Brevet FR2988848A1 — publié le 20131004

- 1 - PERFECTIONNEMENT DE LA MESURE DE VITESSE DE ROTATION D'UNE ROUE La présente invention se rapporte au domaine technique des capteurs de vitesse de rotation des roues, notamment d'un véhicule automobile. L'invention vise plus particulièrement à l'amélioration du signal issu de capteurs dits de proximité, de type actifs ou passif. En effet de tels capteurs sont composés d'une roue dite d'impulsion, ou cible, reliée au moyeu de roue et d'un élément fixe disposé 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. Un autre capteur peut être une roue d'impulsion crantée disposée à faible distance d'un élément fixe, 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. D'autres capteurs, de type optique, sont également concernés par la présente invention. La figure 1 présente ainsi de tels capteurs. Pour des soucis de clarté, le crantage représenté illustre une dent de la roue, qui peut être, selon le type de capteur utilisé, une dent physique ou un dipôle orienté dans un sens précis (un pôle nord par exemple). Ainsi, lorsqu'une dent 1 d'une roue d'impulsion 2 liée au moyeu d'une roue de véhicule (non représenté) passe devant un capteur 4, ce dernier délivre, après traitement, un signal carré. La fréquence du - 2 - signal est liée à la fréquence de rotation de la roue. En connaissant le nombre de dents, il est alors aisé de remonter à la vitesse de rotation de la roue par la mesure de la fréquence. Toutefois, la réalisation pratique de ce type de capteurs induit des irrégularités d'implantation des dents. Ainsi, l'écart angulaire entre deux dents, que l'on nomme ()idéal/ est théoriquement de 2t/N où N est le nombre de dents. Il s'avère en réalité que l'implantation des dents génère des irrégularités dans leur répartition angulaire. Ainsi, l'angle entre deux dents présente un écart par rapport à cet angle théorique, écart noté Ôex, où x représente la dent considérée. Ces écarts présentent des valeurs assez faibles, de l'ordre de quelques % par rapport à la valeur de l'angle théorique, mais qui génèrent des fluctuations dans la mesure de vitesse, auxquelles vient s'ajouter du bruit de mesure et des perturbations moteur, liées aux harmoniques moteur. La mesure de la vitesse entre dans un nombre de plus en plus important de dispositifs d'aide à la conduite et de surveillance du véhicule, tel par exemple l'estimation de la pression dans les pneumatiques par méthode indirecte, où le dispositif estime la pression d'air en contrôlant la vitesse de rotation individuelle de chaque roue, une perte de pression engendrant une vitesse de rotation plus importante de ladite roue sous-gonflée. Il existe ainsi un réel besoin d'avoir une mesure la plus précise possible de cette vitesse, à commencer par le capteur lui-même. La présente invention est atteinte à l'aide d'un dispositif d'amélioration du signal délivré par un capteur de vitesse monté sur une roue, ledit capteur comportant une partie mobile liée à la roue, se présentant sous la forme d'une roue d'impulsions comportant des éléments spécifiques régulièrement répartis, ainsi qu'une partie fixe disposée en vis-à-vis desdits éléments spécifiques, ladite partie fixe - 3 - délivrant un signal au passage des éléments spécifiques, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens d'estimation et de mémorisation des irrégularités de répartition angulaire Mi des éléments spécifiques sur la roue d'impulsions. Les irrégularités de répartition angulaire des éléments spécifiques du capteur sur la roue d'impulsion constituent en quelque sorte la « signature » de fabrication du capteur, de sorte que leur estimation et mémorisation permet d'établir une référence de positionnement des différents éléments, permettant d'affiner la précision de la mesure de vitesse délivrée par le capteur. De façon préférentielle, les moyens d'estimation comprennent un calculateur recevant les signaux du capteur, ainsi qu'un algorithme de traitement des signaux du capteur estimant les irrégularités de répartition angulaire 150, des éléments spécifiques par un modèle de régression utilisant la technique des moindres carrés récursifs. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, prises seules ou en combinaison : les irrégularités 150, sont enregistrées dans une mémoire du calculateur - il est tenu compte des irrégularités pour la détermination de la vitesse instantanée de rotation de la roue. La présente invention vise également un véhicule automobile comportant un châssis muni de quatre roues, un moyen d'entraînement du véhicule, un calculateur, caractérisé en ce que l'une au moins des roues comporte un capteur de vitesse muni d'un dispositif d'amélioration du signal selon l'une des caractéristiques précédemment évoquées. La présente invention vise également un procédé d'amélioration du signal délivré par un capteur de vitesse monté sur une roue, ledit capteur comportant une partie mobile liée à la