Brevet FR3036790A1 — publié le 20161202

La présente invention concerne un procédé de détermination de la position d'une cible le long d'un axe utilisant un capteur de position inductif. Ce type de capteur présente l'avantage de permettre de déterminer la position d'une pièce mécanique, ou de tout autre élément, sans nécessiter de contact avec la pièce dont on souhaite connaître la position. Cet avantage fait que les applications de tels capteurs sont très nombreuses dans tous types d'industries. De tels capteurs sont également utilisés dans des applications grand public comme par exemple le domaine de l'automobile au sein duquel la présente invention a été réalisée. Toutefois, elle peut être utilisée dans d'autres domaines divers et variés. Le principe de fonctionnement d'un capteur inductif repose sur la variation de couplage entre un bobinage primaire et des bobinages secondaires d'un transformateur fonctionnant à haute fréquence et sans utiliser de circuit magnétique. Le couplage entre ces bobinages varie en fonction de la position d'une pièce conductrice (de l'électricité) mobile, appelée généralement "cible". Des courants induits dans la cible viennent en effet modifier les courants induits dans les bobinages secondaires. En adaptant la configuration des bobinages et en connaissant le courant injecté dans le bobinage primaire, la mesure du courant induit dans les bobinages secondaires permet de déterminer la position de la cible. Pour intégrer un tel capteur inductif dans un dispositif, notamment un dispositif électronique, il est connu de réaliser le transformateur évoqué plus haut sur une carte de circuit imprimé. Le bobinage primaire et les bobinages secondaires sont alors constitués de pistes tracées sur la carte de circuit imprimé. Le bobinage primaire est alors par exemple alimenté par une source externe et les bobinages secondaires sont alors le siège de courants induits par le champ magnétique créé par la circulation d'un courant dans le bobinage primaire. La cible, qui est une pièce conductrice, par exemple métallique, peut présenter une forme simple. Il peut par exemple s'agir d'une pièce découpée dans une tôle. Pour réaliser un capteur linéaire, la découpe pour réaliser la cible est par exemple rectangulaire tandis que pour un capteur rotatif, cette découpe sera par exemple en forme d'un secteur angulaire de rayon et d'angle adaptés au mouvement de la pièce. A la figure 3, est représenté le capteur inductif 10, comprenant entre autres : un bobinage primaire B1 excitateur, et deux bobinages secondaires Ri, R2 récepteurs. La cible T se déplace le long du capteur inductif, selon un axe X, modifiant les courants (courants de Foucault) dans les bobinages secondaires Ri, R2, qui sont induits 35 par le flux électromagnétique généré par le bobinage primaire B1. 3036790 2 Généralement, deux ensembles de bobinages secondaires R1, R2 sont dessinés pour réaliser sur une course complète du capteur inductif 10 respectivement des fonctions sinus et cosinus de la position de la cible T. Le premier et deuxième bobinage secondaire R1, R2 génèrent à leur bornes 5 un premier signal de tension V1 et un deuxième signal de tension V2, de forme sinus et cosinus (cf. figure 1) en fonction d'un angle spatial 0, représentatif de la position de la cible T le long de l'axe X. De telles fonctions (cosinus et sinus) sont bien connues et peuvent facilement être traitées par une unité de contrôle 20, intégrée dans un système électronique, /0 représentée schématiquement à la figure 3. En faisant le rapport du sinus par le cosinus puis en appliquant une fonction arc tangente, on obtient une image de la position de la cible T le long de l'axe X (cf. figure 2). Ceci est illustré à la figure 2, qui représente la fonction Arc tangente « "tan" » en fonction de la position P de la cible T. L'argument des fonctions sinus et cosinus est 15 une fonction linéaire (ou affine) de la position de la cible T dont la course représente alors une partie plus ou moins grande de la période spatiale de ces fonctions trigonométriques. Comme illustré à la figure 2, la fonction arc tangente ainsi obtenue n'est pas strictement linéaire. Afin d'obtenir une relation directe entre la fonction arc tangente et la position 20 de la cible T le long de l'axe, par exemple en angle spatial 0, il est connu de l'art antérieur de