Brevet FR2962802A1 — publié le 20120120

La présente invention concerne un capteur de mesure de position angulaire, du type comprenant une roue dentée et un procédé de compensation de sa mesure. Il est connu de réaliser une mesure de la position angulaire d'une pièce tournante en équipant ladite pièce tournante d'une roue dentée avec, disposé en regard sur un bâti fixe, un détecteur apte à détecter la présence ou l'absence de dent. Un tel détecteur, lorsque la pièce tournante et donc la roue dentée tournent, permet d'obtenir un signal c crénelé du type représenté, en fonction du temps t, au diagramme 2 de la figure 1. Un tel signal c peut être traité par intégration ou comptage des dents pour obtenir un signal a du type représenté, en fonction du temps t, au diagramme 3 de la figure 1, indicatif de la position angulaire a de ladite pièce tournante. Un tel capteur est classiquement utilisé dans le domaine du contrôle des moteurs à combustion interne, avec une roue dentée, comprenant typiquement 60 - 2 dents (60 dents équiréparties angulairement et deux dents contiguës manquantes pour constituer un index). Une telle roue dentée entraînée par le vilebrequin permet de disposer d'une mesure précise de la position angulaire du moteur dans son cycle. Une référence précise comprenant une mesure de la position angulaire et une mesure du temps à l'instant de ladite mesure de position angulaire permet de synchroniser le mouvement mécanique avec les moyens de commande et de contrôle moteur afin de commander avec précision des événements tels que l'allumage. Une mesure du temps est classiquement réalisée au moyen d'une horloge produisant un signal T linéaire du type représenté, en fonction du temps t, au diagramme 1 de la figure 1. Afin de pouvoir disposer d'une référence précise de position angulaire, à un instant donné choisi, il est nécessaire de disposer d'une mesure du temps et d'une mesure de la 25 position angulaire simultanée. Une telle obtention d'une mesure, afin de pouvoir être utilisée par une unité de traitement, est réalisable de plusieurs manières connues. Selon une première manière, un dispositif d'acquisition matériel est employé pour réaliser une telle acquisition, que l'on nomme acquisition matérielle. Un tel dispositif 30 d'acquisition matériel permet avantageusement une acquisition déterministe et rapide et donc une bonne précision sur l'instant d'acquisition. L'acquisition simultanée de deux mesures, temps et position angulaire, nécessite deux tels dispositifs. Cependant un tel dispositif matériel est coûteux et l'on souhaite naturellement en limiter le nombre. Selon une deuxième manière, que l'on nomme acquisition logicielle, un dispositif 35 d'acquisition logiciel, par exemple celui constitutif de l'unité de traitement exécutant le procédé ou encore celui exécutant le programme de contrôle moteur, est employé pour réaliser une telle acquisition. Une telle manière, en ce qu'elle utilise un dispositif logiciel préexistant, n'entraîne pas de surcoût. Cependant comme illustré à la figure 1, un tel dispositif logiciel souffre d'un temps de latence ou délai 5 non déterministe et important. Ainsi une acquisition logicielle déclenchée à l'instant t1, ne réalise une acquisition de la position angulaire qu'à l'instant t2, causant ainsi une erreur de mesure correspondante Aa préjudiciable. Il existe encore des dispositifs logiciels hautes performances permettant de réaliser une acquisition logicielle avec des performances comparables à celles d'un dispositif matériel. Cependant de tels dispositifs sont très onéreux et par conséquent exclus des solutions envisageables pour des raisons de coûts. Un problème qu'il est proposé de résoudre est de réaliser une mesure de référence précise à un instant t1 donné, comprenant une mesure de position angulaire et une mesure de temps simultanées, avec un dispositif logiciel de performances standard et au plus un dispositif matériel d'acquisition. Le principe est de réaliser une mesure précise de temps Ti à l'instant