Brevet FR3126499A1 — publié le 20230303

Procédé de détermination de la position d’un élément tournant d’un véhicule automobile à partir d’un capteur de position configuré pour mesurer la position de l’élément tournant, pour générer simultanément un signal de sortie de type sinus et un signal de sortie de type cosinus reflétant la position angulaire dudit élément tournant pendant sa rotation et pour fournir ces signaux de sortie à un module de contrôle du véhicule, ledit procédé, mis en œuvre par ledit module de contrôle, comprenant les étapes de mise en rotation de l’élément tournant, de réception (E3) des signaux de sortie générés par le capteur de position lors de la rotation de l’élément tournant, de détermination (E7) de la période moyenne des signaux de sortie reçus pendant un intervalle de temps prédéterminé, de correction (E8) des deux signaux de sortie reçus de sorte que la période de chacun des signaux soit égale à la période moyenne déterminée, de détermination de la position angulaire de l’élément tournant à partir des signaux de sortie corrigés. Figure pour l’abrégé : Fig 2 Procédé de détermination de la position d’un élément tournant d’un véhicule à partir d’un capteur de position La présente invention se rapporte au domaine de l’automobile et concerne plus particulièrement un procédé de traitement des signaux générés par un capteur de position d’un élément tournant de véhicule ainsi qu’un module de contrôle mettant en œuvre ledit procédé. Dans un véhicule électrique ou hybride, notamment à machine électrique synchrone, il est connu d’utiliser un capteur pour déterminer la position du rotor de la machine électrique afin de permettre à une unité de contrôle électronique de contrôler la machine électrique via un convertisseur de puissance. Ce type de capteur se place de préférence au droit de l’extrémité de l’arbre du rotor et envoie l'information de position angulaire à l’unité de contrôle électronique afin qu’elle commande le convertisseur de puissance et contrôle ainsi la machine électrique. Ce type de capteur, connu sous le nom de « résolveur », comprend de manière connue un circuit intégré, comprenant un ou plusieurs éléments sensibles, associé à un aimant bipolaire positionné en bout de l’arbre face au capteur pour une lecture axiale. Le ou les éléments sensibles du capteur permettent la détection de l’angle rotatif du vecteur magnétique de l’aimant. L'angle mesuré est retranscrit en deux signaux de sortie sinus et cosinus. L’unité de contrôle électronique reçoit simultanément ces deux signaux de sortie et détermine l’angle absolu du rotor, via un calcul trigonométrique d’arc-tangente. Les effets de l'environnement ou de la technologie utilisée (capteur, aimant, …) ont tendance à déformer ces signaux de sortie, notamment en amplitude et en phase, ce qui entraine une erreur résiduelle sur l’estimation de l'angle. Cette erreur peut s’avérer importante et entrainer un défaut de commande du moteur. Plus particulièrement, si la position du rotor dépasse une limite prédéfinie dans le système de contrôle de sécurité du véhicule, la machine électrique est arrêtée et le véhicule est immobilisé, ce qui constitue l’une des pannes les plus importantes pour un véhicule automobile. Dans l’art antérieur, la solution adoptée pour réduire les déformations de signaux et donc l’erreur résiduelle sur ces capteurs consiste à utiliser des correcteurs d'amplitude, d'offset et d'orthogonalité associés à un filtrage temporel à une fréquence de coupure fixe. Le filtrage temporel est utilisé pour sa simplicité de mise en œuvre. Le filtrage est basse fréquence parce que le signal utile est basse fréquence : une vitesse de rotation d’un rotor comprise par exemple de manière classique entre 0 et 20000 RPM correspond à une bande de fréquence comprise entre 0 et 333 Hz. Les correcteurs d'amplitude et d'offset et d'orthogonalité permettent de compenser au moins partiellement les déformations respectivement en amplitude et temporelles des signaux. Le correcteur d’orthogonalité permet de corriger le déphasage des signaux pour le maintenir à une valeur de l’ordre de 90°. La performance de cette méthode est limitée d’une part par l’efficacité des correcteurs, ce qui ne permet pas de limiter suffisamment l’erreur résiduelle. Notamment, comme les signaux se déforment notablement où leur pente est maximale, les décalages en offset et donc en orthogonalité sont fréquents et difficilement corrigeables avec les correcteurs existants. En outre, le filtrage dépendant de la fréquence du signal, c’est-à-dire de la rotation de l’arbre, il en résulte que la performance de la méthode dépend de la vitesse de rotation du rotor. Notamment, l’erreur d’estimation est plus importante à faible vitesse de rotation ou en phase d’accélération, ce qui présente un inconvénient majeur. Plus précisément, le rendement de la machine électrique n’est pas optimisé pour l’ensemble