Brevet FR2988852A1 — 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. L'un des principaux inconvénients des méthodes indirectes est l'influence des vibrations transmises aux roues, notamment les vibrations liées au moteur à combustion et transmises par le châssis. Ces vibrations introduisent du bruit, c'est-à-dire des signaux parasites qui s'ajoutent aux vibrations déjà existantes du pneu, ce qui rend l'analyse fréquentielle beaucoup moins précise. Le moteur transmet une partie de ses vibrations aux châssis ainsi que ses harmoniques propres, qui sont spécifiques à chaque motorisation, et qui dépendent aussi du châssis ainsi que de la boite de vitesses. Un des harmoniques les plus étudiés dans la littérature est l'harmonique numéro 2. Il est dû aux explosions du moteur et a lieu deux fois par tour du vilebrequin. Un autre harmonique couramment étudié dans la littérature est l'harmonique numéro 4 qui est surtout important à haute vitesse et qui est dû en partie aux déplacements des masses des cylindres, bielles etc. Lorsque l'on observe le spectre du signal de vitesse des roues (voir figure 1) on distingue très nettement les harmoniques du moteur (notés avec des flèches sur la figure 1). On observe également le mode de torsion du pneumatique avec une fréquence de résonance de l'ordre de 45Hz. 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 du régime moteur, ledit moyen de détermination du régime moteur étant relié au calculateur, et le calculateur comportant un moyen de filtrage de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse des roues selon le régime moteur. Ainsi il est possible de pouvoir améliorer la qualité, notamment la résolution, de l'analyse fréquentielle. Le dispositif peut comporter un moyen de détermination des harmoniques du moteur selon le régime moteur, ces harmoniques étant utilisées par le moyen de filtrage de l'analyse fréquentielle des capteurs de 30 vitesse des roues. Ce qui présente l'avantage d'alléger les ressources nécessaires pour le calcul et d'améliorer la réactivité du système en ne filtrant que les harmoniques du moteur de l'analyse fréquentielle. Selon un mode de réalisation complémentaire de l'invention le moyen de filtrage peut comporter autant de filtres que d'harmoniques du moteur sur la plage de fréquence considérée. Cette caractéristique permet d'adapter les ressources nécessaires au calcul à ce qui est utile pour l'analyse fréquentielle. Selon un aspect de l'invention le moyen de filtrage peut appliquer un filtre réjecteur sur les harmoniques du moteur. Avantageusement, le calculateur peut comporter un moyen de détermination des caractéristiques du filtre, du moyen de filtrage, selon le régime moteur. Ceci permet d'adapter le filtre aux harmoniques du moteur dans le but de diminuer leurs influences sur l'analyse fréquentielle. De manière complémentaire les caractéristiques du filtre peuvent comporter la fréquence, la largeur de la bande rejetée et le gain. Selon un mode de réalisation avantageux, le moyen de détermination des caractéristiques du filtre, du moyen de filtrage, peut déterminer les caractéristiques des vingt premiers harmoniques du moteur. Cette caractéristique présente l'avantage de diminuer l'influence des harmoniques sur l'analyse fréquentielle et de limiter le calcul aux vingt premiers harmoniques. Selon un aspect de l'invention particulièrement intéressant, celle-ci se 25 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 30 comportant : - des roues reliées au châssis du véhicule, - des capteurs de vitesse des roues, et -un calculateur relié aux capteurs de vitesse et au moyen de détermination du régime moteur, le calculateur comportant un moyen apte à effectuer l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse. Le procédé selon l'invention peut comporter : - une étape d'acquisition du signal des capteurs de vitesse de roue, - une étape de détermination du régime moteur, - une étape de détermination des harmoniques du moteur selon le régime moteur, - une étape de détermination de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse, et - une étape de filtration des harmoniques du moteur de l'analyse fréquentielle. En complément le procédé peut comporter°: - une étape de détermination des harmoniques de la roue à partir de l'analyse fréquentielle filtrée, - une étape de mémorisation des caractéristiques, telles que la fréquence et l'amplitude, des harmoniques de la roue déterminé à l'étape précédente, - une étape de comparaison des caractéristiques d'un même harmonique, 20 et - une étape de détermination de la pression des pneus selon le résultat de l'étape de comparaison. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que des détails de réalisation apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va 25 suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une analyse fréquentielle d'un capteur de vitesse d'une roue sans que les harmoniques d'un moteur ne soient filtrées, et 30 la figure 2 est une représentation schématique d'un véhicule comportant le dispositif selon l'invention. Comme représenté à la figure 2, 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 du régime moteur 9 (non représenté). Le calculateur 7 est, de plus, capable d'effectuer des calculs notamment d'effectuer l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse 5. 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 du régime moteur 9. Le calculateur 7 comporte un moyen de filtrage de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse 5 selon le régime moteur. Selon une variante non représentée, le moyen de détermination du régime moteur pourrait déterminer les harmoniques du moteur à partir du régime moteur et ainsi libérer la ressource de calcul dédiée à cette détermination dans le calculateur 7. La détermination des harmoniques du moteur peut consister en une cartographie élaborée à partir de valeur relevée sur un banc d'essai en effectuant l'analyse fréquentielle pour tous les régimes du moteur. La plage de fréquence considérée pour établir cette cartographie peut, par exemple, s'étendre du régime correspondant à celui du ralenti jusqu'à celui correspondant à la vitesse maximale du véhicule et de cartographier l'analyse fréquentielle. Ce mode de réalisation permet de libérer de la ressource calcul du calculateur 7 pour effectuer d'autres calculs. Selon le mode de réalisation décrit, le moyen de filtrage comporte autant de filtres que d'harmoniques du moteur sur la plage de fréquence considérée. Ceci présente l'avantage d'ajuster le nombre de filtre nécessaire aux nombres d'harmoniques du moteur. Le moyen de filtrage applique un filtre réjecteur, également appelé dans la littérature filtre coupe bande, sur les harmoniques du moteur. Le filtre réjecteur ou coupe bande a comme caractéristique de « couper » les signaux sur une certaine plage de fréquence. En d'autres termes, un filtre réjecteur ou coupe bande, élimine ou diminue la valeur des signaux ayant une fréquence comprise dans sa bande rejetée. Le calculateur comporte un moyen de détermination des caractéristiques du filtre selon le régime moteur. Les caractéristiques du filtre comportent la fréquence, la largeur de la bande rejetée et le gain, et sont transmises au moyen de filtrage. Les harmoniques du moteur ne sont pas identiques entre elles, il est donc judicieux d'adapter chacun des filtres aux harmoniques du moteur. La détermination de ces caractéristiques peut s'effectuer à partir de la fonction de transfert suivante : s2+41wos + w2 Notch(s) = 2 2 S ± 42W0S Wo Avec wo la pulsation de la fréquence fo de la bande rejetée et 251 et2 sont les coefficients d'amortissement des deux pôles qui permettent de contrôler la hauteur du gain et la largeur de la bande rejetée, les deux pôles étant des complexes conjugués. Cette fonction de transfert en continue a l'avantage de garder un sens physique. Cependant, dans un calculateur on ne peut implémenter que des 30 fonctions de transfert discrètes. Afin de pouvoir discrétiser cette équation pour l'implémenter dans le calculateur 7, il faut déterminer les racines de cette équation. Les racines du numérateur/dénominateur (discriminant réduit) sont : -210 ..4e wo2 4w02 1/12 2 2 2 S = = WO -Nt WO = WO 'Nk 2 2 -1 De plus, on sait que par construction que les parties des racines qui sont compris dans le symbole de la racine carrée seront complexes conjuguées, donc : 1 On fait de même pour le dénominateur : al - e-2'2°Te cos(w0 Te -\11-12 C3 2 ( 2 a2 al 1 2} = e-2w°Te sin(w0Te\11- 22 )= C4 La dernière condition à respecter pour la discrétisation est le gain statique, c'est-à-dire le gain du filtre en dehors de la bande de fréquence rejetée, qui doit être unitaire pour que notre filtre ait l'effet escompté : a() +a1+a2 =1+b1+b2 On aboutit à un système à 5 équations et 5 inconnus dont voici la solution : b1= -2C3 b2 C4 + C32 ao= - 1+C2 -2C1 +C12 1+C4 +C3 -2C3 a, =-2C1(1+ C42 +C32 - 2C3 ) - 1+ C22 - 2C1 + C12 a2 1+191 +192 ao Ces différents paramètres sont fixés pour chacun des filtres, et une fois pour toute, dans le moyen de détermination des caractéristiques du filtre lors de son implémentation dans le véhicule. De manière préférentielle, seules les caractéristiques des filtres correspondant aux vingt premiers harmoniques du moteur sont déterminées par le moyen de détermination des caractéristiques du filtre. 