t1, où l'on souhaite disposer d'une mesure de position angulaire a, au moyen d'un dispositif matériel d'acquisition. Il est encore déclenché une double acquisition logicielle comprenant une mesure de position angulaire a' et une mesure de temps T2 sensiblement simultanées à l'instant t2. Cependant du fait du délai 5, cette acquisition n'est réalisée qu'à un instant t2 ultérieur et conduit à une mesure de position angulaire a' erronée. Il est alors réalisé une estimation de cette erreur et une compensation de la mesure de position angulaire est effectuée. Est ici également concerné un procédé de compensation d'une mesure de position angulaire pour un capteur de position angulaire du type comprenant une roue dentée, 25 comportant les étapes suivantes : - détermination d'une première mesure Ti du temps correspondant à l'instant t1 où une mesure de position angulaire a est souhaitée, - déclenchement d'une fonction d'acquisition logicielle, la prise en compte de ladite fonction entraînant un délai temporel At, 30 - acquisitions sensiblement simultanées d'une mesure a' de la position angulaire et d'une seconde mesure T2 du temps par acquisition logicielle à l'instant t2, - estimation d'une erreur Aa de position angulaire, - calcul de la mesure de position angulaire compensée, a = a' - Da. Selon une autre caractéristique, l'erreur Aa = a' - a de position angulaire, est 35 calculée selon la formule : Aa = OT * Re s dent , avec : Dur dent - AT = T2 - Ti = At, écart des mesures de temps entre l'instant t1 où une mesure de position angulaire a est souhaitée et l'instant t2 où une mesure de position angulaire a' est réalisée, - Dur dent = durée d'une dent, - Res_dent = résolution angulaire d'une dent, constante égale à 360° divisée par le nombre de dent de ladite roue dentée. Selon une autre caractéristique, la détermination de la première mesure de temps Ti comprend une acquisition matérielle réalisée par un dispositif matériel effectuant une acquisition de la valeur d'une horloge à l'instant t1 où une mesure de position angulaire a est souhaitée, et une lecture logicielle de ladite mesure de temps Ti ainsi acquise. Selon une autre caractéristique, ledit dispositif matériel émet, à l'instant t1, une interruption qui est utilisée pour déclencher ladite fonction d'acquisition logicielle. L'invention concerne encore un capteur de mesure de position angulaire, du type comprenant une roue dentée, comprend des moyens de mise en oeuvre du procédé de compensation selon l'une quelconque des revendications précédentes. L'invention concerne encore l'application dudit capteur à la mesure de position angulaire d'un vilebrequin. D'autres caractéristiques, détails et avantages ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels la figure 1 présente de manière comparative quatre diagrammes en fonction du temps t. La figure 1 illustre les différentes grandeurs utilisées dans le cadre présenté ci-avant sur des diagrammes disposés comparativement, en fonction du temps t. Il est supposé, afin par exemple de pouvoir synchroniser un événement mécanique avec un logiciel de contrôle moteur, d'obtenir pour un instant donné t1, une double mesure, comportant une mesure du temps Ti et une mesure a de la position angulaire à cet instant t1. Une mesure du temps T est obtenue au moyen d'un compteur de temps ou horloge produisant un signal T linéaire en fonction du temps t, tel que figuré au diagramme 1. Un tel signal T est typiquement produit par un compteur dont la valeur est régulièrement incrémentée en fonction du temps. Un compteur typique comprend 24 bits et permet ainsi de compter avec une période To de 1024, entre 0 et 1024-1. A l'issue de cette période le compteur est remis à zéro, comme illustré à la droite du diagramme 1, et recommence son compte. Une telle remise à zéro n'est pas préjudiciable. Compte tenu de la période importante devant At, il est certain qu'au plus une remise à zéro peut se produire entre t2 et t1. Ainsi deux cas peuvent se produire. Soit la mesure de