Brevet FR2966592A1 — publié le 20120427

PROCEDE ET SYSTEME DE REDONDANCE D'UN SIGNAL DE MESURE D'UN CAPTEUR D'ANGLE DU VOLANT Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un procédé et un système de redondance d'un signal de mesure délivré par un capteur d'angle d'un volant. La présente invention trouve des applications particulièrement avantageuses, mais non exclusives, dans le domaine de l'automobile. La présente invention a également pour objet un véhicule automobile muni d'un tel système de redondance de signal de mesure d'un capteur d'angle du volant. Etat de la technique Actuellement, dans un véhicule automobile, de nombreuses fonctionnalités sont contrôlées et/ou pilotées à partir de la vitesse du volant et/ou de signaux relatifs à l'angle du volant. Notamment, le système de contrôle électronique de stabilité (ESC) destiné à améliorer la stabilité dynamique du véhicule fait appel aux données relatives à l'angle et/ou à la vitesse du volant. De même, l'allumage des feux droite ou gauche du véhicule, la rotation des feux ainsi que l'assistance de direction sont pilotés en fonction de ces données d'angle et/ou de vitesse du volant. Pour certaines de ces fonctionnalités, le temps de réponse, la fiabilité et la précision des données relatives au volant sont des éléments essentiels à leur fonctionnement. Dans ce cas, ces données sont prélevées directement au niveau du volant par l'intermédiaire d'un capteur d'angle placé sur le volant. Lorsque l'information est particulièrement critique (par exemple pour les systèmes de contrôle de stabilité), les capteurs d'angle du volant présentent une architecture totalement redondée et des procédures d'autodiagnostic afin de délivrer une information précise et fiable. Ainsi, lorsque l'information délivrée par le capteur d'angle n'est plus conforme aux exigences de précision, la détection de l'erreur permet d'adopter un mode dégradé et/ou de signaler la perte de la fonctionnalité par l'allumage d'un voyant et/ou le stockage d'un code défaut. Cependant, dans le cas où l'architecture du capteur d'angle du volant ne permet pas une redondance et donc totalement auto-diagnostiquée, la détection de l'erreur n'est possible qu'au niveau des consommateurs, soit à partir de tests de continuité électrique, soit par des contrôles de cohérence avec une redondance de l'information contrôlée. Les capteurs d'angles auto-diagnostiqués reposent sur des architectures totalement redondées, à compter de l'élément de mesure jusqu'aux éléments de calcul et de transmission. La réalisation d'un tel capteur demande ainsi la mise en oeuvre de technologies onéreuses qui augmentent radicalement le coût de ce type de capteurs. Pour d'autres fonctionnalités du véhicule, le besoin de fiabilité, de temps de réponse et de précision peuvent être moins importants. Dans ce cas, une mesure directe ou indirecte, moins précise et retardée peut être suffisante. Par exemple, il peut être utilisé un capteur d'angle du volant beaucoup plus simple et moins couteux, sans capacité de diagnostic embarqué. C'est alors au calculateur du véhicule qu'incombe la tâche de détecter les défaillances dans les mesures du capteur d'angle. Dans ce cas des méthodes sommaires de détection et correction sont implantées, au détriment du temps de détection. Par leur performance, elles suffisent à couvrir les fonctionnalités de base du véhicule, telles que le fonctionnement de la direction assistée électro-hydraulique, mais restent insuffisantes pour sécuriser et piloter avec précision des fonctions nouvelles plus élaborées nécessitant un temps de réponse relativement court. Par conséquent, il existe un besoin d'un procédé d'évaluation et de correction des signaux mesurés par un capteur d'angle du volant sans 25 capacité de diagnostic embarqué. Le document JP2195224 propose une solution destinée à répondre à ce besoin. Cette solution consiste en un appareil de détection de l'angle de braquage d'un véhicule apte à améliorer la précision de la détection de celui-ci en comparant un angle de braquage constaté (par un capteur d'angle du 30 volant) avec un angle de braquage estimé. Cet angle de braquage est estimé par le biais des capteurs de vitesse des roues. Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de répondre à ce besoin en proposant une alternative à la solution proposée par le document 35 JP2195224. La proposition de l'invention consiste en un système de redondance des signaux fournis par un capteur sans capacité de diagnostic. Ledit système comporte à cet effet une intelligence embarquée apte à reconstruire le signal relatif au volant tel que l'angle ou la vitesse dudit volant à partir d'autres informations issues du véhicule. Le système réalise une redondance entre le signal principal mesuré sur le volant et le signal reconstruit, dans un temps de détection relativement court. Cette redondance permet au système de détecter une erreur dans le signal de mesure principal et de remédier à cette erreur, augmentant de ce fait la précision d'un tel capteur. Plus précisément l'invention a pour objet un procédé de redondance d'un signal de mesure d'un capteur d'angle d'un volant d'un véhicule dans lequel - on définit un signal principal à redonder à partir du signal mesuré par le capteur d'angle du volant, - on initialise un compteur, - on mesure au moins une grandeur environnementale (y) du véhicule délivrée par un capteur dudit véhicule, - on reconstruit le signal principal à partir de la grandeur mesurée, - lorsque la valeur absolue du signal reconstruit dépasse un premier seuil prédéfini, alors le compteur est incrémenté, - lorsque le compteur dépasse un deuxième seuil prédéfini, on introduit le signal reconstruit comme données de redondance dans le signal principal. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 montre une représentation schématique d'un véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 montre une représentation schématique d'un système de redondance des données relatives au volant selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 3 montre une illustration d'étapes mettant en oeuvre un mode de réalisation du procédé de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre une vue schématique d'un mode de réalisation d'un système 11 de contrôle, en temps réel, de mesures de données relatives à un volant 9. Ce système 11 est destiné à reconstruire un signal mesuré sur le volant 9 à l'aide de données de redondance. Le signal reconstruit est alors utilisé, en complément du signal direct mesuré, pour détecter une action du conducteur sur le volant. Le système 11 peut être implanté sur un véhicule 10 automobile à quatre roues à direction par le train avant ou à traction avant. Le système 11 peut également être embarqué dans un véhicule 10 automobile à propulsion. Le système 11 comprend des capteurs pour mesurer des paramètres de fonctionnement du véhicule 10. Dans l'exemple représenté, le système 11 comprend un capteur 12 pour mesurer l'angle de rotation ô du volant de direction du véhicule. Ce capteur 12 ne comprend pas de capacité de diagnostic propre. Le système 11 comprend également soit des capteurs indépendants de vitesse de roues 13, soit d'une centrale de mesure inertielle mesurant la vitesse de lacet ou l'accélération transversale du véhicule 10. Le système 11 comprend une interface 14 d'entrée/sortie, comme illustrée à la figure 2, pour numériser les signaux reçus des capteurs. Cette interface 14 est également apte à échantillonner les signaux numérisés à une fréquence compatible de la dynamique du véhicule 10. Le système 11, illustré plus en détail à la figure 2, comprend, entre autres, une mémoire programme 15 et une mémoire de données 16 connectées à un microprocesseur 17 via un bus de communication 18. Dans la description, on prête des actions à des appareils ou à des programmes, cela signifie que ces actions sont exécutées par un microprocesseur de cet appareil ou de l'appareil comportant le programme, ledit microprocesseur étant alors commandé par des codes instructions enregistrés dans une mémoire de l'appareil. Ces codes instructions permettent de mettre en oeuvre les moyens de l'appareil et donc de réaliser l'action entreprise. Les actions menées par le système 11 sont ordonnées par le microprocesseur 17. Le microprocesseur 17 produit, en réponse aux codes instructions enregistrés dans la mémoire programme 18, des ordres destinés à évaluer le signal mesuré par le capteur d'angle du volant et à éventuellement corriger ledit signal mesuré, à l'aide d'un signal reconstruit. La mémoire 15 de programme est divisée en plusieurs zones, chaque zone correspondant à une fonction ou à un mode de fonctionnement du programme d'évaluation et de correction de l'invention. La figure 3 montre une illustration de moyens mettant en oeuvre un mode de réalisation du procédé de l'invention. Dans l'exemple de la figure 3, le signal principal sur lequel est appliqué le procédé d'évaluation et de correction de l'invention est la