Brevet FR2988853A1 — publié le 20131004

Dispositif et procédé d'analyse fréquentielle d'un capteur de vitesse de roue d'un véhicule automobile L'invention se rapporte au domaine technique des capteurs de vitesse de rotation de roues de véhicule, et plus spécifiquement à l'analyse fréquentielle de ces capteurs appliqués à une roue de véhicule automobile. L'invention trouve son application, de manière privilégiée, dans la surveillance de la pression des pneus par méthode indirecte. Les systèmes de surveillance de la pression des pneus par méthodes indirectes permettent de détecter une variation anormale de l'un des pneus sans mesures direct de la pression à l'intérieur du pneu. En effet, de façon connue, les pneus, en situation de roulage, présentent des harmoniques communes correspondant aux fréquences de résonance des différents modes de torsion du pneumatique. L'analyse de ces fréquences de résonance permet de déterminer l'état de gonflage du pneumatique. Les capteurs de vitesse, dont une partie mobile est liée aux roues, présentent ainsi, dans l'analyse fréquentielle de leur signal, ces spectres de fréquence de résonance. Le document W09310431 divulgue un tel dispositif de surveillance de la pression des pneus, comportant : - des roues reliées au châssis du véhicule, - des capteurs de vitesse des roues, et - un calculateur relié aux capteurs de vitesse et comportant un moyen apte à effectuer l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse. Le contrôleur électronique mesure la vitesse de roue sur la base d'un signal de sortie provenant d'un capteur de vitesse, effectue une analyse de fréquence de la vitesse de roue ainsi mesurée, et calcule les fréquences de résonance dans les directions verticale et longitudinale sous les amortisseurs du véhicule. Le contrôleur électronique détecte alors la pression du pneu sur la base de ces fréquences de résonance. En observant l'évolution d'une ou plusieurs fréquences de résonances du pneu, il est possible de déterminer l'état de gonflage du pneu. Dans le domaine du traitement du signal, notamment, dans le cadre du traitement du signal de système embarqué, il est connu de conditionner les signaux afin d'alléger les temps de calcul. Dans le cadre de l'analyse fréquentielle de signal comportant des fréquences de résonance, l'un des moyens de conditionnement est de filtrer les signaux à des fréquences situées autour des fréquences de résonance. Ainsi une analyse fréquentielle d'un signal ayant été filtré autour des fréquences de résonance repose sur la modélisation afin d'identifier en ligne les fréquences de résonance. Déterminer l'analyse fréquentielle consistera à 10 calculer l'analyse fréquentielle théorique induit par un modèle (modèles autorégressifs et moyenne mobile noté ARMA, autorégressif noté AR,...). Un signal est dit autorégressif d'ordre p, si un échantillon yk à l'instant k dépend linéairement des p échantillons précédents et d'un bruit blanc bk additif et de variance ab2. 15 Yk = k_, +bk i=i Ainsi, les fréquences de résonance fres qui existent dans le signal sont identifiées en utilisant un modèle AR du second ordre pour différentes bandes de fréquence présentant une résonance après filtrage du signal autour des bandes de fréquences comme expliqué précédemment. L'excitation est ainsi 20 modélisée par un bruit blanc gaussien et les perturbations sur le signal par un bruit additif. Il faut donc procéder à l'identification des paramètres al et a2: Yk aiY k-1 a2Yk-2 bk La fréquence de résonance fres est donc déduite à partir de son expression en fonction des paramètres al et a2 selon ( - âl arccos 25 Ires 2F/2. 27rTe Cette méthode a un inconvénient puisqu'en restreignant le signal à des bandes de fréquences prédéfinies, le bruit qui est acquis ne peut plus être défini comme un bruit blanc. Pour palier ce problème, il est connu en traitement du signal de mettre en oeuvre la méthode récursive dite de la variable instrumentale. Cette méthode est décrite dans l'ouvrage intitulé « Instrumental variable methods for system identification (lecture notes in control and information sciences) » de T. Sôderstrôm, P. Stoica, and P. G. Stoica, paru aux éditions Springer-Verlag en Novembre 1989. La méthode de la variable instrumentale permet de pouvoir dé-corréler le signal du bruit et ainsi donne une bonne approximation des paramètres ai. Pour estimer les paramètres