne. La détermination du point mort haut est nécessaire au bon fonctionnement des moteurs à combustion interne en ce qu'elle permet de contrôler les injections les unes par rapport aux autres pour chaque cylindre. En particulier, cinq injections peuvent être réalisées, qui se décomposent dans les trois catégories suivantes : - les pré-injections pour mettre la chambre de combustion en température ; l'injection pilote qui permet de fournir le couple effectif demandé ; les post-injections qui permettent de brûler les gaz résiduels. Pour réaliser cette détermination, on connaît des dispositifs utilisant des roues phoniques comportant une ou plusieurs dents de longueur spécifique ou des codeurs magnétiques multipolaires intégrant une ou plusieurs singularités magnétiques. En particulier, un dispositif de détermination à codeur magnétique est connu du document FR-2 827 955, dans lequel la singularité permet d'avoir une large zone sans impulsion, cette zone étant détectée et le premier front descendant suivant cette zone est utilisée en tant que référence angulaire à partir de laquelle l'angle des points d'injection pour chacun des cylindres est calculé. Par ailleurs, les documents FR-2 757 943, FR-2 873 806 et FR-2 856 144 décrivent également des dispositifs de détermination définissant une singularité dans laquelle le premier front descendant ainsi que la longueur angulaire de la singularité sont stabilisés. Toutefois, ces dispositifs présentent une résolution limitée (de l'ordre de 6° mécanique sur un diamètre de codeur d'environ 100 mm) et la détermination des points d'injection est faite par interpolation temporelle. Or, la sévérité croissante des normes anti pollution (EURO IV, EURO V, EURO VI) ne peut pas être satisfaite avec les résolutions accessibles selon l'art antérieur. L'invention vise à perfectionner l'art antérieur en proposant notamment un système de détermination de la position angulaire d'un organe tournant d'un moteur de véhicule automobile, ledit dispositif présentant une résolution améliorée de sorte notamment à pouvoir piloter de façon fine les points d'injection dudit moteur. A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un système de détermination de la position angulaire d'un organe tournant d'un moteur de 15 véhicule automobile, comprenant : un codeur annulaire destiné à être solidaire en rotation de l'organe tournant, ledit codeur comprenant une piste magnétique multipolaire comprenant un secteur angulaire principal comprenant une succession alternée de pôles Nord et Sud identiques délivrant un signal périodique 20 et, sur le secteur angulaire complémentaire au secteur principal, au moins un pôle irrégulier dont la position est destinée à être indexée par rapport à la position angulaire de l'organe tournant ; un capteur positionné à distance d'entrefer du codeur, ledit capteur comprenant au moins deux groupes espacés d'éléments sensibles aptes 25 à détecter le champ magnétique de la piste, lesdits groupes étant agencés pour délivrer sur le secteur principal deux signaux sinusoïdaux de position qui sont en quadrature pour le premier groupe et un signal sinusoïdal de référence pour le deuxième groupe ; dans lequel les groupes sont positionnés par rapport à la piste de sorte que le 30 signal de référence soit de même période et déphasé par rapport aux signaux de position, ledit système comprenant en outre : un dispositif de traitement des signaux de position et de référence qui est agencé pour former un signal numérique S3 comprenant une impulsion pour chaque période correspondant au secteur principal ; et - un dispositif de détermination de la position angulaire qui est agencé pour : • détecter le pôle irrégulier par analyse de l'absence d'impulsion sur le signal S3 ; • détecter l'occurrence d'une impulsion après le pôle irrégulier ; • utiliser ensuite les signaux de position pour connaître la position de l'organe tournant indexée par rapport au pôle irrégulier ; et • désactiver l'utilisation des signaux de position avant le pôle irrégulier. Selon un deuxième aspect, l'invention propose une application d'un tel système de détermination, dans laquelle le codeur est solidaire en rotation d'une poulie d'entraînement montée en sortie d'un moteur à combustion interne, la position angulaire étant utilisée pour déterminer le point mort haut d'allumage d'au moins un cylindre. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de détermination selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 représente en vue partielle de dessus un mode de réalisation 25 du positionnement des groupes d'éléments sensibles du capteur par rapport à la piste du codeur ; les figures 3 et 4 sont des vues partielles de dessus de la piste de deux codeurs utilisables dans un dispositif de détermination selon l'invention, lesdites vues représentant plus particulièrement la réalisation du pôle 30 irrégulier ; la figure 5 représente les signaux utilisés dans une réalisation d'un dispositif de détermination selon l'invention. En relation avec les figures, on décrit ci-dessous un système de détermination de la position angulaire d'un organe tournant d'un moteur de véhicule automobile, ledit système comprenant un codeur magnétique 1 destiné à être solidaire en rotation dudit organe tournant, et un capteur 2 positionné à distance d'entrefer dudit codeur pour détecter le champ magnétique qu'il délivre. Dans une application particulière, la position angulaire délivrée par le système est destinée à être utilisée pour déterminer le point mort haut d'allumage d'au moins un cylindre. Pour ce faire, le codeur 1 est solidaire en rotation d'une poulie d'entraînement montée en sortie d'un moteur à combustion interne, par exemple d'une poulie de vilebrequin ou d'une poulie de came. En relation avec la figure 1, le codeur 1 comprend une pièce annulaire sur la surface extérieure de laquelle une seule piste magnétique multipolaire 3 est formée. La piste 3 comprend un secteur principal présentant une succession alternée de pôles Nord N et Sud S identiques, lesdits pôles présentant une géométrie rectangulaire avec une largeur fixe de sorte à délivrer un signal magnétique périodique. La piste 3 comprend en outre, sur le secteur angulaire complémentaire au secteur principal, au moins un pôle irrégulier 4. Dans la réalisation représentée, les pôles N, S, 4 sont formés sur le codeur 1 pour une détection radiale du champ magnétique et, sur le secteur principal, la transition entre deux pôles N, S adjacents s'étend selon une direction axiale. Ainsi, en emmanchant le codeur 1 autour de l'organe, le système permet la détermination de la position angulaire même en cas de déplacement axial dudit organe, comme ce peut être le cas pour une poulie de vilebrequin qui peut typiquement se déplacée sur une course de +/- 1 mm à cause des tolérances de fabrication et des phénomènes d'usure. En particulier, le pôle irrégulier 4 peut présenter une largeur supérieure à celle des pôles N, S du secteur principal. Selon des réalisations représentées sur les figures 3 et 4, la géométrie du pôle irrégulier 4 et/ou celle d'au moins certains pôles voisins dudit pôle irrégulier est agencée pour ajuster le champ magnétique délivré par les pôles adjacents audit pôle irrégulier. Les pistes magnétiques 3 représentées sont plus particulièrement décrites dans le document FR-2 827 955. D'autres géométries de pistes magnétiques sont décrites dans les documents FR-2 757 943, FR-2 873 806 et FR-2 856 144. En outre, pour stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier, ledit pôle peut comporter une série de pôles élémentaires s'étendant d'un bord à l'autre de l'anneau magnétique en étant intercalés dans le pôle irrégulier. Sur la figure 3, la surface du pôle irrégulier 4 à une forme correspondant à deux troncs de cône s'étendant tête-bêche avec leurs plus grandes bases accolées, de sorte à: - être variable d'une transition à l'autre, en particulier en augmentant progressivement et en décroissant progressivement d'une transition à 15 l'autre ; - présenter un axe de symétrie axiale a de part et d'autre duquel la surface décroît progressivement jusqu'à la transition ; - présenter un axe de symétrie longitudinal I le long duquel la surface varie. 20 En outre, la largeur de chaque pôle N, S adjacent au pôle irrégulier 4 est réduite par rapport à la largeur des autres pôles N, S du secteur principal. Sur la figure 4, la surface du pôle irrégulier 4 est constante sensiblement d'une 25 transition à l'autre. De plus, pour diminuer le champ magnétique au niveau des pôles adjacents, la surface de chaque pôle voisin à un pôle adjacent est réduite par rapport à la surface des autres pôles du secteur principal. En particulier chaque pôle voisin possède une transition comportant, dans sa région centrale, une partie droite prolongée de part et d'autre par une partie tronquée orientée à 30 l'opposée de la surface du pôle irrégulier 4. Le capteur 2 est positionné à distance d'entrefer du codeur 1, ledit capteur comprenant au moins deux groupes 5, 6 espacés d'éléments sensibles aptes à détecter le champ magnétique de la piste 3. Dans un exemple de réalisation, les éléments sensibles sont choisis parmi les sondes à effet Hall, les magnétorésistances, les magnétorésistances géantes, les sondes à effet tunnel. Les groupes 5, 6 sont agencés pour délivrer sur le secteur principal deux signaux sinusoïdaux de position SIN, COS qui sont en quadrature pour le premier groupe 5, et un signal sinusoïdal de référence REF pour le deuxième groupe 6. 10 Dans un exemple de réalisation représenté sur la figure 2, les groupes 5, 6 comprennent chacun une pluralité d'éléments sensibles alignés, et le principe d'obtention des signaux est par exemple décrit dans le document FR-2 792 403. 