temps T2 à l'instant t2 est supérieure à la mesure de temps Ti à l'instant t1 et AT = T2 - Ti. Soit, exceptionnellement si une remise à zéro s'intercale, T2 est inférieur à Ti et OT = T2' - Ti, avec T2' = T2 + To. Ceci étant traité, on considère pour la simplicité de la suite de la description que T2 est supérieur à Ti. De même le compteur T ne mesure pas nécessairement un temps en seconde. Il peut être nécessaire d'appliquer une fonction de correction. On suppose pour la simplicité de la suite de la description que cette fonction de correction est déjà appliquée et que à tout le moins : OT=T2-T1 =Ot=t2-t1. Comme déjà décrit, une mesure de la position angulaire d'une pièce tournante est obtenue en équipant ladite pièce tournante d'une roue dentée avec, disposé en regard sur un bâti fixe, un détecteur apte à détecter la présence ou l'absence de dent. Un tel détecteur permet d'obtenir un signal c crénelé du type représenté au diagramme 2 de la figure 1. Un tel signal c est traité par intégration, comptage des dents ou toute autre 15 méthode plus complexe pour obtenir un signal a du type représenté au diagramme 3 de la figure 1 indicatif de la position angulaire a de la dite pièce tournante. Un diagramme 4, encore noté SW, note sur la même échelle de temps t, les événements relatifs au dispositif logiciel. Un problème qu'il est proposé de résoudre est l'obtention d'une mesure de 20 temps T1 et d'une mesure de position angulaire a au même instant t1. De plus, cet instant t1 est imposé, en ce qu'il est déterminé, par exemple par un événement extérieur. Comme indiqué précédemment, une acquisition logicielle ne permet pas de réaliser une acquisition à un instant t1 imposé. En effet, entre l'instant où est déclenchée une demande d'acquisition logicielle et l'instant où elle est effectivement réalisée, il 25 s'écoule un délai 5. Ce délai 5 encore dénommé délai logiciel, latence ou "jitter" en anglais est lié à de nombreux facteurs non maîtrisés et n'est malheureusement pas déterministe. Il n'est pas possible de prédire sa durée At. Il n'est ainsi pas possible d'envisager, pour acquérir une mesure à l'instant imposé t1, de déclencher une acquisition logicielle à t1 - fit. 30 Une acquisition matérielle permet de réaliser une telle mesure à un instant t1 imposé. Cependant, puisqu'on se refuse d'employer plus d'un dispositif matériel d'acquisition, il n'est possible d'obtenir qu'une seule mesure à l'instant t1, soit le temps Ti, soit la position angulaire a. Le procédé recommandé comprend les étapes suivantes. Une première étape 35 consiste à déterminer une mesure de temps Ti à l'instant t1 pour lequel on souhaite une mesure de position a. Parallèlement ou en suivant, est déclenchée une fonction d'acquisition logicielle. Cette fonction d'acquisition logicielle est en charge d'obtenir une mesure de position angulaire a' et une mesure du temps T2 à l'instant t2, ces deux mesures étant simultanées ou sensiblement simultanées. Comme vu précédemment, même si l'instant de déclenchement de ladite fonction d'acquisition logicielle est connu, par exemple t1, il se produit obligatoirement un délai 5 de durée At à compter de cet instant de déclenchement. De ce fait les mesures sont effectivement acquise à un instant t2 différent de t1 et la mesure de position angulaire a' présente une erreur Aa par rapport à la mesure a souhaitée. Les acquisitions des mesures a' et T2 sont ainsi retardées de la durée At du délai 5. La fonction logicielle fait en sorte que la mesure de position angulaire a' et la mesure de temps T2 soient simultanées ou sensiblement simultanées. On entend par sensiblement simultané qu'une exacte simultanéité n'est pas nécessairement possible en fonction des capacités du dispositif logiciel qui est ou utilise des dispositifs d'entrée/sortie le plus souvent séquentiels. Cependant, le possible décalage temporel entre les deux acquisitions logicielles reste faible devant les autres durées du problème, et peut être négligé. Après avoir ainsi acquis, sensiblement