ai d'un modèle autorégressif (AR) d'ordre p, l'algorithme est illustré par l'exemple suivant: Soit un signal u qui peut être modélisé par un modèle AR d'ordre p. Soit u(1), u(2), u(m) l'ensemble des échantillons temporels donnés en entrée, il y a donc m échantillons, et d(1), d(2), d(m), l'ensemble des réponses désirées avec d(m)=u(m+1). On définit un vecteur a de longueur p comme étant l'ensemble des paramètres ai du modèle et une matrice de covariance carrée P de dimension p 2 qu'on initialise respectivement à zéro et sur la diagonale à ,51, avec ô>1006u 2 0- 1' variance du signal u et I la matrice identité. La variable instrumentale est choisie d'une façon à garantir une dé- corrélation du bruit. Dans notre exemple, on considèrera les échantillons antérieurs à l'entrée courante de L pas. Pour chaque instant n=p, , m-L-1 , avec p un entier correspondant à l'ordre du modèle auto régressif, m un entier correspondant aux nombres d'échantillons et L un entier correspondant au pas fixé dans la méthode de la variable instrumentale, l'application de la méthode de la variable instrumentale amène aux calculs suivants : Ll = Um-p+L+1 - - - Um+L Vi = Um-p+1 - - - eim Pvi y =Â+uTII Avec À est un facteur correspondant au facteur d'oubli, ce facteur est fixé par l'utilisateur et permet de pouvoir agir sur le temps de convergence. k = - Y e = d(m + L)- uT a Avec e est la définition de l'erreur par rapport à la mesure. a = a + ke P' = kuT P 1 P = Â,-(P P') Une condition sur la valeur de P permet d'arrêter la convergence. Il est également possible d'imposer une condition sur les valeurs de « e ». La matrice P étant la matrice de covariance du vecteur a, il est facile de retrouver la valeur des paramètres ai. L'un des principaux inconvénients des méthodes indirectes est l'influence des variations de vitesses du véhicule, notamment lorsque le véhicule accélère ou freine, qui ont pour effet de déplacer les fréquences de résonance de la roue. Les systèmes de surveillance de la pression des pneus, par méthode indirecte, connus, comparent la position d'une ou plusieurs fréquences de résonance du capteur de vitesse des roues à des instants différents. Dans le cas où le système compare les fréquences de résonance à deux instants correspondant à une phase où le véhicule circule à vitesse stabilisée et à une phase où le véhicule accélère ou décélère, alors le système observe un déplacement des fréquences de résonance de la roue. Ceci peut avoir pour effet de déclencher une fausse alerte. L'invention propose d'obvenir ces inconvénients en proposant un dispositif selon l'état de la technique dans lequel le dispositif comporte un moyen de détermination de variation de vitesse du véhicule et un moyen de détermination de la fréquence de résonance de la roue selon la variation de la vitesse du véhicule. Ainsi il est possible de pouvoir déterminer plus précisément à quelle fréquence se situe la fréquence de résonance Selon un mode de réalisation particulier de l'invention le moyen de détermination de la variation de vitesse peut comporter un moyen de calcul de la dérivée du signal transmis par le capteur de vitesse. Ce mode de réalisation présente l'avantage de ne pas nécessiter de capteur supplémentaire. Selon un autre mode de réalisation, le moyen de détermination de la variation de vitesse peut comporter un accéléromètre. Selon un aspect de l'invention particulièrement intéressant, celle-ci se rapporte à un système de surveillance des pneus pouvant comporter le dispositif selon l'invention et étant apte à déterminer l'état de gonflage des pneus à partir de l'analyse fréquentielle. Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci concerne un procédé d'analyse fréquentielle de capteur de vitesse de roue d'un véhicule automobile comportant : - des roues reliées au châssis du véhicule, - des capteurs de vitesse des roues, et - un calculateur relié aux capteurs de vitesse et comportant un moyen apte à effectuer l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse. Le procédé selon l'invention peut comporter : - un moyen de détermination de la variation de vitesse du véhicule, et - une étape d'acquisition du signal des capteurs de vitesse de roue, - une étape de détermination de la variation de la vitesse du véhicule, - une étape de détermination des harmoniques du moteur selon la variation de la vitesse du véhicule, et - une