15 En outre, les groupes 5, 6 sont positionnés par rapport à la piste 3 de sorte que le signal de référence REF soit de même période et déphasé par rapport aux signaux de position SIN, COS. Sur la figure 2, les groupes 5, 6 sont disposés parallèlement en étant espacés axialement, le capteur 2 étant incliné par 20 rapport au codeur 1 de sorte que la direction d'alignement des éléments sensibles forme un angle non nul avec la normale des transitions 7 des pôles N, S du secteur principal. Ainsi, en relation avec le champ magnétique B délivré par le codeur 1, la figure 5 représente les signaux SIN, COS et REF obtenus. 25 Le système de détermination comprend en outre un dispositif de traitement des signaux de position SIN, COS et de référence REF qui est agencé pour former un signal numérique S3 comprenant une impulsion I pour chaque période correspondant au secteur principal. 30 En relation avec la figure 5, on décrit une réalisation du dispositif de traitement qui est par ailleurs prévue dans le document FR- 2 886 077, ledit dispositif comprenant des premiers moyens de comparaison du signal de référence REF avec une valeur seuil de sorte à former un signal numérique S1 comprenant5 des fenêtres F de largeur fonction de la demi période du signal de référence REF. Par exemple, les premiers moyens comparent le signal de référence REF avec la valeur moyenne dudit signal, qui peut être notamment égal à zéro. Le dispositif de traitement comprend également des deuxièmes moyens de comparaison des signaux de position SIN, COS de sorte à former un signal numérique S2 comprenant, pour chaque période, une impulsion I de largeur contrôlée à une valeur inférieure à celle correspondant au déphasage, lesdites impulsions étant positionnées de sorte à être incluses dans les fenêtres F. En particulier, le signal COS peut être ajusté avec un gain G de sorte à contrôler la largeur des impulsions I et le positionnement de celles-ci par rapport aux fenêtres F. Par ailleurs, dans la zone 8 correspondant au pôle irrégulier 4, aucune impulsion I n'est formée sur le signal S2, puisque l'amplitude des signaux SIN, COS est nulle du fait de leur obtention par annulation de la composante continue selon le document FR-2 792 403. Dans la réalisation représentée, les deuxièmes moyens comparent les signaux de position SIN, COS en utilisant l'opération (SIN>COS)XOR(SIN>0)AND(COS>0), XOR étant la fonction OU exclusif et AND étant la fonction ET. Le dispositif de traitement comprend en outre des moyens de combinaison des 25 signaux S1 et S2 pour former le signal S3, les moyens de combinaison utilisant la fonction ET sur la figure 5. Par ailleurs, le système comprend un dispositif de détermination de la position angulaire qui est agencé pour : 30 - détecter le pôle irrégulier 4 par analyse de l'absence d'impulsion I sur le signal S3, notamment par mesure d'apparition fréquentielle ; - détecter l'occurrence d'une impulsion I après le pôle irrégulier 4, notamment l'occurrence de la première impulsion I après ledit pôle irrégulier ; - utiliser ensuite les signaux de position SIN, COS pour connaître la position de l'organe tournant indexée par rapport au pôle irrégulier 4 ; et désactiver l'utilisation des signaux de position avant le pôle irrégulier 4, par exemple par comptage du nombre d'impulsions I du signal S3 ou par comptage des fronts issus des signaux numériques de position A, B décrit dans la suite de la description. Cette détermination permet notamment d'avoir des signaux de position qui sont stables sur le secteur principal, ainsi qu'un nombre d'impulsions I sur un tour qui est stable et répétable. En particulier, les signaux de position sont disponibles bien avant l'apparition de la première impulsion I après le pôle irrégulier 4. Le système décrit permet donc, en indexant la position angulaire du pôle irrégulier 4 par rapport à celle de l'organe tournant, d'utiliser la première impulsion I en tant que référence angulaire à partir de laquelle les angles des points d'injection sont déterminés en utilisant les signaux de position. Pour l'utilisation des signaux SIN, COS, le dispositif de détermination peut comprendre des moyens aptes, à partir des signaux de position SIN, COS, à délivrer deux signaux numériques de position A, B qui sont interpolés pour augmenter leur résolution. Le principe d'obtention des signaux A, B est par exemple décrit dans le document FR-2 792 403, et un interpolateur utilisable dans l'invention est prévu dans le document FR-2 754 063. Ainsi, en utilisant les signaux A, B pour connaître la position de l'organe tournant, la résolution des angles des points d'injection est améliorée de sorte à pouvoir piloter finement les injections. En outre, l'utilisation des signaux A, B de haute résolution permet la détection de cliquetis du vilebrequin, de sorte à pouvoir corriger le point d'injection pour réduire ce phénomène. Par ailleurs, dans le cas où le signal haute résolution doit être délivré sur un seul fil, il est possible d'utiliser uniquement le signal B ou le signal AXORB en tant que signal de position angulaire de l'organe tournant.5 REVENDICATIONS 1. Système de détermination de la position angulaire d'un organe tournant d'un moteur de véhicule automobile, comprenant : - un codeur