Brevet FR3160462A1 — publié le 20250926

L’invention concerne un procédé de détermination d’une position angulaire sur une paire de pôles d’un codeur présentant une piste apte à émettre un champ magnétique ayant deux composantes tangentielle (Ct) et normale (Cn), ledit procédé prévoyant d’utiliser un capteur apte à délivrer deux signaux analogiques pseudo-sinusoïdaux en quadrature SIN et COS représentatifs de respectivement une composante (Ct, Cn), ledit procédé prévoyant une procédure préalable d’établissement de lois d’évolution de respectivement l’amplitude et la phase d’une harmonique de chaque signal SIN et COS en fonction de son amplitude, ledit procédé prévoyant ensuite la détermination périodique de la position angulaire en : mesurant les signaux SIN et COS ; déterminant l’amplitude des signaux SIN et COS ; calculant la position angulaire mesurée ; appliquant les lois d’évolution et utilisant ladite position angulaire mesurée pour déterminer des signaux SINc et COSc corrigés de l’harmonique correspondante ; calculant la position angulaire au moyen desdits signaux corrigés. Figure 2 Procédé de détermination d’une position angulaire sur une paire de pôles d’un codeur L’invention concerne un procédé de détermination d’une position angulaire sur une paire de pôles d’un codeur présentant une succession angulaire de paires de pôles magnétiques Nord et Sud, ainsi qu’un procédé de calcul d’un couple appliqué entre deux organes tournant autour d’un axe géométrique de rotation. L’invention s’applique en particulier à la détermination d’un couple appliqué entre deux organes intégrés dans une transmission d’un couple moteur à un véhicule, par exemple entre le moteur électrique ou le pédalier et la transmission mécanique d’un vélo à assistance électrique. Pour ce faire, il est connu d’utiliser un corps d’épreuve présentant deux portions solidaires en rotation de respectivement un organe, chacune desdites portions portant un codeur et lesdites portions étant reliées par une structure déformable qui est agencée pour transmettre le couple entre les organes tout en autorisant un débattement angulaire entre lesdites portions. En particulier, chacun des codeurs forme une piste magnétique multipolaire apte à émettre un champ magnétique ayant une composante tangentielle et une composante normale, un capteur étant disposé à distance de lecture de chacune desdites pistes en étant apte à délivrer deux signaux analogiques pseudo-sinusoïdaux en quadrature SIN et COS qui sont représentatifs de la composante magnétique respectivement tangentielle et normale de la piste correspondante. Ainsi, il est possible de déterminer la position angulaire sur une paire de pôles de chacun des codeurs, notamment par calcul de la fonction ATAN(SIN/COS), pour obtenir par soustraction un écart angulaire permettant de calculer le couple en fonction dudit écart. Toutefois, chacune des positions angulaires déterminées, et donc le couple calculé, sont entachées d’une erreur induite par le fait que les composantes du champ magnétique émis par la piste multipolaire ne sont pas purement sinusoïdales. En particulier, en cas de réduction de la distance de lecture, le champ magnétique a tendance à présenter une forme carrée pour la composante normale et une forme triangulaire pour la composante tangentielle, ce qui génère des harmoniques dans les signaux SIN et COS délivrés par le capteur. Par ailleurs, à distance de lecture importante, le champ magnétique décroit rapidement en amplitude, ce qui rend la mesure plus soumise aux bruits extérieurs. Ainsi, en particulier à distance de lecture faible, la précision n’est pas suffisante, notamment en relation avec un écart angulaire de l’ordre de 1° pour calculer un couple avec une précision de 1%. L’invention a pour but de résoudre les problèmes de l’art antérieur en proposant notamment un procédé de détermination d’une position angulaire, par exemple en vue de calculer un couple, dont la précision est améliorée, en particulier au regard des possibles différences de distance de lecture de la piste magnétique multipolaire et de leur variation au cours du fonctionnement. A cet effet, selon un premier aspect, l’invention propose un procédé de détermination d’une position angulaire sur une paire de pôles d’un codeur présentant une succession angulaire de paires de pôles magnétiques Nord et Sud formant une piste magnétique multipolaire apte à émettre un champ magnétique ayant une composante tangentielle et une composante normale, ledit procédé prévoyant d’utiliser un capteur disposé à distance de lecture de ladite piste, ledit capteur étant apte à délivrer deux signaux analogiques pseudo-sinusoïdaux en quadrature SIN et COS qui sont représentatifs chacun de l’une des composantes magnétiques tangentielle ou normale, ledit procédé prévoyant une procédure préalable d’établissement de lois d’évolution de respectivement l’amplitude et la phase d’au moins une harmonique de chacun des signaux SIN et COS en fonction de l’amplitude dudit signal, ledit procédé prévoyant