FR3071603B1 - Procede de determination d'un signal de mesure en fonction du signal electrique en sortie d'un capteur - Google Patents

Procede de determination d'un signal de mesure en fonction du signal electrique en sortie d'un capteur Download PDF

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Abstract

Procédé de détermination d'un signal de mesure en fonction du signal électrique en sortie d'un capteur comprenant un transducteur apte à générer un signal électrique en fonction de la grandeur à mesurer et une conversion du signal électrique en signal de mesure caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : • à un premier instant, on détermine le signal de mesure d'au moins deux couples de valeurs par application de la conversion du signal électrique en signal de mesure à au moins deux valeurs prédéterminées de signal électrique, chaque couple de valeur comprenant le signal électrique et le signal de mesure, et on détermine une fonction mathématique permettant d'obtenir un signal de mesure en fonction du signal électrique généré par le capteur en fonction des couples de valeurs comprenant le signal électrique et le signal de mesure correspondant, le signal de mesure obtenu par la fonction mathématique étant sensiblement égal au signal de mesure obtenu par application de la conversion du capteur au même signal électrique de capteur, puis à un deuxième instant, • on détermine au moins deux signaux de mesure par application de la fonction mathématique à au moins deux signaux électriques du capteur sans faire appel à la conversion du capteur, les acquisitions des deux signaux de mesure étant espacées dans le temps d'une durée inférieure à la durée de conversion d'un signal électrique en signal de mesure par la conversion du capteur.

Description

L’invention a pour domaine technique la mesure de grandeurs physiques par capteur, et notamment la conversion du signal électrique d’un capteur en signal de mesure.
Un capteur comprend généralement un transducteur et une électronique de conversion.
Le transducteur est apte à générer un signal électrique en fonction de la grandeur à déterminer. Dans le cas d’un capteur numérique (par opposition à un capteur analogique), le signal électrique comprend une amplitude dépendant d’une échelle de référence discrétisée. Un tel signal est couramment employé en électronique numérique (par rapport à l’électronique analogique dans laquelle les amplitudes varient de façon continue).
Toutefois, pour être utilisable, le signal électrique du capteur doit être converti en signal de mesure par l’électronique de conversion, afin d’associer une valeur de mesure à l’amplitude en fonction de la discrétisation choisie sur la gamme de valeurs mesurables par le capteur. Par gamme de valeurs, on entend l’ensemble des valeurs mesurables entre la valeur minimale mesurable et la valeur maximale mesurable.
Suivant le capteur considéré, la conversion du signal électrique en signal de mesure est plus ou moins longue. Si la durée de conversion est supérieure à l’intervalle de temps entre deux mesures, le capteur ne peut pas fournir de valeurs en temps réel.
Il existe donc un besoin pour un procédé de détermination permettant d’obtenir rapidement le signal de mesure d’un capteur en fonction du signal électrique en sortie dudit capteur.
Il existe également un besoin pour un procédé de détermination permettant de corriger les déviations du signal électrique en sortie du capteur lors de la détermination du signal de mesure. L’invention a pour objet un procédé de détermination d’un signal de mesure en fonction du signal électrique en sortie d’un capteur, • le capteur comprenant un transducteur apte à générer un signal électrique en fonction de la grandeur à mesurer et une conversion du signal électrique en signal de mesure en fonction au moins d’une plage de valeurs mesurables par le capteur et d’au moins un paramètre physique autre que la grandeur à mesurer capable d’affecter l’amplitude du signal électrique généré. Le procédé comprend les étapes suivantes : • à un premier instant, on détermine le signal de mesure d’au moins deux couples de valeurs par application de la conversion du signal électrique en signal de mesure à au moins deux valeurs prédéterminées de signal électrique, chaque couple de valeurs comprenant le signal électrique et le signal de mesure et on détermine une fonction mathématique permettant d’obtenir un signal de mesure en fonction du signal électrique généré par le capteur en fonction des couples de valeurs comprenant le signal électrique et le signal de mesure correspondant, le signal de mesure obtenu par la fonction mathématique étant sensiblement égal au signal de mesure obtenu par application de la conversion du capteur au même signal électrique de capteur, puis • à un deuxième instant, on détermine au moins deux signaux de mesure par application de la fonction mathématique à au moins deux signaux électriques du capteur sans faire appel à la conversion du capteur, les acquisitions des deux signaux de mesure étant espacées dans le temps d’une durée inférieure à la durée de conversion d’un signal électrique en signal de mesure par la conversion du capteur.