linéariser la fonction arc tangente. Dans ce but, une régression linéaire y=ax+b c'est-à-dire y=axO +b, a et b étant deux constantes, est appliquée sur la fonction arc tangente. Ladite régression linéaire est appliquée sur des segments consécutifs de valeurs de la dite fonction, 25 espacés de pas d'angle spatial 3,0 identiques entre eux et équidistants (cf. figure 2). Cette régression linéaire est connue de l'homme du métier. Pour chaque segment 3,0, on applique l'interpolation linéaire y=axO +b. Ceci est connu de l'homme du métier. On obtient alors une droite DL de régression linéaire, permettant pour chaque 30 valeur de la fonction arc tangente de connaitre directement la position 0 de la cible T. Cependant, la linéarisation de la fonction arc tangente induit une imprécision aux extrémités El , E2 de la course C de la cible (cf. figure 2), où il existe des effets de bord importants. Ce défaut de linéarité impacte la précision de la position P de la cible T à ces extrémités El , E2. Comme illustré à la figure 1, à chaque extrémité El , E2, une différence 3.1 , 32 notable existe entre la position 0 réelle de la cible T et celle indiquée par la droite DL. 3036790 3 Ces imprécisions aux extrémités El, E2 réduisent la course utile Cu de la cible T à environ 60 (3/0 de la longueur L des deux bobines secondaires R1, R2 (cf. figure 2). L'invention propose de remédier à ce problème et propose un procédé de 5 détermination de la position d'une cible T le long d'un axe utilisant un capteur de position inductif permettant de réduire l'imprécision sur la position de la cible T aux extrémités El , E2 de la course Cu de ladite cible T et par conséquent d'allonger la course utile Cu de la cible par rapport à l'art antérieur. L'invention propose un procédé de détermination de la position d'une pièce 10 mobile, appelée « cible », le long d'un axe, à l'aide d'un capteur inductif, ledit capteur inductif comprenant : - un bobinage primaire générateur d'un champ électromagnétique, - un premier bobinage secondaire, générant un premier signal de tension, de type fonction sinus, représentatif du courant induit dans 15 ledit premier bobinage secondaire, lorsque la cible se déplace devant le premier bobinage secondaire, - un deuxième bobinage secondaire, générant un deuxième signal de tension de type fonction cosinus, représentatif du courant induit dans ledit deuxième bobinage secondaire, lorsque la cible se déplace 20 devant le deuxième bobinage secondaire, - une unité de calcul, ledit procédé de détermination selon l'invention comportant les étapes suivantes : - Etape 1 : calcul d'une fonction arc tangente à partir du premier signal de tension et du deuxième signal de tension, 25 - Etape 2: calcul d'une erreur entre la fonction arc tangente ainsi calculée et une droite prédéterminée, - Etape 3: calcul des positions de points de linéarisation de la fonction arc tangente selon la formule Ot = (i - 1) x ) [sin (1)x12)" X F x Cul (n-1 30 avec : indice des points de linéarisation variant de 1 à n, Ot : position du point i de linéarisation en angle spatial, F : facteur d'espacement des points de linéarisation, avec F>0 et FmAx tel que : ((i-1)x2xn. x cul MAX (i - 1) X-1) Cu [Sill (n-1) 35 Cu : course utile du capteur le long de l'axe en angle spatial. 3036790 4 - Etape 4: pour chaque valeur de la fonction arc tangente, recherche d'un indice i du point de linéarisation tel que : Oi 0 et FmAx tel que : ((i-1)x2x )X Cu FMAX 0 et FmAx tel que : ((i-1)x2x cul MAX (i - 1) X -(n-1) Cu [ n.Sirl (n-1) Cu: Course utile du capteur 10 le long de l'axe X en angle spatial 0, comprise entre 00 et 360°. n-: constante égale à 3,14. 25 L'invention réside dans l'utilisation d'une fonction sinusoïdale afin de répartir les points de régression linéaire i sur la fonction arc tangente tan(0). La répartition des points i de régression linéaire selon la fonction sinusoïdale permet de densifier le nombre de points de linéarisation i aux extrémités El, E2 de la fonction arc tangente, là où l'erreur E(0) est la plus grande (cf. figure 4). 30 A noter, l'invention peut être réalisée en utilisant la fonction arc tangente à la place de la fonction sinus dans l'équation [1]. A la figure 4, sont illustrés 9 points de régression linéaire i, c'est-à-dire n = 9. A l'extrémité El, se trouvent les trois premiers points de linéarisation 0, 1,2 et à l'extrémité E2, se trouvent les trois derniers points de linéarisation 7, 8, 9. 