ensuite la détermination périodique de la position angulaire en : mesurant les signaux SIN et COS ; déterminant l’amplitude des signaux SIN et COS ; calculant la position angulaire mesurée au moyen desdits signaux SIN et COS ; appliquant les lois d’évolution et utilisant ladite position angulaire mesurée pour déterminer des signaux SINc et COSc corrigés de l’harmonique correspondante ; calculant la position angulaire au moyen desdits signaux corrigés. Selon un deuxième aspect, l’invention propose un procédé de calcul d’un couple appliqué entre deux organes tournant autour d’un axe géométrique de rotation, ledit procédé prévoyant la détermination d’une position angulaire de deux codeurs par mise en œuvre d’un procédé selon le premier aspect, lesdits codeurs étant portés par respectivement une portion d’un corps d’épreuve solidaire en rotation d’un organe, lesdites portions étant reliées par une structure déformable qui est agencée pour transmettre le couple entre les organes tout en autorisant un débattement angulaire entre lesdites portions, ledit procédé prévoyant de soustraire les deux positions angulaires déterminées et de calculer le couple en fonction de l’écart angulaire ainsi obtenu. D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : FIG. 1 schématise les composantes tangentielle et normale du champ magnétique émis par la piste magnétique multipolaire d’un codeur, FIG. 1 représentant l’évolution de ces composantes ; FIG. 2 schématise la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention pour déterminer un couple appliqué entre deux organes tournant autour d’un axe géométrique de rotation. On décrit ci-dessous un procédé de détermination d’une position angulaire sur une paire de pôle d’un codeur 1, 1a, 1b présentant une succession angulaire de paires de pôles magnétiques Nord N et Sud S. En relation avec les figures 1 et 1a, le codeur 1 forme une piste magnétique multipolaire 2 apte à émettre un champ magnétique ayant une composante tangentielle Ct (suivant la direction x) et une composante normale Cn (suivant la direction z). En particulier, chacune de ces composantes Ct, Cn présente une évolution pseudo-sinusoïdale de période une paire de pôles. En outre, ces composantes magnétiques Ct, Cn sont en quadrature, c'est-à-dire déphasées de 90°, en pouvant être assimilées à un sinus pour l’une et un cosinus pour l’autre qui est en avance de phase. Le procédé de détermination prévoit d’utiliser un capteur 3, 3a, 3b disposé à distance de lecture de la piste multipolaire 2, 2a, 2b, ledit capteur étant apte à délivrer deux signaux analogiques pseudo-sinusoïdaux en quadrature SIN et COS qui sont représentatifs chacun de l’une des composantes magnétiques tangentielle Ct ou normale Cn, notamment de la composante magnétique tangentielle Ct pour le signal SIN et normale Cn pour le signal COS. Le capteur 3, 3a, 3b peut comprendre un motif d’éléments sensibles, notamment une pluralité d’éléments sensibles alignés tel que décrit dans les documents FR-2 792 403, EP-2 602 593 et EP-2 602 594. Les éléments sensibles peuvent être à base d’un matériau magnétorésistif dont la résistance varie en fonction du signal magnétique de la piste 2, 2a, 2b à détecter, par exemple de type AMR, TMR ou GMR, ou d’une sonde à effet Hall. Les éléments sensibles peuvent être uniaxiaux, sensibles à l’une ou l’autre composante Ct, Cn du champ magnétique, qui sont positionnés et/ou combinés de manière à donner ponctuellement les signaux SIN et COS. Selon une autre réalisation, les éléments sensibles sont multiaxiaux (2D ou 3D), sensibles aux deux composantes tangentielle Ct et normale Cn du champ magnétique. En mesurant les signaux SIN et COS délivrés par le capteur 3, 3a, 3b, notamment en temps réel et dès la mise en œuvre du procédé, il est possible de calculer la position angulaire sur la paire de pôles N, S détectée. Selon une réalisation, la position angulaire est calculée avec la fonction ATAN(SIN/COS). Les défauts de sinusoïdalité des composantes Ct, Cn du champ magnétique délivré par le codeur 1, 1a, 1b induisent l’apparition d’harmoniques dans les signaux SIN et COS, c’est à dire que chacun desdits signaux est la somme d’une fondamentale et d’harmoniques de rang 3, 5, … Pour corriger les erreurs induites par ces défauts sur la précision de la position déterminée, le procédé prévoit une procédure préalable à la détermination périodique, dans laquelle sont établies des lois d’évolution de respectivement l’amplitude et la phase d’au moins une harmonique de chacun des signaux SIN et COS en fonction de l’amplitude dudit signal. En particulier, l’amplitude des signaux SIN et COS est représentative de la distance de lecture. Selon une réalisation, les lois sont établies, par exemple sur un banc de mesure, en mesurant les signaux SIN et COS, par exemple sur un tour, à différentes distances de lecture du capteur 3, 3a, 3b, puis en effectuant une analyse de Fourier angulaire desdits signaux mesurés. En particulier, l’amplitude d’une harmonique d’un signal SIN ou COS est établie par