étape de détermination de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse. En complément le procédé peut comporter°: - une étape de calcul de la variation de vitesse en dérivant les valeurs acquise par le capteur de vitesse de roue, ou - un accéléromètre, et l'étape de calcul de détermination de la variation de la vitesse du véhicule peut comporter une sous étape d'acquisition du signal de l'accéléromètre. De préférence, l'étape d'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse est basée sur la méthode récursive de la variable instrumentale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que des détails de réalisation apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un véhicule comportant le dispositif selon l'invention. Comme représenté à la figure 1, le dispositif d'analyse fréquentielle selon l'invention est appliqué aux roues d'un véhicule 1 automobile comportant quatre roues 2 reliées au châssis (non représenté) du véhicule 1 et comportant, chacune, un capteur de vitesse 5 de roue. Au moins deux roues 2, à l'avant et/ou à l'arrière, sont entrainées par un moteur. Les capteurs de vitesse peuvent recouvrir plusieurs formes de réalisation. Ils comportent généralement une roue dite d'impulsion reliée au moyeu de roue et d'un capteur disposée en vis-à-vis d'éléments spécifiques de la roue d'impulsion. Il peut s'agir par exemple d'un anneau multipolaire présentant une succession d'aimants orientés en sens opposé, le capteur disposant alors de moyens de détection de la variation du champ magnétique, se traduisant par un signal sinusoïdal qui peut être transformé en signal carré par l'électronique du capteur. Il peut s'agir également d'une roue d'impulsion crantée disposée à faible distance du capteur, ce dernier présentant un enroulement et des aimants, de sorte que le crantage de la roue modifie le champ magnétique qui induit alors une tension alternative dans l'enroulement. De même, ce signal peut être transformé en un signal carré. Le dispositif comporte, en outre, un calculateur 7 relié aux capteurs de vitesse 5 ainsi qu'à un moyen de détermination de la variation de la vitesse 9 du véhicule. Le calculateur 7 est, de plus, capable d'effectuer des calculs notamment d'effectuer l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse 5. Le moyen de détermination de la variation de vitesse comporte un moyen de calcul de la dérivé du signal transmis par le capteur de vitesse, ce qui présente l'avantage de ne pas nécessité l'intégration d'un quelconque capteur. Ou bien selon une variante, le moyen de détermination de la variation de vitesse peut comporter un accéléromètre. Dans le mode de réalisation représenté, le calculateur 7 est capable de déterminer les harmoniques du moteur à partir du signal transmis par le moyen de détermination de la variation de la vitesse 9. Le calculateur 7 effectue une séquence de calcul comme défini dans l'état de la technique, comme il a été démontré. Le calcul est itératif et est arrêté lorsqu'il y a une convergence ou une erreur. Une séquence de calcul dure, donc un certain temps. Pendant ce temps les paramètres ne doivent pas varier sinon cela tronquerait le calcul. La détermination de l'accélération commande l'une des constantes du calcul, et plus particulièrement le facteur d'oubli À. Il est possible de fixer le facteur d'oubli À dès qu'il y a une variation de la vitesse du véhicule ou de faire correspondre pour différentes valeurs de la variation de la vitesse différentes valeurs du facteur d'oubli. Le facteur d'oubli À joue directement sur la convergence du calcul : plus le facteur est élevé, plus la convergence sera rapide mais moins le calcul sera précis. Dans le cas d'une variation de vitesse, cette variation de vitesse est en général assez courte. De manière privilégiée une variation de vitesse va induire un facteur d'oubli À élevé. Selon un aspect de l'invention particulièrement intéressant, l'invention se rapporte à un système de surveillance des pneus. Ce système comporte le dispositif d'analyse fréquentielle et est apte, à partir de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse 5 des roues 2 du dispositif, de déterminer l'état de gonflage des pneus. Ainsi, comme expliqué plus haut en analysant les harmoniques du pneu par l'analyse fréquentielle du capteur de vitesse 5 de la roue 2, il est possible de déterminer l'état de gonflage