35 La répartition des points 0, 1, 2, 7, 8, 9 aux extrémités El, E2 est plus dense que celle des points 4, 5, 6 sur le reste de la course utile Cu de la cible T. 3036790 9 Dans une quatrième étape (étape 4), pour chaque valeur de la fonction arc tangente tan(0), on détermine la fenêtre de points de régression linéaire i dans laquelle se trouve l'abscisse 0 de ladite valeur. Plus précisément pour chaque valeur tan(0), on détermine l'indice i du point de linéarisation tel que : 5 avec : Oi: position du point de linéarisation i en angle spatial, position du point de linéarisation (i +1) en angle spatial, 0 : angle spatial. 10 Un exemple est illustré à la figure 5. Dans cet exemple, la valeur tan(0) correspond à un angle spatial 0 compris dans la fenêtre des points i = 7 et (i+1) = 8 de régression linéaire. Lors de l'étape 5, la correction à appliquer à la fonction arc tangente tan(0) est calculée selon la formule suivante : (0i) 15 Corr(tan(0)) = "' rE(0- E`0 + ( )1 i ` 'e+1e- X [tan(60-tantan(ei+i)-tan(ei)-1 avec : Corr(tan(0)) : correction sur la fonction arc tangente à l'angle spatial 0, erreur à l'angle spatial Oi, erreur à l'angle spatial 0i+1, 20 tan(01): valeur de la fonction arc tangente à l'angle spatial 0, tan(Oi+i): valeur de la fonction arc tangente à l'angle spatial 0, tan(0): valeur de la fonction arc tangente à l'angle spatial 0. Puis, lors de la sixième étape, (étape 6), la correction ainsi calculée est appliquée à la fonction arc tangente tan(0) 25 tan'rr(0) = tan(0) + Corr(tan(0)) avec : tan'rr (0) : fonction arc tangente corrigée, tan(0): fonction arc tangente, Corr(tan(0)) : correction sur la fonction arc tangente à l'angle spatial 0. 30 Ceci est illustré à la figure 6, la fonction arc tangente ainsi corrigée tan'rr(0) est une droite, différente de la droite DL de régression linéaire de l'art antérieur. Ladite fonction arc tangente corrigée présente à ses extrémités El, E2, des erreurs 31' et 32 entre ladite fonction corrigée tan'rr(0) et la fonction arc tangente tan(0) moins grandes que les erreurs 31 et 32 entre la fonction arc tangente tan(0) et la droite de régression 35 linéaire DL de l'art antérieur. 3036790 10 Grâce à la précision apportée par le procédé de détermination de l'invention aux extrémités El, E2, la course utile Cu de la cible T est alors allongée de manière non négligeable. La nouvelle course utile Cd, obtenue grâce au procédé de détermination selon l'invention est environ 20 (3/0 plus longue que la course utile Cu de l'art antérieur. Par 5 exemple, avec le procédé de linéarisation selon l'art antérieur, la course utile Cu est égale à 40 mm, et selon le procédé de l'invention, la nouvelle course utile Cu' = 48 mm. Les étapes 1 à 7 peuvent être réalisées de manière logicielle, par un calculateur électronique relié électriquement au capteur inductif 10, ou alternativement, par l'unité de calcul 20' selon l'invention (cf. figure 7) 10 L'invention concerne également un capteur inductif 10 de position comprenant : - un bobinage primaire B1 générateur d'un champ électromagnétique, - un premier bobinage secondaire R1, générant un premier signal de tension V1, de type fonction sinus, 15 - un deuxième bobinage secondaire R2, générant un deuxième signal de tension de type fonction cosinus, - une unité de calcul 20', Selon l'invention, l'unité de calcul 20' est adaptée pour réaliser les étapes 1 à 7 du procédé de détermination détaillées ci-dessus. 20 Dans ce but, l'unité de calcul 20', selon l'invention comprend (cf. figure 7) : - des premiers moyens de calcul (M1) de la fonction arc tangente tan(0) à partir du premier signal de tension V1 et du deuxième signal de tension V2, - des deuxièmes moyens de calcul (M2) d'une erreur E(0) entre la 25 fonction arc tangente ainsi calculée tan(0) et une droite DL prédéterminée, dans le mode préférentiel de réalisation de l'invention, la droite prédéterminée DL est la droite de régression linéaire de ladite fonction arc tangente tan(0) , - des troisièmes moyens de calcul (M3) de la position de points de 30 régression linéaire ide la fonction arc tangente selon la formule : Ot = (i - 1) x C-5 [sin (1)x12)" X F x Cul (n-1 avec : Ot : position du point de linéarisation i en angle spatial 0, indice de point de linéarisation variant de 1 à n, dans cet 35 exemple, n est compris entre 5 et 101. 