une loi polynomiale en fonction de l’amplitude dudit signal, notamment par une loi polynomiale d’ordre 2. S’agissant de la phase d’une harmonique d’un signal SIN ou COS, elle peut être établie de façon avantageuse par une loi constante en fonction de l’amplitude dudit signal. Une fois les lois d’évolution (ou abaques) établies pour une harmonique, et par exemple mémorisées sous forme de table (par exemple de type LUT : Look-Up Table) ou de fonction (polynomiale ou autre), celles-ci permettent d’approximer et d’interpoler les points obtenus lors de la phase d’établissement des lois. La détermination périodique de la position angulaire est alors réalisée en déterminant l’amplitude Ampl des signaux SIN et COS après leur mesure par le capteur 3, 3a, 3b, puis en calculant la position angulaire mesurée au moyen desdits signaux SIN et COS, notamment avec la fonction ATAN(SIN/COS). Ensuite, la détermination est réalisée en appliquant les lois et en utilisant la position angulaire mesurée pour déterminer des signaux SINc et COSc corrigés de l’harmonique correspondante, avant de calculer ladite position angulaire au moyen desdits signaux corrigés, notamment avec la fonction ATAN(SINc/COSc). En particulier, le calcul est réalisé en temps réel, à chaque période d’échantillonnage de la mesure des signaux SIN et COS, et ce sans filtrage mais juste par application d’abaques qui corrigent les mesures sans retard. De façon avantageuse, la procédure préalable est prévue pour supprimer la troisième harmonique, dans la mesure où c’est celle qui vient le plus perturber la sinusoïdalité des signaux SIN et COS à faible distance de lecture. Selon une réalisation, la procédure préalable est prévue pour établir des lois d’évolution pour plusieurs harmoniques, lesdites lois d’évolution étant appliquées successivement pour corriger chacune desdites harmoniques. La procédure préalable peut prévoir d’établir également une loi d’évolution de la phase de la fondamentale de chacun des signaux SIN et COS en fonction de l’amplitude dudit signal, ladite loi d’évolution étant également appliquée pour déterminer les signaux corrigés SINc et COSc. En relation avec les corrections formulées ci-dessous pour la troisième harmonique avec ses lois et pour respectivement l’amplitude et la phase en fonction de l’amplitude Ampl du signal SIN ou COS correspondant, le calcul de la position angulaire mesurée angl meas au moyen des signaux SIN et COS est utilisé pour déterminer les signaux SINc et COSc suivants : Selon une application, la détermination de la position angulaire décrite ci-dessus peut être utilisée pour calculer un couple appliqué entre deux organes tournant autour d’un axe géométrique de rotation, par exemple intégrés dans une transmission d’un couple moteur à un véhicule, notamment entre le moteur électrique ou le pédalier et la transmission mécanique d’un vélo à assistance électrique. Selon la FIG. 2 , le procédé de calcul prévoit la détermination (étapes 5) d’une position angulaire de deux codeurs 1a, 1b selon le procédé décrit pour soustraire au moins une harmonique des signaux SIN et COS utilisés. Les codeurs 1a, 1b sont portés par respectivement une portion d’un corps d’épreuve solidaire en rotation d’un organe, lesdites portions étant reliées par une structure déformable 4 qui est agencée pour transmettre le couple entre les organes tout en autorisant un débattement angulaire entre lesdites portions. En particulier, le débattement angulaire maximal est inférieur au secteur angulaire représenté par une paire de pôles N, S. Ainsi, par soustraction des deux positions angulaires déterminées par respectivement un capteur 3a, 3b (étape 6), il est possible d’obtenir un écart angulaire (étape 7), puis de calculer le couple en fonction de l’écart angulaire ainsi obtenu (étape 8). En particulier, l’écart angulaire correspond à l’angle de torsion qui, en connaissant la raideur de la structure déformable 4, permet de calculer le couple appliqué. Selon une réalisation, le corps d’épreuve peut présenter une bague intérieure solidaire en rotation de moyens de montage dudit corps d’épreuve sur un organe, et une bague extérieure s’étendant autour de la bague intérieure en présentant des moyens de montage dudit corps d’épreuve sur l’autre organe, lesdites bagues étant reliées par au moins un bras déformable. En variante, la structure déformable 4 peut être sous la forme d’au moins une barre de torsion dont chaque extrémité présente une portion solidaire de respectivement un organe, ladite barre étant agencée pour se déformer en torsion en fonction du couple appliqué entre lesdits organes. Selon une réalisation, le procédé de calcul prévoit une procédure de calibration. En relation avec la FIG. 2 , la calibration est illustrée au moyen d’au moins un capteur 3b qui peut délivrer une impulsion S3 de calibration, notamment au moins une fois par tour de rotation du corps d’épreuve. En particulier, la procédure de calibration peut prévoir de : faire tourner le corps d’épreuve sur au moins un tour sous un