simultanément, une mesure a' de la position angulaire et une seconde mesure T2 du temps par acquisition logicielle à l'instant t2, le procédé se poursuit par une étape d'estimation d'une erreur Da, entre la mesure effective a' à l'instant t2 et la mesure souhaitée a à l'instant t1. A partir de cette estimation de l'erreur Da, une étape calcule une mesure de position angulaire compensée a, estimant la position angulaire à l'instant t1, en soustrayant à la mesure de la position angulaire a' à l'instant t2, ladite erreur estimée Lia. Cette erreur Lia peut être calculée en effectuant une extrapolation linéaire de la forme Aa = k.Ot, avec At = t2 - t1, écart de temps entre l'instant t1 où une mesure de position angulaire a est souhaitée et l'instant t2 où une mesure de position angulaire a' est réalisée, et k une valeur estimative de la pente de la courbe a. Une valeur k estimative de la pente peut être calculée par la formule : k _ Re s _dent avec Dur dent - Dur dent = durée d'une dent, et - Res_dent = résolution angulaire d'une dent, - L'écart de temps At est pris égal à l'écart des mesures de temps AT = T2 - Ti. La durée d'une dent est une variable. Elle est une mesure récente de la durée de passage d'une dent devant le détecteur. Elle est la longueur temporelle d'une dent, soit la durée pendant laquelle le signal c du diagramme 2 est resté en position haute, entre un front montant et un front descendant immédiatement suivant. Cette entrée du procédé est classiquement fournie par un dispositif extérieur au capteur. II peut aussi être intégré à ce capteur. Cette variable durée de dent est obtenue par tout moyen et par exemple par traitement du signal c du diagramme 2. lI peut s'agir de la longueur de la dernière dent passée devant le détecteur. Cette valeur peut être rafraîchie pour chaque dent ou régulièrement toutes les n dents. II peut encore s'agir d'une moyenne filtrée ou non de cette valeur sur une fenêtre temporelle récente. La résolution angulaire ou largeur angulaire d'une dent est une constante dépendante de la roue dentée utilisée par le capteur de position angulaire. Elle est homogène à un angle et est égale à 360 divisé par le nombre de dents de la roue dentée. Dans le cas d'une roue 60 moins 2 dents, la résolution angulaire est égale à 360 / 60, soit 6°. Le paramètre k est ainsi homogène à une vitesse angulaire, et k.Èt, égal à k.LT, est homogène à une position angulaire. La formule résultante est la suivante : 33' Oce = *Re s dent Dur dent et permet le calcul de l'erreur Da. Selon une caractéristique, la détermination de la première mesure de temps Ti s'effectue en deux étapes. Une première étape est une acquisition matérielle réalisée par un dispositif matériel. Ce dispositif, déclenché à l'instant t1, réalise une acquisition de la valeur Ti en acquérant la valeur du signal horloge T à l'instant t1. Selon le mode de réalisation, soit le dispositif matériel est déclenché par l'événement lié à t1, soit le dispositif matériel est lui-même responsable de l'événement lié à t1 et décide de cet instant. L'acquisition est réalisée et stocke ladite valeur du temps Ti dans un moyen de stockage. Ce moyen de stockage est accessible en lecture au dispositif logiciel. Dans une deuxième étape, ledit dispositif logiciel réalise une lecture logicielle de ce moyen de stockage afin d'obtenir la mesure du temps Ti. Selon une autre caractéristique, le dispositif responsable de l'événement se produisant à l'instant t1, soit le dispositif matériel d'acquisition ou le dispositif qui a déclenché l'acquisition matérielle, émet, a l'instant t1, une interruption à destination du dispositif logiciel. Cette interruption peut être mise à profit pour démarrer le dispositif logiciel. Le dispositif logiciel peut alors, en réponse à cette interruption, réaliser la lecture logicielle du moyen de stockage pour obtenir la mesure de temps Ti et de plus déclencher la fonction d'acquisition logicielle pour obtenir les mesures de position angulaire a' et de temps T2, à l'instant