vitesse du volant. Le système 11 de redondance fournit en sortie une vitesse du volant redondée dans le but, par exemple, de commander le régime de pilotage d'un moteur de la pompe de direction afin d'agir sur le débit. Dans l'exemple de la figure 3, le signal vitesse volant est reconstruit par mesure d'un différentiel de vitesse des roues et est utilisé pour détecter une action sur le volant de la part du conducteur. La figure 3 montre une étape préliminaire 30 dans laquelle le système 11 est en phase d'initialisation. Durant cette phase d'initialisation, des codes instructions d'une zone 20 de la mémoire de programme 15 attribuent une valeur d'initialisation telle que zéro à un signal reconstruit de la vitesse du volant représenté par le paramètre . Durant cette phase d'initialisation, un compteur Cpt, est également initialisé à zéro. A une étape 31, des codes instructions d'une zone 21 de la mémoire programme traitent des mesures reçues des capteurs du véhicule. Dans l'exemple illustré à la figure 3, le signal reconstruit 5 de la vitesse du volant est réalisé à partir des mesures fournies par les capteurs de vitesse des roues avant ou arrière. Le système 11 détermine ensuite le différentiel AVn des vitesses des roues permettant la reconstruction du signal. Le système 11 reçoit également des capteurs une mesure de la vitesse Vn du véhicule à l'instant n. Les codes instructions de la zone 21 appliquent un filtre prédéfini à la mesure de la vitesse Vn de sorte à supprimer des perturbations présentes sur ladite mesure. A une étape 32, des codes instructions d'une zone 22 de la mémoire programme comparent la vitesse Vn filtrée à un seuil S, prédéfini. Le seuil S, correspond à une vitesse minimale du véhicule en dessous de laquelle la résolution des capteurs dont la mesure permet la reconstruction du signal, ici les capteurs de vitesse de roue, ne permet plus d'avoir une information suffisamment précise pour réaliser cette estimation & Lorsque la vitesse Vn passe en dessous du seuil S,, le système 11 fige, à une étape 33, une condition de sortie Cn à « faux » afin d'éviter des problèmes d'invalidité de l'information. Ce figeage de la condition de sortie Cn à « faux » impose de nouvelles acquisitions, à l'étape 31, de mesures de la vitesse du véhicule, tant que lesdites mesures ne dépassent pas le seuil Si. Dès que la vitesse Vn est suffisante pour obtenir une bonne résolution des capteurs de mesure de la vitesse des roues, le système 11 exécute l'étape 34. A cette étape 34, des codes instructions d'une zone 23 de la mémoire programme calculent le signal reconstruit «. Pour réaliser cela, une fonction de transfert M(s) est établie à partir de la relation d'Ackermann entre un angle du volant b et le différentiel de vitesse AV des roues selon la formule suivante : où s est la variable de la transformée de Laplace, V est la vitesse établie du véhicule considérée comme un paramètre suffisamment stable (vitesse filtrée par exemple), b est la voie du véhicule, e est l'empattement, i la démultiplication entre le volant et les roues et Vc la vitesse caractéristique prédéfinie. où , .t Av = - i - v ;-e Dans ce cas, on peut écrire dans le domaine de Laplace la relation entre la vitesse du volant et le différentiel de vitesse A V des roues selon la formule suivante : à(s l = 5 5 où à est la vitesse du volant. Par conséquent s) = Les codes instructions de la zone 23 appliquent ensuite un filtre F(s) en plus de la fonction de transfert M(s) inversée Gv pour calculer une estimation de la vitesse du volant correspondant au signal reconstruit à. La fréquence de coupure du filtre et son ordre sont des paramètres de réglages prédéfinis qui permettent de régler le compromis précision/robustesse avec un impact résultant sur le retard de l'estimation. Par exemple, plus la fréquence de coupure est basse, plus l'estimation est robuste mais aussi moins précise et retardée. Un mode de réalisation de l'invention consiste à adapter ces formules de calcul par numérisation pour obtenir des fonctions de transfert en z. Plusieurs approches de numérisation sont possibles. A titre d'exemple, il peut être utilisé la transposition de l'opérateur s par (1-z-')/ ATe. Dans ce cas, Z ,y .. # Et la formule de calcul numérique de l'estimation du signal reconstruit 10 & de la vitesse du volant à l'instant n est la suivante : où G = b A une étape 35, des codes instructions d'une zone 24 de la mémoire 15 de programme comparent le signal reconstruit à à un seuil S2 paramétrable de vitesse du volant. Le seuil S2 est un paramètre prédéfini selon un compromis entre une détection de l'action du volant et des fausses alarmes. Afin de réduire des fausses alertes, le compteur Cpt, est incrémenté, à une étape 36, à chaque fois que la valeur absolue du signal reconstruit { 20 dépasse le seuil S2. Le compteur Cpt, est de même décrémenté, à une étape 37, à chaque fois que le signal reconstruit c se trouve sous le seuil S2 paramétrable de vitesse volant. Dans ce cas, le système 11 ré-exécute les étapes 31 à 35. A noter que le compteur Cpt, ne peut pas prendre de valeur négative, saturation à 0. 