annulaire (1) destiné à être solidaire en rotation de l'organe tournant, ledit codeur comprenant une piste magnétique multipolaire (3) comprenant un secteur angulaire principal comprenant une succession alternée de pôles Nord (N) et Sud (S) identiques délivrant un signal périodique et, sur le secteur angulaire complémentaire au secteur principal, au moins un pôle irrégulier (4) dont la position est destinée à être indexée par rapport à la position angulaire de l'organe tournant ; un capteur (2) positionné à distance d'entrefer du codeur (1), ledit capteur comprenant au moins deux groupes (5, 6) espacés d'éléments sensibles aptes à détecter le champ magnétique de la piste (3), lesdits groupes étant agencés pour délivrer sur le secteur principal deux signaux sinusoïdaux de position (SIN, COS) qui sont en quadrature pour le premier groupe (5) et un signal sinusoïdal de référence (REF) pour le deuxième groupe (6) ; ledit système étant caractérisé en ce que les groupes (5, 6) sont positionnés par rapport à la piste (3) de sorte que le signal de référence (REF) soit de même période et déphasé par rapport aux signaux de position (SIN, COS), et en ce qu'il comprend en outre : un dispositif de traitement des signaux de position (SIN, COS) et de référence (REF) qui est agencé pour former un signal numérique S3 comprenant une impulsion (I) pour chaque période correspondant au secteur principal ; et - un dispositif de détermination de la position angulaire qui est agencé pour: • détecter le pôle irrégulier (4) par analyse de l'absence d'impulsion (I) sur le signal S3 ; • détecter l'occurrence d'une impulsion (I) après le pôle irrégulier (4) ;• utiliser ensuite les signaux de position (SIN, COS) pour connaître la position de l'organe tournant indexée par rapport au pôle irrégulier (4) ; et • désactiver l'utilisation des signaux de position avant le pôle irrégulier (4). 2. Système de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pôles (N, S, 4) sont formés sur le codeur (1) pour une détection radiale du champ magnétique par les groupes (5, 6) d'éléments sensibles. 3. Système de détermination selon la revendication 2, caractérisé en ce que, sur le secteur principal, la transition (7) entre deux pôles (N, S) adjacents s'étend selon une direction axiale. 15 4. Système de détermination selon la revendication 3, caractérisé en ce que les groupes (5, 6) comprennent chacun une pluralité d'éléments sensibles alignés, lesdits groupes étant disposés parallèlement en étant espacés axialement, et le capteur (2) étant incliné par rapport au codeur (1) de sorte que la direction d'alignement des éléments sensibles forme un angle non nul avec la 20 normale des transitions (7). 5. Système de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le pôle irrégulier (4) présente une largeur supérieure à celle des pôles (N, S) du secteur principal. 6. Système de détermination selon la revendication 5, caractérisé en ce que la géométrie du pôle irrégulier (4) et/ou celle d'au moins certains pôles voisins dudit pôle irrégulier est agencée pour ajuster le champ magnétique délivrés par les pôles adjacents audit pôle irrégulier. 7. Système de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de traitement comprend : 10 25 30des premiers moyens de comparaison du signal de référence (REF) avec une valeur seuil de sorte à former un signal numérique S1 comprenant des fenêtres (F) de largeur fonction de la demi période du signal de référence (REF) ; - des deuxièmes moyens de comparaison des signaux de position (SIN, COS) de sorte à former un signal numérique S2 comprenant, pour chaque période, une impulsion (I) de largeur contrôlée à une valeur inférieure à celle correspondant au déphasage, lesdites impulsions étant positionnées de sorte à être incluses dans les fenêtres (F) ; des moyens de combinaison des signaux SI et S2 pour former le signal S3. 8. Système de détermination selon la revendication 7, caractérisé en ce que les premiers moyens comparent le signal de référence (REF) avec la valeur moyenne dudit signal. 9. Système de détermination selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens comparent les signaux de position (SIN, COS) en utilisant l'opération (SIN>COS)XOR(SIN>0)AND(COS>0), XOR étant la fonction OU exclusif et AND étant la fonction ET. 10. Système de détermination selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de combinaison utilisent la fonction ET. 11. Système de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dispositif de détermination comprend des moyens aptes, à partir des signaux de position (SIN, COS), à délivrer deux signaux numériques de position (A, B) qui sont interpolés pour augmenter leur résolution. 12. Application d'un système de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le codeur (1) est solidaire en rotation d'une poulie d'entraînement montée en sortie d'un moteur à combustion interne, laposition angulaire étant utilisée pour déterminer le point mort haut d'allumage d'au moins un cylindre.