t2. Il apparaît encore au diagramme 4 de la figure 1, un instant t0. Selon un mode de réalisation le dispositif logiciel assure la configuration, commande ou programmation du dispositif matériel d'acquisition afin que ce dernier réalise une acquisition du temps Ti à l'instant t1 et le cas échéant définisse l'instant t1. Cette configuration débute alors à un instant préalable tO. Le procédé ici en cause, dans ses différentes variantes, permet de compenser une mesure erronée, parce que réalisée tardivement, par une estimation de l'erreur, basée sur des grandeurs connues ou déterminables par ailleurs. Ceci est réalisable par un dispositif logiciel standard associé à un unique dispositif matériel d'acquisition. Ce procédé a été appliqué avec succès à un contrôle d'allumage. L'instant tO est le début de la charge de la bobine, tandis que l'instant t1 est la fin de ladite charge et donc la production effective de l'allumage. Il est important de connaître la position angulaire exactement à cet instant t1. Le dispositif extérieur définissant t1 est donc le dispositif en charge de la commande de la bobine. Ce dernier commande alors, à l'instant t1, l'acquisition matérielle du temps Ti et prévient simultanément le dispositif logiciel par une interruption. Le dispositif logiciel, en réponse, relit la mesure Ti et déclenche la fonction d'acquisition logicielle conduisant aux mesures a' et T2. Dans ce cas, le dispositif logiciel utilisé est un microcontrôleur Tricore® 1762. Est encore ici concerné un capteur de mesure de position angulaire, du type comprenant une roue dentée, comprenant des moyens de mise en oeuvre du procédé de compensation précédemment décrit. Dans ce cas, le capteur peut intégrer un dispositif matériel et un dispositif logiciel aptes à réaliser chacun ou de concert les différentes étapes du procédé de compensation. REVENDICATIONS1. Procédé de compensation d'une mesure de position angulaire pour un capteur de position angulaire du type comprenant une roue dentée, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - détermination d'une première mesure Ti du temps correspondant à l'instant t1 où une mesure de position angulaire a est souhaitée, - déclenchement d'une fonction d'acquisition logicielle, la prise en compte de ladite fonction entraînant un délai temporel At, - acquisitions sensiblement simultanées d'une mesure a' de la position angulaire et d'une seconde mesure T2 du temps par acquisition logicielle à l'instant t2, - estimation d'une erreur La de position angulaire, - calcul de la mesure de position angulaire compensée a = a' - Aa. 2. Procédé selon la revendication 1, où l'erreur Da = a' - a de position angulaire, est calculée selon la formule : Da = AT * Re s dent , avec : Dur dent - AT = T2 - Ti = At, écart des mesures de temps entre l'instant t1 où une mesure de position angulaire a est souhaitée et l'instant t2 où une mesure de position angulaire a' est réalisée, - Dur dent = durée d'une dent, - Res_dent = résolution angulaire d'une dent, constante égale à 360° divisée par le nombre de dent de ladite roue dentée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, où la détermination de la première mesure de temps Ti comprend une acquisition matérielle réalisée par un dispositif matériel effectuant une acquisition de la valeur d'une horloge à l'instant t1 où une mesure de position angulaire a est souhaitée, et une lecture logicielle de ladite mesure de temps Ti ainsi acquise. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, où ledit dispositif matériel émet, a l'instant t1, une interruption qui est utilisée pour déclencher ladite fonction d'acquisition logicielle. 5. Capteur de mesure de position angulaire, du type comprenant une roue dentée, 30 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mise en oeuvre du procédé de compensation selon l'une quelconque des revendications précédentes. 6. Capteur de mesure de position angulaire selon la revendication 5, appliqué à la mesure de position angulaire d'un vilebrequin.