Selon un exemple de mise en oeuvre, la fonction mathématique est déterminée par dichotomie.
Selon un autre exemple de mise en oeuvre, la fonction mathématique est déterminée par régression.
Le capteur peut être un capteur de surveillance de la pression d’un pneumatique, la fonction mathématique étant alors une fonction linéaire, au moins deux couples de valeurs étant alors nécessaires pour déterminer le coefficient directeur et l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire.
Pour déterminer le coefficient directeur et l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire, on peut appliquer les étapes suivantes : • pour chacun des couples de valeurs, on détermine l’ordonnée par application de la conversion du capteur à une abscisse prédéterminée, puis • on détermine le coefficient directeur comme le rapport de la différence entre l’ordonnée du deuxième couple de valeurs et l’ordonnée du premier couple de valeurs par la différence entre l’abscisse du deuxième couple de valeurs et l’abscisse du premier couple de valeurs, puis • on détermine l’ordonnée à l’origine comme la différence entre le rapport de l’ordonnée d’un des couples de valeurs par le coefficient directeur et l’abscisse dudit couple de valeurs. L’abscisse prédéterminée du premier couple de valeurs et l’abscisse prédéterminée du deuxième couple de valeurs peuvent être situées, chacune, à proximité d’une limite de la gamme de signaux électriques délivrables par le capteur.
Selon un exemple de réalisation : • on mémorise la température lors de la détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire, • on détermine une valeur de l’écart de température entre la température présente et la température lors de la détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire, • on détermine si la valeur de l’écart de température est supérieure à une valeur prédéfinie d’écart de température, et • si tel est le cas, on commande une nouvelle détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire.
Selon un exemple de mise en oeuvre : • on mémorise l’instant lors de la détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire, • on détermine une valeur de la durée écoulée fonction de l’instant présent et de l’instant lors de la détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire, • on détermine si la valeur de la durée écoulée est supérieure à une valeur prédéfinie de durée écoulée, et • si tel est le cas, on commande une nouvelle détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique illustre les principales étapes d’un procédé de détermination selon l’invention. L’invention est décrite ci-dessous dans le cadre d’une application à un capteur de surveillance de la pression des pneumatiques TPMS (acronyme anglophone pour « Tire Pressure Monitoring System »). L’homme du métier comprendra sans faire preuve d’activité inventive que l’enseignement ci-dessous peut être généralisé à tout capteur dont la conversion (logicielle ou matérielle) peut être assimilée à une équation algébrique moyennant au moins une hypothèse d’un paramètre constant. L’équation algébrique peut alors être déterminée par un nombre de points déterminés lors d’une étape d’initialisation par l’intermédiaire de la conversion du capteur, le nombre de points dépendant du degré de la forme polynomiale approchant l’équation algébrique (au premier degré, deux points suffisent, au deuxième degré, au moins trois points sont nécessaires). L’équation algébrique est employée dans un deuxième temps pour des applications temps réel afin d’associer un signal de mesure à chaque signal électrique provenant du capteur à chaque mesure.
On rappelle qu’un système de surveillance de la pression des pneumatiques TPMS (acronyme anglophone pour « Tire Pressure Monitoring System >>) selon l’état de la technique comprend un récepteur TPMS connecté à au moins un capteur TPMS disposé au niveau d’une roue d’un véhicule. En général, chaque roue du véhicule est munie d’un capteur TPMS. Il existe désormais diverses applications basées sur le signal de mesure issu des capteurs ou du système TPMS.
Dans le cas d’un capteur TPMS, on mesure notamment l’accélération radiale subie par le capteur TPMS. La conversion correspondante prend alors en compte l’effet de différents paramètres physiques, notamment la température et les dérives pouvant apparaître du fait du vieillissement ou de la construction du capteur. La conversion est alors régie par une équation de forme quadratique spécifique à chaque type de capteur. Non seulement elle n’admet pas d’équation inverse, mais elle est généralement propriété du fabriquant du capteur, ce qui en restreint la disponibilité.