25 A une étape 38, des codes instructions d'une zone 25 de la mémoire de programme calculent la décision Dn. Le calcul de la décision Dn est nécessaire pour imposer au système 11 de fournir un résultat. En effet sans cette décision, lorsque le signal principal à redonder (la vitesse du volant et/ou l'angle du volant) est figé à zéro, la sortie est impossible bloquant le 30 fonctionnement du système 11. Le fait de redonder le signal principal par un signal reconstruit ne présentant pas de mode commun permet de résoudre ce problème en provoquant la sortie immédiate du système 11 du fait que le signal principal n'est quasiment jamais figé à zéro. Par conséquent, la décision de sortie Dn est calculée à chaque instant n de mesure du capteur 12. Dès que le compteur Cpt, dépasse un seuil S3 paramétrable, les codes instructions de la zone 25 affectent un attribut « vrai » à la décision de sortie Dn et imposent la sortie au système 11. Le compteur est ensuite remis à son état initial. Lorsque la décision de sortie Dn est mise à « vrai », à une étape 40 de la figure 4, le système compare le signal principal directement mesuré par le capteur 12 au signal reconstruit. A une étape 41, le système détermine la cohérence entre le signal principal et le signal reconstruit. Dans un mode de réalisation préféré, quelque soit le résultat de la comparaison de l'étape 41, le système redonde, à une étape 43, le signal principal avec le signal reconstruit. Cette redondance permet de construire une décision de détection d'action du volant à partir de mesures indépendantes de la défaillance du capteur 12 du volant. Dans le cas où le signal principal et le signal reconstruit présentent une incohérence, le système considère le capteur 12 comme défaillant. Dans ce cas, il peut déclencher, à une étape 42 optionnelle, un allumage d'un voyant et/ou un code défaut stocké. Par exemple, certains capteurs d'angle du volant présentent un mode de défaillance où l'information se trouve figée à 0, ne permettant pas de détecter une action du volant. Le signal redondé permet au système 11 de réaliser un contrôle de cohérence du signal principal de sorte à y détecter des erreurs. Le système 11 est apte à adopter un mode dégradé et/ou à signaler la perte de la fonctionnalité par l'allumage d'un voyant et/ou le stockage d'un code défaut, lorsqu'une erreur est détectée. Le signal redondé permet également d'améliorer la précision et la fiabilité du signal principal. La généralisation de l'invention repose sur un modèle mathématique liant le signal principal tel que l'angle et la vitesse du volant avec d'autres informations du véhicule. Le modèle peut prendre la forme d'une fonction de transfert exprimée dans le domaine fréquentiel de Laplace : M(s) (où s est la variable de la transformée de Laplace). En posant par exemple b(s) comme étant le signal d'angle du volant exprimé en transformée de Laplace et y(s) le signal du véhicule mesuré exprimé dans le même domaine, alors on peut définir la fonction de transfert selon la formule suivante : ks De la même manière, puisque la vitesse volant est la dérivée de l'angle volant, alors 6(s 1 5 Il peut alors en être déduit la fonction de transfert suivante : Y(sS "S) Le système 11 réalise une reconstruction calculée en temps réel d'un signal principal qui peut être l'angle ou la vitesse, notée 6(t), à partir de la 15 mesure y(t). La mesure y(t) étant bruitée et entachée d'erreur par définition, à des fins de robustesse on s'autorise que l'estimation 6 présente un retard sur le signal principal. Il est défini pour cela un étage de filtrage passe-bas traduit par une fonction de transfert F(s), où F(s) peut, par exemple, prendre la forme d'un filtre de premier ordre et de constante de temps T 20 F(s) = 1/(1+Ts), ou de tout autre filtre pouvant être exprimé sous la forme d'une fonction de transfert d'ordre N tel que Butterworth ou Chebyshev. L'estimateur proposé consiste alors à filtrer le signal mesuré y(s) et à déduire le signal à reconstruire en inversant la fonction de transfert M(s) et 25 en le dérivant : 5 6,,,,$) = °~,-; T,t Le modèle mathématique généralisé peut par exemple être utilisé pour estimer la vitesse du volant à partir de l'accélération latérale et de la vitesse de lacet en utilisant le même modèle, transposé à ces informations. 