roue, se présentant - 4 - sous la forme d'une roue d'impulsions comportant des éléments spécifiques régulièrement répartis, ainsi qu'une partie fixe disposée en vis-à-vis desdits éléments spécifiques, ladite partie fixe délivrant un signal au passage des éléments spécifiques, caractérisé en ce qu'il comporte : - Une estimation des irrégularités de référence de répartition angulaire Hi des éléments spécifiques par analyse des signaux issus de la partie fixe du capteur, en utilisant un modèle de régression utilisant la technique des moindres carrés récursifs, - Une mise en mémoire de ces irrégularités de référence, - Une estimation en temps réel, à chaque fois que la roue est en mouvement, des irrégularités par régression linéaire utilisant la technique des moindres carrés récursifs à facteur d'oubli adaptatif, - Une comparaison entre les estimations en temps réel et les estimations de référence - Une correction des signaux issus du capteur par les irrégularités correspondantes. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : la figure 1 est une vue schématisée d'un capteur de vitesse de roue, la figure 2 représente les valeurs des irrégularités d'un capteur de roue tel que définies par la présente invention, la figure 3 représente un schéma de la méthode utilisée selon l'invention. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les capteurs de vitesse sont issus du dispositif ABS (pour « Anti-lock Braking System ») et comportent 48 dents. Des compteurs présentant une période d'horloge Th faible s'incrémentent entre deux dents afin de - 5 - déterminer le temps séparant deux fronts montants du signal, qui correspond à deux dents successives. Les différentes valeurs Ck de ces compteurs (k représentant l'indice arbitraire de la dent) sont alors enregistrées, le temps écoulé Atk entre deux fronts montants étant alors obtenu en multipliant les différentes valeurs de Ck par la période Th. Une approximation de la vitesse S2k donnée par la dent k peut alors être donnée par la formule : Ç)I( = eideal MICtk-1) = eideaatk. Cette valeur de vitesse peut être vue comme la vitesse moyenne sur l'intervalle [tk, tk_1]. Mais cette valeur de Atk n'est en pratique presque jamais fixe, la vitesse du véhicule variant constamment. Les calculateurs utilisant des fréquences d'échantillonnage à pas fixe, il sera nécessaire d'interpoler le signal pour avoir des valeurs à pas fixe. La précision de cette interpolation dépend de la valeur de Th, ainsi que des perturbations du signal dont la principale concerne l'irrégularité de l'implantation des dents. Soit N le nombre d'impulsions provenant du capteur au cours d'une révolution, par exemple 48 si le capteur comporte 48 dents. Chaque impulsion est indexée par k. Par conséquent, tik est le temps à l'impulsion k générée par la dent ik (quand la lettre i est utilisée comme indice, k sera omis). En raison des irrégularités, les fronts montants ne sont pas uniformément répartis durant un tour de la roue. L'angle correspondant à la distance parcourue entre deux impulsions à la dent i est donc : ei = eideal 15E)i, en référence à la figure 1, Hi reflétant l'erreur en position angulaire due à l'imperfection de la dent i. L'ensemble des effets induits par les erreurs de positionnement constitue le vecteur 50 défini par 50 = [501 502 .. 50N]T, avec 130, =0 i=1 - 6 - Un modèle de régression est utilisé pour estimer les irrégularités Hi sur les N dents de la cible. Une estimation vî2k° de la vitesse angulaire sur une révolution entière est faite indépendamment des irrégularités. Puis une comparaison entre la vitesse angulaire instantanée et vî2k° est réalisée pour estimer les irrégularités selon les équations suivantes : ^ 27r 112k - tk tk-N ok - 4/1, q5/ = si i = ik ailleurs Ok60 E k - 1,î2 k° A t k 27r/N N Il faut également tenir compte de la contrainte 130, =0 afin i=1 de déterminer l'instant de convergence de l'estimation par les moindres carrés récursifs des Mi. Le signal de vitesse corrigé est alors donné par la formule : 7r, 2 /N+ 30k L\tk La méthode de prise en compte des irrégularités d'implantation des dents du capteur comporte trois phases, en référence à la figure 3. La première phase est une phase d'apprentissage des irrégularités, consistant en l'estimation des irrégularités « de référence », c'est-à-dire des irrégularités au moment où les capteurs sont montés sur la roue, par exemple, pour un véhicule, lors du montage en usine ou lors des premiers roulages du véhicule. 