Du fait de la complexité du calcul associé à cette équation, la conversion présente une durée non négligeable, pouvant excéder la durée maximale admissible entre deux mesures pour certaines applications. Le capteur TPMS ne peut alors plus être utilisé en temps réel.
Pour une durée entre acquisitions supérieure à la durée de mesure du capteur TPMS, il est nécessaire de disposer d’une équation de conversion pour déterminer un signal de mesure en fonction du signal électrique en sortie du capteur TPMS en s’affranchissant de la conversion du capteur.
Après des études statistiques, les inventeurs se sont aperçus que la conversion du capteur liant le signal électrique en sortie du capteur TPMS au signal de mesure variait de façon linéaire, pour une température donnée et un vieillissement donné.
Ils ont ainsi déterminé qu’une équation polynomiale du premier degré lie le signal de mesure et le signal électrique à température constante et à vieillissement constant. Les coefficients d’une telle équation peuvent être déterminés à partir de quelques couples de valeurs du signal électrique et du signal de mesure. Pour quelques valeurs du signal électrique prédéterminées, on associe une valeur du signal de mesure en leur appliquant la conversion du capteur. Une telle détermination sera décrite plus en détail plus loin.
Cette première étape, consommatrice de temps de calcul du fait de l’utilisation de la conversion du capteur, peut être réalisée en amont d’une série de mesures rapides à réaliser en temps réel et à des instants prédéterminés. Comme elle présuppose des conditions constantes de température et de vieillissement du capteur TPMS, elle est réalisée périodiquement pour tenir compte du vieillissement et après un changement notable de température.
Une fois l’équation polynomiale déterminée, pour des conditions constantes (température, âge du capteur TPMS), il est possible d’associer rapidement un signal de mesure à un signal électrique provenant du capteur.
Cette deuxième étape permet de réaliser des mesures en temps réel sur un capteur dont la conversion (également appelée fonction de transfert) dure plus longtemps que la durée entre deux mesures.
On va maintenant décrire les différentes méthodes de détermination de l’équation polynomiale. L’équation polynomiale permettant de déterminer, à température constante et à vieillissement constant du capteur, une valeur du signal de mesure ACC en fonction du signal électrique RAW, se présente sous la forme suivante : ACC=(A*RAW)+B (Eq. 1)
Avec : A : coefficient directeur, B : ordonnée à l’origine.
On note que, dans le cadre du capteur TPMS tel que décrit plus haut, le signal de mesure ACC est une valeur de l’accélération radiale.
Pour déterminer les coefficients A et B, il est possible d’employer une approche dynamique basée sur une dichotomie
Pour réaliser cela, au cours d’une première étape, on initialise une valeur du coefficient directeur A, une valeur d’une borne minimale de l’intervalle de valeurs du coefficient directeur Amin, une valeur d’une borne maximale de l’intervalle de valeurs du coefficient directeur Amax, et une valeur de référence de l’accélération ACCref.
On définit l’équation polynomiale inverse en inversant l’équation Eq. 1. RAW = C*ACC+D (Eq. 2) avec C = -1/A et
D = B/A
Au cours d’une deuxième étape, on détermine une valeur calculée du signal électrique du capteur RAWcalc en fonction de la valeur ACCref en appliquant l’équation polynomiale inverse Eq. 2.
Au cours d’une troisième étape, on détermine par la conversion du capteur une valeur de calcul du signal de mesure ACCcalc en fonction de la valeur calculée du signal électrique du capteur RAW calc.
Au cours d’une quatrième étape, on détermine si les valeurs ACCref et ACCcalc sont égales et si la valeur absolue de l’écart entre Amin et Amax est inférieure à 1.
Si tel est le cas, on détermine que le coefficient directeur est égal à la valeur A.
Si tel n’est pas le cas, le procédé se poursuit par une cinquième étape au cours de laquelle on détermine une nouvelle valeur du coefficient directeur A en réalisant le calcul suivant : A = Amin + ((Amax - Amin)/2) (Eq. 3)
On définit ensuite de nouvelles valeurs de Amin et Amax en divisant l’intervalle de valeurs de A [Amin,Amax] par deux. Plus précisément, si la valeur de référence de l’accélération ACCref est supérieure à la valeur de calcul du signal de mesure ACCcalc, alors on définit une nouvelle valeur Amin égale au coefficient directeur A déterminé par application de l’équation Eq. 3 tandis que la valeur Amax est maintenue inchangée.