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. Le procédé comporte une étape de détermination du régime moteur par le moyen de détermination du régime moteur. Le procédé comporte une étape de détermination des harmoniques du moteur selon le régime moteur. Le procédé comporte une étape de détermination de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse 5. Cette étape peut être effectuée en parallèle des étapes de détermination du régime moteur et de détermination des harmoniques du moteur. Le procédé comporte une étape de filtration des harmoniques du moteur de l'analyse fréquentielle. Cette étape permet de limiter l'influence des harmoniques du moteur dans l'analyse fréquentielle du capteur de vitesse 5 des roues 2. Selon le mode de réalisation visant à surveiller la pression des pneus, Le 20 procédé comporte : - une étape de détermination des harmoniques de la roue à partir de l'analyse fréquentielle filtrée. - une étape de mémorisation des caractéristiques, telles que la fréquence et l'amplitude, des harmoniques de la roue déterminés à 25 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. 30 Ce dispositif et la mise en oeuvre du procédé associé peut être appliqué à tout système nécessitant une analyse fréquentielle bruitée par un moteur de véhicule automobile. L'invention concerne ainsi également les moteurs électriques qui génèrent également des harmoniques, notamment par les pôles électromagnétiques. 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 du régime moteur, ledit moyen de détermination du régime moteur étant relié au calculateur, et en ce que le calculateur comporte un moyen de filtrage de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse des roues selon le régime moteur. 2. Dispositif d'analyse fréquentielle selon la revendication 1, dans lequel le 15 dispositif comporte un moyen de détermination des harmoniques du moteur selon le régime moteur, et en ce que ces harmoniques sont utilisées par le moyen de filtrage de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse des roues. 3. Dispositif d'analyse fréquentielle selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le moyen de filtrage comporte autant de filtres que d'harmoniques du 20 moteur sur la plage de fréquence considérée. 4. Dispositif d'analyse fréquentielle selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le moyen de filtrage applique un filtre réjecteur sur les harmoniques du moteur. 5. Dispositif d'analyse fréquentielle selon l'une des revendications 25 précédentes, dans lequel le calculateur comporte un moyen de détermination des caractéristiques du filtre du moyen de filtrage, selon le régime moteur. 6. Dispositif d'analyse fréquentielle selon la revendication 4, dans lequel les caractéristiques du filtre comportent la fréquence, la largeur de la bande rejetée et le gain. 30 7. Dispositif d'analyse fréquentielle selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de détermination des caractéristiques du filtre du moyen defiltrage, détermine les caractéristiques des vingt premiers harmoniques du moteur. 8. 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. 9. 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, -un moyen de détermination du régime moteur, 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 calculateur est relié au moyen de détermination du régime moteur, et en ce que le procédé comporte : -une étape d'acquisition du signal des capteurs de vitesse de roue, -une étape de détermination du régime moteur, -une étape de détermination des harmoniques du moteur selon le régime moteur, -une étape de détermination de l'analyse fréquentielle des capteurs de vitesse, et -une étape de filtration des harmoniques du moteur de l'analyse fréquentielle. 10. Procédé d'analyse fréquentielle selon la revendication 9, dans lequel le procédé comporte : -une étape de détermination des harmoniques de la roue à partir de l'analyse fréquentielle filtrée, -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, et -une étape de détermination de la pression des pneus selon le résultat de l'étape de comparaison.5