3036790 11 F: facteur d'espacement des points de linéarisation i, avec F>0 et FmAx tel que : ((i-1)x2xn. x cul MAX G (i - 1) X Cu [Sirl (n-1) Cu: course utile du capteur 10 le long de l'axe X en angle spatial 0, comprise entre 00 et 360°. rt: constante égale à 3,14. - des moyens de recherche (MR) de l'indice i de point de linéarisation, pour chaque valeur de la fonction arc tangente, tel que,: Oi REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la position d'une pièce mobile, appelée « cible » (T), le long d'un axe (X), à l'aide d'un capteur inductif (10), ledit capteur inductif (10) comprenant : - un bobinage primaire (B1) générateur d'un champ électromagnétique, - un premier bobinage secondaire (R1), générant un premier signal de tension (V1), de type fonction sinus, représentatif du courant induit dans ledit premier bobinage secondaire (R1), lorsque la cible (T) se déplace devant le premier bobinage secondaire (R1), - un deuxième bobinage secondaire (R2), générant un deuxième signal de tension (V2) de type fonction cosinus, représentatif du courant induit dans ledit deuxième bobinage secondaire (R2), lorsque la cible se déplace devant le deuxième bobinage secondaire (R2), - une unité de calcul (20'), ledit procédé de détermination étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes 15 suivantes : - Etape 1 : calcul d'une fonction arc tangente (tan(0)) à partir du premier signal de tension (V1) et du deuxième signal de tension (V2), - Etape 2 : calcul d'une erreur (E(0)) entre la fonction arc tangente (tan(0)) ainsi calculée et une droite prédéterminée (DL), 20 - Etape 3 : calcul des positions de points de linéarisation (et) de la fonction arc tangente (tan(0)) selon la formule et = (i - 1) x ) [sin (1)x12)" X F x Cul (n-1 avec : indice des points de linéarisation variant de 1 à n, 25 Ot : position du point i de linéarisation en angle spatial, F : facteur d'espacement des points de linéarisation, avec F>0 et FmAx tel que : ((i-1)x2xn. x cul MAX (i - 1) X (n-1) Cu [sin (n-1) Cu : course utile du capteur le long de l'axe en angle spatial. 3036790 14 - Etape 4: pour chaque valeur de la fonction arc tangente (tan(0)), recherche d'un indice (i) d'un point de linéarisation tel que : Oi 2. Procédé de détermination selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lors de l'étape 2 la droite prédéterminée (DL) consiste en une régression linéaire (yin) de la fonction arc tangente (tan(0)). 3. Capteur inductif (10) de position d'une cible (T) le long d'un axe (X) 30 comprenant : 3036790 15 - un bobinage primaire (B1) générateur d'un champ électromagnétique, - un premier bobinage secondaire (R1), générant un premier signal de tension (V1), de type fonction sinus, représentatif du courant induit dans ledit premier bobinage secondaire (R1), lorsque la cible se déplace devant 5 le premier bobinage secondaire (R1), - un deuxième bobinage secondaire (R2), générant un deuxième signal de tension (V2) de type fonction cosinus, représentatif du courant induit dans ledit deuxième bobinage secondaire (R2), lorsque la cible se déplace devant le deuxième bobinage secondaire (R2), /0 - une unité de calcul (20'), caractérisé à ce que l'unité de calcul (20') comprend : - des premiers moyens de calcul (M1) d'une fonction arc tangente (tan(0)) à partir du premier signal de tension (V1) et du deuxième signal de tension (V2), 15 - des deuxièmes moyens de calcul (M2) d'une erreur (E(0)) entre la fonction arc tangente (tan(0)) ainsi calculée et une droite prédéterminée (DL), - des troisièmes moyens de calcul (M3) des positions de points de linéarisation (Oi) de la fonction arc tangente (tan(0)) selon la formule : et = (i - 1) x [sin ((i(n- 1)x12)")X F x Cul (n-1) 20 avec : indice de point de linéarisation variant de 1 à n, Oi: position du point i de linéarisation en angle spatial, F : facteur d'espacement des points de linéarisation, avec F>0 et FmAx tel que : ((i-1)x2xn. x cul Fm Ax (i - 1) X (n-1) Cu [sin (n-1) 25 Cu: course utile du capteur le long de l'axe en angle spatial. - des moyens de recherche (MR) d'un indice (i) de point de linéarisation tel que, pour chaque valeur de la fonction arc tangente : oi 4. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un capteur inductif (10) selon la revendication précédente.