Autrement, si la valeur de référence de l’accélération ACCref est inférieure à la valeur de calcul du signal de mesure ACCcalc, alors on définit une nouvelle valeur Amax égale au coefficient directeur A, tandis que la valeur Amin est maintenue inchangée.
Le procédé reprend ensuite à la deuxième étape.
On note que, pour déterminer le coefficient D, on détermine d’abord le coefficient B de l’équation Eq. 1 en déterminant l’écart entre la valeur de calcul du signal de mesure ACCcalc et le produit de la valeur A par le signal électrique RAW calc, puis on détermine le coefficient D par application de l’équation Eq. 2.
Pour déterminer les coefficients A et B, il est également possible de réaliser une résolution d’un système d’équations judicieusement choisies.
On rappelle que deux points suffisent pour déterminer une droite. On considère un premier point de coordonnées (X1,Y1) et un deuxième point de coordonnées (X2,Y2), les ordonnées Y1,Y2 étant des valeurs du signal de mesure ACC du capteur, les abscisses X1 ,X2 étant des valeurs du signal électrique RAW du capteur.
En appliquant l’équation Eq. 1 aux coordonnées du premier point et du deuxième point, on obtient alors le système d’équations suivant :
(Eq. 4)
En combinant les deux équations afin d’éliminer le coefficient B, on obtient :
(Eq. 5)
Connaissant le coefficient A, on obtient l’expression du coefficient B à partir de l’une ou l’autre des équations du système Eq. 4. Ci-dessous, le coefficient B est déterminé à partir de la deuxième équation du système Eq. 4 :
(Eq. 6) L’homme du métier comprendra que l’ordonnée à l’origine B peut être déterminée avec les coordonnées du premier point en substituant ces coordonnées aux coordonnées du deuxième point dans l’équation Eq. 6, le résultat obtenu étant alors identique.
La précision de la détermination des coefficients A et B dépend alors de la distance entre le premier point (X1,Y1) et le deuxième point (X2,Y2).
Le procédé de détermination d’un signal de mesure en fonction du signal électrique en sortie d’un capteur comprend ainsi les étapes suivantes illustrées par la figure unique.
Au cours d’une première étape 1, on détermine les valeurs Y1 et Y2 en appliquant la conversion du capteur à des valeurs X1 et X2 prédéfinies. Les valeurs X1 et X2 sont situées respectivement en limite haute et basse de la gamme de signaux électriques délivrables par le capteur.
Au cours d’une deuxième étape 2, on effectue ensuite la détermination des coefficients A et B en fonction des équations Eq. 5 et Eq. 6 et des coordonnées (X1,Y1) et (X2,Y2).
Connaissant les coefficients A et B ainsi que l’équation Eq. 1, on peut alors déterminer, au cours d’une troisième étape 3, les signaux de mesure Yi associés à tout signal électrique Xi délivré par le capteur sans faire appel à la conversion du capteur. Le calcul nécessaire à une telle détermination impliquant une multiplication et une addition, le temps associé est bien plus court et économe en puissance de calcul que la résolution d’une équation quadratique.
Les coefficients A et B restent valables tant que la température ne varie pas d’un écart supérieur à une valeur prédéfinie liée aux dérives thermiques du capteur, ou qu’une durée supérieure à une valeur prédéfinie liée aux dérives du capteur dues au vieillissement ne s’est pas écoulée.
Pour s’assurer que ces conditions sont bien respectées, au cours de la deuxième étape 2, on mémorise la température et l’instant lors de la détermination des coefficients A et B. Au cours d’une quatrième étape 4, on détermine alors une valeur de l’écart de température et une valeur de la durée écoulée, puis on compare la valeur de l’écart de température à une valeur prédéfinie d’écart de température et on compare la valeur de la durée écoulée à une valeur prédéfinie de durée écoulée. Si l’une ou l’autre
des valeurs déterminées est supérieure à la valeur prédéfinie correspondante, le procédé reprend à l’étape 1 afin de déterminer de nouveaux coefficients A et B. Un premier ensemble d’étapes 5 comprenant la première étape 1 et la deuxième étape 2 est réalisé à un premier instant en amont des mesures en temps réel de sorte que la durée de ces étapes n’est pas pénalisante pour l’application visée. En d’autres termes, la durée du premier ensemble d’étapes 5 ne déborde pas sur la période de mesures en temps réel.