de la plage de fonctionnement mais dépend du filtrage qui est lui-même dépendant de la vitesse. Il existe donc le besoin d’une solution permettant de remédier au moins en partie à ces inconvénients. A cette fin, l’invention a tout d’abord pour objet un procédé de détermination de la position d’un élément tournant d’un véhicule automobile à partir d’un capteur de position, ledit capteur de position étant configuré pour mesurer la position de l’élément tournant, pour générer simultanément un signal de sortie de type sinus et un signal de sortie de type cosinus reflétant la position angulaire dudit élément tournant pendant sa rotation et pour fournir ces signaux de sortie à un module de contrôle du véhicule, ledit procédé, mis en œuvre par ledit module de contrôle, comprenant les étapes de : - mise en rotation de l’élément tournant, - réception des signaux de sortie générés par le capteur de position lors de la rotation de l’élément tournant, - détermination de la période moyenne des signaux de sortie reçus pendant un intervalle de temps prédéterminé, - correction des deux signaux de sortie reçus de sorte que la période de chacun des signaux soit égale à la période moyenne déterminée, - détermination de la position angulaire de l’élément tournant à partir des signaux de sortie corrigés. Par « période moyenne des signaux », on entend la moyenne de la période moyenne du signal sinus et de la période moyenne du signal cosinus. Le procédé permet d’attendre l’établissement d’un régime stationnaire afin de déterminer la période du signal sur un faible intervalle de temps, la période étant alors stabilisée, ce qui permet de redresser les signaux avec une valeur stable et précise de période afin de supprimer les déformations entrainant les erreurs d’estimation de la position angulaire. L’utilisation de la période moyenne permet ainsi de supprimer le décalage temporel généré par les déformations du signal sur l’intervalle de temps prédéterminé. En outre, en lissant l’estimation de la période par sa moyenne, l’information de vitesse peut être filtrée de sorte à obtenir une estimation plus précise de la vitesse. Selon une caractéristique de l’invention, la position de l’élément tournant est déterminée à un instant donné en calculant l’arc tangente des valeurs des signaux sinus et cosinus audit instant donné. De préférence, le procédé, préalablement à la détermination de la période moyenne des signaux de sortie reçus pendant l’intervalle de temps prédéterminé, la détermination de l’accélération en rotation de l’élément tournant, les étapes de détermination de la période moyenne et de correction des signaux de sortie reçus, et de détermination de la position angulaire de l’élément tournant à partir des signaux de sortie corrigés étant mis en œuvre uniquement lorsque la valeur de l’accélération est inférieure à un seuil prédéterminé caractérisant un régime stationnaire. Selon un aspect de l’invention, le procédé comprend une étape de calcul de la moyenne des périodes du signal sinus généré sur l’intervalle de temps prédéterminé et de la moyenne des périodes du signal cosinus généré sur l’intervalle de temps prédéterminé. Avantageusement, la détermination de la période moyenne des signaux de sortie reçus est réalisée en calculant la moyenne des périodes de chaque signal de sortie sur l’intervalle de temps prédéterminé, chaque période étant mesurée pour chacun des deux signaux de sortie entre deux zéros d’amplitude consécutifs dudit signal. De préférence, la durée de l’intervalle de temps prédéterminé peut être choisie afin de répondre au besoin de dynamique et de précision angulaire souhaités pour contrôler l’élément tournant, par exemple pour le contrôle du rotor dans le cas d’une machine électrique. Avantageusement, le procédé comprenant, avant la correction des signaux de sortie en période, une étape de vérification que la période moyenne est en-dessous d’un seuil de période prédéfini ou au-dessus d’un seuil de vitesse prédéterminé, afin de s’assurer que la vitesse est suffisamment élevée pour avoir atteint un régime stationnaire. Ce seuil peut être déterminé en fonction de la dynamique du système souhaité. Avantageusement, l’accélération peut être définie en calculant une différence de vitesse de rotation de l’élément tournant entre deux révolutions consécutives. De préférence, le seuil d’accélération prédéterminé est déterminé en fonction de la dynamique du système souhaité. De manière avantageuse, le procédé comprend, préalablement à la détermination de la période moyenne ou lorsque la valeur d’accélération est supérieure au seuil d’accélération prédéterminé, une étape de correction des signaux de sorties en amplitude et/ou en offset. Avantageusement, le procédé comprend, préalablement à la correction des signaux de sortie en période, une étape de filtrage temporel des signaux reçus à fréquence de coupure fixe. L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur comportant un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé tel que présenté ci-avant. L’invention concerne également un module de contrôle pour véhicule configurée pour mettre en œuvre le procédé tel que présenté ci-avant. Le module de contrôle peut être une unité électronique de contrôle (Electronic Control Unit ou ECU) montée dans le véhicule à distance du capteur en étant reliée audit capteur par un lien de communication afin de recevoir les signaux de sortie générés par le capteur. En variante, le module de contrôle peut être intégré dans le même boîtier que le capteur, par exemple en se présentant sous la forme d’un processeur de signal numérique (Digital Signal Processor ou DSP) préprogrammé. L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant un élément tournant, un capteur de position angulaire dudit élément tournant et un module de contrôle tel que présenté ci-avant. Dans une forme de réalisation, l’élément tournant est un rotor de machine électrique. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La représente schématiquement une forme de réalisation du véhicule selon l’invention. La représente schématiquement un mode de réalisation du procédé selon l’invention. La illustre un exemple de signaux sinus déformé et cosinus déformé reçus du capteur en regard d’un signal sinus parfait (i.e. sans déformation) et d’un signal cosinus parfait. La illustre un exemple de signaux sinus et cosinus corrigés avec la période moyenne déterminée par le module de contrôle en régime stationnaire de rotation du rotor. La illustre un exemple d’erreur d’estimation de l’angle du rotor en fonction du temps lors d’une accélération du rotor. Procédé de détermination de la position d’un élément tournant (7) d’un véhicule (1) automobile à partir d’un capteur (10) de position configuré pour mesurer la position de l’élément tournant (7), pour générer simultanément un signal de sortie de type sinus et un signal de sortie de type cosinus reflétant la position angulaire dudit élément tournant (7) pendant sa rotation et pour fournir ces signaux de sortie à un module de contrôle (20) du véhicule (1), ledit procédé, mis en œuvre par ledit module de contrôle (20), comprenant les étapes de : - mise en rotation (E1) de l’élément tournant (7), - réception (E3) des signaux de sortie générés par le capteur de position (10) lors de la rotation de l’élément tournant (7), - détermination (E7) de la période moyenne des signaux de sortie reçus pendant un intervalle de temps prédéterminé, - correction (E8) des deux signaux de sortie reçus de sorte que la période de chacun des signaux soit égale à la période moyenne déterminée, - détermination de la position angulaire de l’élément tournant (7) à partir des signaux de sortie corrigés. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre, préalablement à la détermination de la période moyenne des signaux de sortie reçus, la détermination de l’accélération en rotation de l’élément tournant (7), la détermination de la période moyenne et la correction des signaux de sortie reçus ainsi que la détermination de la position angulaire de l’élément tournant (7) étant mis en œuvre uniquement lorsque la valeur de l’accélération (A) est inférieure à un seuil (S) d’accélération prédéterminé caractérisant un régime stationnaire. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la détermination de la période moyenne des signaux de sortie reçus est réalisée en calculant la moyenne des périodes de chaque signal de sortie sur l’intervalle de temps prédéterminé, chaque période étant mesurée pour chacun des deux signaux de sortie entre deux zéros d’amplitude consécutifs dudit signal. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, avant la correction des signaux de sortie en période, une étape de vérification que la période moyenne est en-dessous d’un seuil de période prédéfini. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’accélération (A) est définie en calculant une différence de vitesse de rotation de l’élément tournant (7) entre deux révolutions consécutives. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, préalablement à la détermination de la période moyenne ou lorsque la valeur d’accélération (A) est supérieure au seuil (S), une étape de correction des signaux de sorties en amplitude et offset. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, préalablement à la correction des signaux de sortie en période, une étape de filtrage. Produit programme d’ordinateur caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconques des revendications précédentes. Module de contrôle (20) pour véhicule (1) configurée pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes. Véhicule (1) automobile comprenant un élément tournant (7), un capteur (10) de la position angulaire dudit élément tournant (7) et un module de contrôle (10) selon l’une quelconque des revendications 6 à 9.