du pneumatique. Ce mode de réalisation nécessite des moyens de mémorisations pour comparer un même harmonique à des instants différents. L'invention concerne, également, un procédé mis en oeuvre par le dispositif d'analyse fréquentiel décrit ci-dessus. Dans le mode de réalisation présenté le procédé comporte une étape d'acquisition du signal des capteurs de vitesse 5 de roue 2. Cette étape de détermination de la variation de la vitesse du véhicule peut comporter une sous étape de calcul de la variation de vitesse en dérivant les valeurs acquises par le capteur de vitesse de roue. Le procédé comporte une étape de détermination des harmoniques du moteur selon la variation de la vitesse du véhicule. Le procédé comporte une étape de détermination de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse 5. Selon un autre mode de réalisation l'étape de calcul de détermination de la variation de la vitesse du véhicule peut comporter une sous étape d'acquisition du signal de l'accéléromètre. Selon le mode de réalisation visant à surveiller la pression des pneus, Le procédé comporte : une étape de mémorisation des caractéristiques, telles que la fréquence et l'amplitude, des harmoniques de la roue déterminés à l'étape précédente, - une étape de comparaison des caractéristiques d'un même harmonique, - une étape de détermination de la pression des pneus selon le résultat de l'étape de comparaison. Ce dispositif et la mise en oeuvre du procédé associé peut être appliqué à tout système nécessitant une analyse fréquentielle soumis à des changements de vitesse. REVENDICATIONS1. Dispositif d'analyse fréquentielle d'un capteur de vitesse de roue d'un véhicule automobile comportant : - des roues reliées au châssis du véhicule, - des capteurs de vitesse des roues, et - un calculateur relié aux capteurs de vitesse et comportant un moyen apte à effectuer l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse, caractérisé en ce que le dispositif comporte un moyen de détermination de la variation de vitesse du véhicule, et en ce que le dispositif comporte un moyen de détermination de la fréquence de résonance de la roue selon la variation de la vitesse du véhicule. 2. Dispositif d'analyse fréquentielle selon la revendication 1, dans lequel le moyen de détermination de la variation de vitesse comporte un moyen de calcul de la dérivé du signal transmis par le capteur de vitesse. 3. Dispositif d'analyse fréquentielle selon la revendication 1, dans lequel le moyen de détermination de la variation de vitesse comporte un accéléromètre. 4. Système de surveillance des pneus, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'analyse fréquentielle selon l'une des revendications précédentes et est apte à déterminer l'état de gonflage des pneus à partir de l'analyse fréquentielle. 5. Procédé d'analyse fréquentielle de capteur de vitesse de roue d'un véhicule automobile comportant : - des roues reliées au châssis du véhicule, - des capteurs de vitesse des roues, et - un calculateur relié aux capteurs de vitesse et comportant un moyen apte à effectuer l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse, caractérisé en ce que le véhicule comporte un moyen de détermination de la variation de vitesse du véhicule, eten ce que le procédé comporte : - une étape d'acquisition du signal des capteurs de vitesse de roue, - une étape de détermination de la variation de la vitesse du véhicule, - une étape de détermination des harmoniques du moteur selon la variation de la vitesse du véhicule, et - une étape de détermination de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse. 6. Procédé d'analyse fréquentielle selon la revendication 5, dans lequel l'étape de détermination de la variation de la vitesse du véhicule comporte une étape de calcul de la variation de vitesse en dérivant les valeurs acquise par le capteur de vitesse de roue. 7. Procédé d'analyse fréquentielle selon la revendication 5, dans lequel moyen de détermination de la variation de vitesse du véhicule comporte un accéléromètre, et l'étape de calcul de détermination de la variation de la vitesse du véhicule comporte une sous étape d'acquisition du signal de l'accéléromètre. 8. Procédé d'analyse fréquentielle selon la revendication 5, dans lequel l'étape d'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse est basée sur la méthode récursive de la variable instrumentale.