Un deuxième ensemble d’étapes 6 comprenant la troisième étape 3 et la quatrième étape 4 est réalisé à un deuxième instant postérieur au premier, au cours duquel les signaux de mesures doivent être déterminés en temps réel à partir des signaux électriques du capteur.
Le procédé de détermination permet ainsi de déterminer un signal de mesure à partir d’un signal électrique du capteur sans passer par la conversion du capteur, et tout en tenant compte des effets de la température et du vieillissement. En effet, les dérives induites par ces deux paramètres sont intégrées dans l’équation polynomiale à chaque nouvelle détermination.

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de détermination d’un signal de mesure en fonction du signal électrique en sortie d’un capteur, le capteur comprenant un transducteur apte à générer un signal électrique en fonction de la grandeur à mesurer et une conversion du signal électrique en signal de mesure en fonction au moins d’une plage de valeurs mesurables par le capteur et d’au moins un paramètre physique autre que la grandeur à mesurer capable d’affecter l’amplitude du signal électrique généré, caractérisé par le fait qu’il comprend les étapes suivantes : • à un premier instant, on détermine le signal de mesure d’au moins deux couples de valeurs par application de la conversion du signal électrique en signal de mesure à au moins deux valeurs prédéterminées de signal électrique, chaque couple de valeur comprenant le signal électrique et le signal de mesure, et on détermine une fonction mathématique permettant d’obtenir un signal de mesure en fonction du signal électrique généré par le capteur en fonction des couples de valeurs comprenant le signal électrique et le signal de mesure correspondant, le signal de mesure obtenu par la fonction mathématique étant sensiblement égal au signal de mesure obtenu par application de la conversion du capteur au même signal électrique de capteur, puis • à un deuxième instant, on détermine au moins deux signaux de mesure par application de la fonction mathématique à au moins deux signaux électriques du capteur sans faire appel à la conversion du capteur, les acquisitions des deux signaux de mesure étant espacées dans le temps d’une durée inférieure à la durée de conversion d’un signal électrique en signal de mesure par la conversion du capteur.
  2. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on détermine la fonction mathématique par dichotomie. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on détermine la fonction mathématique par régression. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le capteur est un capteur de surveillance de la pression d’un pneumatique et la fonction mathématique est une fonction linéaire, au moins deux couples de valeurs étant nécessaires pour déterminer le coefficient directeur et l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel, pour déterminer le coefficient directeur et l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire, on applique les étapes suivantes : • pour chacun des couples de valeurs, on détermine l’ordonnée par application de la conversion du capteur à une abscisse prédéterminée, puis • on détermine le coefficient directeur comme le rapport de la différence entre l’ordonnée du deuxième couple de valeurs et l’ordonnée du premier couple de valeurs par la différence entre l’abscisse du deuxième couple de valeurs et l’abscisse du premier couple de valeurs, puis • on détermine l’ordonnée à l’origine comme la différence entre le rapport de l’ordonnée d’un des couples de valeurs par le coefficient directeur et l’abscisse dudit couple de valeurs.
  3. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l’abscisse prédéterminée du premier couple de valeurs et l’abscisse prédéterminée du deuxième couple de valeurs sont situées chacune à proximité d’une limite de la gamme de signaux électriques délivrables par le capteur. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel : • on mémorise la température lors de la détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire, • on détermine une valeur de l’écart de température entre la température présente et la température lors de la détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire, • on détermine si la valeur de l’écart de température est supérieure à une valeur prédéfinie d’écart de température, et • si tel est le cas, on commande une nouvelle détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire.
  4. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel : • on mémorise l’instant lors de la détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire, • on détermine une valeur de la durée écoulée fonction de l’instant présent et de l’instant lors de la détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire, • on détermine si la valeur de la durée écoulée est supérieure à une valeur prédéfinie de durée écoulée, et • si tel est le cas, on commande une nouvelle détermination du coefficient directeur et de l’ordonnée à l’origine de la fonction linéaire.
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