30 Ce modèle mathématique peut également être utilisé pour estimer l'angle du volant à partir des vitesses roues, des informations de vitesse de lacet et/ou des informations d'accélération latérale.10 Il faut noter que ces estimateurs sont très précis dans le cas où il n'y a pas de glissement différentiel de roues provoqués par exemple par des différences d'adhérence droite/gauche importantes et des efforts longitudinaux importants au niveau des roues. Cependant, ce n'est pas forcément préjudiciable si l'enjeu de la fiabilisation est sécuritaire. Le signal redondant permet ainsi au système 11 d'augmenter la précision du signal principal mesuré par le capteur d'angle tout en améliorant de façon importante la robustesse aux erreurs dudit capteur sans entraîner de surcoût au système déjà existant. REVENDICATIONS1. - Procédé de redondance d'un signal de mesure d'un capteur (12) d'angle d'un volant (9) d'un véhicule (10) dans lequel - on définit un signal principal (b, É) à redonder à partir du signal mesuré par le capteur d'angle du volant, - on initialise (30) un compteur, - on mesure (31) au moins une grandeur environnementale (Vn, AVn) du véhicule délivrée par un capteur dudit véhicule, - on reconstruit (23) le signal principal à partir de la grandeur mesurée, - lorsque la valeur absolue du signal reconstruit dépasse un premier seuil prédéfini, alors le compteur est incrémenté (36), - lorsque le compteur dépasse un deuxième seuil prédéfini, on introduit (41) le signal reconstruit comme données de redondance dans le signal principal. 2 - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le signal est reconstruit selon les étapes suivantes : - on définit une fonction de transfert M(s) dans le domaine fréquentiel de Laplace, s étant la variable de la transformée de Laplace, selon la formule suivante : (s' = ù(s) où b est le signal principal défini à partir du capteur d'angle et y la grandeur environnementale, - on détermine le signal reconstruit, en filtrant le signal principal, en inversant la fonction de transfert M(s) et en le dérivant, selon la formule suivante : s. s~ .. où 8 correspond au signal reconstruit et F(s) est un filtre passe-bas. 3 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel - on mesure une vitesse V du véhicule, - dès que la vitesse V est supérieure à un seuil S, prédéfini, on détermine (34) le signal reconstruit, le seuil S1 correspond à une vitesse minimale du véhicule à laquelle la résolution des capteurs de mesure de grandeurs environnementale permet d'avoir une information suffisamment précise pour réaliser cette reconstruction. 4 - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la fonction de transfert M(s) est établie à partir de la relation d'Ackermann entre le signal principal et la grandeur environnementale du véhicule selon la formule suivante : b vc2) où V est la vitesse du véhicule mesurée, b est la voie du véhicule, e est l'empattement, i la démultiplication entre le volant et les roues et Vc la vitesse caractéristique prédéfinie. 5 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le variable s est transposé dans le domaine temporel par (1-z-1)/ ATe, - le filtre F est ainsi défini selon la formule suivante : z-1 T Are- - l'estimation du signal reconstruit f à l'instant n est déterminée selon 15 la formule suivante : (fit ~` E~ LFC-`4.? .tF ATe ) où Gvn est l'inverse de la fonction de transfert M(s). 6 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la grandeur environnementale est le différentiel de vitesses des roues avant 20 ou arrière du véhicule, la vitesse du lacet et/ou l'accélération latérale du véhicule. 7 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le signal principal est l'angle et/ou la vitesse du volant. 8 - Système de redondance d'un signal de mesure d'un capteur (12) 25 d'angle d'un volant (9) d'un véhicule (10), comportant des moyens de mise en oeuvre d'un procédé de redondance selon l'une des revendications précédentes. 9 - Véhicule (10) caractérisé en ce qu'il comporte un système de redondance selon la revendication précédente. 30