couple de calibration constant, et notamment sensiblement nul, entre les organes ; définir des valeurs de calibration de l’écart angulaire entre les portions en fonction de l’angle de rotation du corps d’épreuve. Ainsi, le calcul ultérieur du couple appliqué peut être effectué en corrigeant l’écart angulaire déterminé à un angle donné avec la valeur de calibration correspondante, de sorte à pouvoir éliminer les erreurs provenant d’éventuels défauts relatifs entre les portions, les codeurs 1a, 1b et/ou les capteurs 3a, 3b. Procédé de détermination d’une position angulaire sur une paire de pôles (N, S) d’un codeur (1, 1a, 1b) présentant une succession angulaire de paires de pôles magnétiques Nord (N) et Sud (S) formant une piste magnétique multipolaire (2, 2a, 2b) apte à émettre un champ magnétique ayant une composante tangentielle (Ct) et une composante normale (Cn), ledit procédé prévoyant d’utiliser un capteur (3, 3a, 3b) disposé à distance de lecture de ladite piste, ledit capteur étant apte à délivrer deux signaux analogiques pseudo-sinusoïdaux en quadrature SIN et COS qui sont représentatifs chacun de l’une des composantes magnétiques tangentielle (Ct) ou normale (Cn), ledit procédé prévoyant une procédure préalable d’établissement de lois d’évolution de respectivement l’amplitude et la phase d’au moins une harmonique de chacun des signaux SIN et COS en fonction de l’amplitude dudit signal, ledit procédé prévoyant ensuite la détermination périodique de la position angulaire en : mesurant les signaux SIN et COS ; déterminant l’amplitude des signaux SIN et COS ; calculant la position angulaire mesurée au moyen desdits signaux SIN et COS ; appliquant les lois d’évolution et utilisant ladite position angulaire mesurée pour déterminer des signaux SINc et COSc corrigés de l’harmonique correspondante ; calculant la position angulaire au moyen desdits signaux corrigés. Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce que les positions angulaires sont calculées avec la fonction ATAN(SIN/COS) pour la position angulaire mesurée et ATAN(SINc/COSc) pour la position angulaire déterminée. Procédé de détermination selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la procédure préalable prévoit d’établir une loi d’évolution de la phase de la fondamentale de chacun des signaux SIN et COS en fonction de l’amplitude dudit signal, ladite loi d’évolution étant également appliquée pour déterminer les signaux corrigés SINc et COSc. Procédé de détermination selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les lois d’évolution sont établies en mesurant les signaux SIN et COS à différentes distance de lecture du capteur (3, 3a, 3b). Procédé de détermination selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’établissement de la loi d’évolution comprend une analyse de Fourier angulaire des signaux SIN et COS mesurés. Procédé de détermination selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’amplitude d’une harmonique d’un signal SIN ou COS est établie par une loi polynomiale en fonction de l’amplitude dudit signal. Procédé de détermination selon la revendication 6, caractérisé en ce que la loi polynomiale est d’ordre 2. Procédé de détermination selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la phase d’une harmonique d’un signal SIN ou COS est établie par une loi constante en fonction de l’amplitude dudit signal. Procédé de détermination selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les lois d’évolution sont mémorisées sous forme de table ou de fonction. Procédé de détermination selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la procédure préalable est prévue pour supprimer la troisième harmonique. Procédé de détermination selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la procédure préalable est prévue pour établir des lois d’évolution pour plusieurs harmoniques, lesdites lois d’évolution étant appliquées successivement pour corriger chacune desdites harmoniques. Procédé de calcul d’un couple appliqué entre deux organes tournant autour d’un axe géométrique de rotation, ledit procédé prévoyant la détermination d’une position angulaire de deux codeurs (1a, 1b) par mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, lesdits codeurs étant portés par respectivement une portion d’un corps d’épreuve solidaire en rotation d’un organe, lesdites portions étant reliées par une structure déformable (4) qui est agencée pour transmettre le couple entre les organes tout en autorisant un débattement angulaire entre lesdites portions, ledit procédé prévoyant de soustraire les deux positions angulaires déterminées et de calculer le couple en fonction de l’écart angulaire ainsi obtenu. Procédé de calcul selon la revendication 12, caractérisé en ce qu’il prévoit une procédure de calibration pour définir des valeurs de calibration de l’écart angulaire en fonction de l’angle de rotation, le calcul ultérieur du couple étant effectué en corrigeant l’écart angulaire déterminé à un angle donné avec la valeur de calibration correspondante.