0r, Cette étape consiste en l'enregistrement 6 des données (Ck)r et (4t l'indice r signifiant « référence ». Cette étape permet d'établir une base pour les autres étapes, et elle est réalisée à l'aide du modèle de régression présenté précédemment. - 7 - Cette étape est suivie du calcul 8 des 150, de référence selon la méthode précédemment évoquée. La figure 2 montre les valeurs des 150, pour chacune des 48 dents d'un capteur équipant une roue de véhicule automobile. On peut voir que ces valeurs peuvent être négatives ou positives et que l'enchaînement des valeurs entre les différentes dents est irrégulière et a priori spécifique à un capteur donné, constituant ainsi une signature du capteur. La deuxième phase 10 consiste à estimer les irrégularités en temps réel, à partir des (Ck)f et (4tk)f, l'indice f étant mis pour « fonctionnement », pour indiquer que la roue est en mode de roulage. Cette phase a lieu à à chaque utilisation de la roue, par exemple lors du roulage du véhicule. Plusieurs méthodes peuvent être employées, mais, compte tenu de la méthode utilisée pour l'estimation des irrégularités de référence, la méthode selon l'invention utilise préférentiellement l'estimation des irrégularités avec le même modèle de régression tel que présenté, mais en utilisant un facteur d'oubli adaptatif en fonction des conditions de roulage, c'est-à-dire si le véhicule est en accélération / décélération importante, en virage.... De même, le facteur d'oubli est adapté en fonction de la somme des irrégularités estimées. Si la valeur absolue de cette valeur est proche de 0, alors on fait tendre le facteur d'oubli vers 1. Dans le cas contraire, on fait diminuer le facteur d'oubli pour que l'estimation puisse se recaler plus facilement. La troisième phase correspond au recalage 12 des irrégularités estimées en temps réel, par comparaison avec les irrégularités déterminées en usine ou lors des premiers roulages, lors de la première phase. On calcule alors les N façons de recaler les irrégularités estimées par rapport aux irrégularités de référence, et le recalage qui minimise l'écart quadratique entre les irrégularités estimées et les irrégularités de référence est retenu, et permet ainsi - 8 - de connaître sur quelle dent le capteur était positionné au démarrage du véhicule. Le spectre de la figure est ensuite « recaler » selon la dent qui figurait au début du roulage de la roue, ce qui permet, connaissant les valeurs successives des 150,, de corriger efficacement les valeurs instantanées de vitesse. La présente invention permet ainsi d'obtenir un signal de vitesse de rotation d'une roue plus précis, par la prise en compte des irrégularités d'implantation des dents du capteur. REVENDICATIONS1. Dispositif d'amélioration du signal délivré par un capteur de vitesse monté sur une roue, ledit capteur comportant une partie mobile liée à la roue, se présentant sous la forme d'une roue d'impulsions (2) comportant des éléments spécifiques (1) régulièrement répartis, ainsi qu'une partie fixe (4) disposée en vis-à-vis desdits éléments spécifiques, ladite partie fixe (4) délivrant un signal au passage des éléments spécifiques (1), caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens d'estimation et de mémorisation des irrégularités de répartition angulaire Hi des éléments spécifiques sur la roue d'impulsions (2). 2 Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'estimation comprennent un calculateur recevant les signaux du capteur, ainsi qu'un algorithme de traitement des signaux du capteur estimant les irrégularités de répartition angulaire 150, des éléments spécifiques (1) par un modèle de régression utilisant la technique des moindres carrés récursifs. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les irrégularités 150, sont enregistrées dans une mémoire du calculateur. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est tenu compte des irrégularités pour la détermination de la vitesse instantanée S2 de rotation de la roue. 5. Véhicule automobile comportant un châssis muni de quatre roues, un moyen d'entraînement du véhicule, un calculateur, caractérisé en ce que l'une au moins des roues comporte un capteur de vitesse muni d'un dispositif d'amélioration du signal selon l'une des revendications 1 à 4. 6. Procédé d'amélioration du signal délivré par un capteur de vitesse monté sur une roue, ledit capteur comportant une partie mobile liée- 10 - à la roue, se présentant sous la forme d'une roue d'impulsions (2) comportant des éléments spécifiques (1) régulièrement répartis, ainsi qu'une partie fixe disposée en vis-à-vis desdits éléments spécifiques (1), ladite partie fixe délivrant un signal au passage des éléments spécifiques (1), caractérisé en ce qu'il comporte : - Une estimation des irrégularités de référence de répartition angulaire 150, des éléments spécifiques par analyse des signaux issus de la partie fixe du capteur, en utilisant un modèle de régression utilisant la technique des moindres carrés récursifs, - Une mise en mémoire de ces irrégularités de référence, - Une estimation en temps réel, à chaque fois que la roue est en mouvement, des irrégularités par régression linéaire utilisant la technique des moindres carrés récursifs à facteur d'oubli adaptatif, - Une comparaison entre les estimations en temps réel et les estimations de référence - Une correction des signaux issus du capteur par les irrégularités correspondantes.