FR3114400A1 - Détermination de la position angulaire au moyen d’un capteur arbre à cames X+1 dents - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un procédé de détermination de la position angulaire d’un arbre au moyen d’un capteur (1) comprenant une roue dentée (2) comprenant p dents (d1-dp) angulairement équiréparties et une dent additionnelle (d+) et un élément sensible (3) apte à détecter une dent (d1-dp, d+), comprenant les étapes suivantes :- réception d’un signal dent et de sa date,- décalage des intervalles temporels précédents : Tn-3 ← Tn-2, Tn- 2 ← Tn- 1, Tn- 1 ← Tn,- détermination de l’intervalle temporel courant selon la formule Tn = tn-tn-1, - calcul d’un ratio selon la formule Rn = (Tn  * Tn-3) / (Tn-1  * Tn-2),- comparaison du ratio avec un seuil, si le ratio est supérieur au seuil, le signal dent courant correspond à la dent (d1) suivant immédiatement la dent additionnelle (d+). Figure d’abrégé : Figure 1

Description

Détermination de la position angulaire au moyen d’un capteur arbre à cames X+1 dents

L’invention concerne le domaine de la mesure de position angulaire d’un arbre tournant, tel un arbre à cames, pour un moteur à combustion interne.

Il est connu, pour déterminer la position angulaire d’un arbre rotatif, tel un arbre à cames, d’utiliser un capteur comprenant une roue dentée, solidaire de l’arbre, comprenant des dents et un élément sensible disposé fixe en regard de la roue dentée et apte à détecter une dent. Ce capteur est apte à fournir un signal pour chaque dent détectée.

Selon l’art antérieur, une roue dentée d’un capteur arbre à cames comprend un nombre réduit de dents, généralement compris entre 3 et 16. Ces dents sont irrégulières tant dans leur position que dans leur étendue angulaire respectives. Afin de déterminer la position angulaire de la roue dentée et donc de l’arbre associé, différentes méthodes existent qui, pour la plupart, tirent profit de cette irrégularité.

Or il est apparu récemment des capteurs arbre à cames dont la roue dentée est dite différentielle X+1, en ce qu’elle comprend X+1 dents, d’étendue angulaire le plus souvent réduite et le plus souvent égale d’une dent à l’autre, ces X dents étant équidistantes angulairement, soit disposées tous les 360°/X et une dent additionnelle (d’où l’appellation X+1 dents), disposée entre deux des X dents, préférentiellement au milieu de ces deux dents. Ce nouveau profil de roue dentée rend caduques les méthodes adaptées aux anciennes roues dentées, principalement du fait de la moindre irrégularité et asymétrie des dents.

Aussi, l’invention propose un nouveau paradigme pour déterminer la position angulaire d’une roue dentée X+1.

Pour cela, l’invention a pour objet un procédé de détermination de la position angulaire d’un arbre au moyen d’un capteur comprenant une roue dentée, solidaire de l’arbre, comprenant p dents angulairement équiréparties et une dent additionnelle disposée entre la dernière dent et la première dent, préférentiellement au milieu, et un élément sensible disposé fixe en regard de la roue dentée et apte à détecter une dent, comprenant les étapes suivantes :
- réception d’un signal dent et de sa date,
- décalage des intervalles temporels précédents : T_n-3← T_n-2, T_{n- 2}← T_{n- 1}, T_{n- 1}← T_n,
- détermination d’un intervalle temporel courant séparant le signal dent courant du signal dent précédent, par différence des dates, selon la formule T_n= t_n- t_n-1, avec T_nl’intervalle temporel courant, t_nla date du signal dent courant et t_n-1la date du signal dent précédent,
- calcul d’un ratio selon la formule R_n= (T_n* T_n-3) / (T_n-1* T_n-2), avec R_nle ratio pour le signal dent courant, T_nl’intervalle temporel courant pour le signal dent courant, T_n-1l’intervalle temporel pour le signal dent précédent d’ordre 1, T_n-2l’intervalle temporel pour le signal dent précédent d’ordre 2 et T_n-3l’intervalle temporel pour le signal dent précédent d’ordre 3,
- comparaison du ratio avec un seuil, si le ratio est supérieur au seuil, le signal dent courant correspond à la dent suivant immédiatement la dent additionnelle.

Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- le seuil est déterminé selon la formule :

G = k.max_{i =1..p, +} [((Ang_i - Ang_i-1) - (Ang_i-4 - Ang_i-3)) / ((Ang_i-2 - Ang_i-1) - (Ang_i-3 - Ang_i-2))], avec :

• G le seuil,
• max la fonction maximum,
• k un facteur d’acyclisme,
• Ang_ila position angulaire de la i^èmedent, avec i parcourant l’ensemble des p+1 dents, la dent supplémentaire comprise,

- le facteur d’acyclisme k est égal à 0,53,

- le procédé est appliqué à un arbre à cames.

Dans un deuxième aspect de l’invention, un contrôle moteur comprenant un tel procédé.

Dans un troisième aspect de l’invention, un véhicule automobile comprenant un tel contrôle moteur.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :

montre un capteur de position angulaire,

montre une mesure issue d’un tel capteur,

illustre un tableau des valeurs de ratio Rn.

La figure 1 illustre un capteur 1 apte à déterminer une position angulaire d’un arbre rotatif.

Ce capteur 1 comprend une roue dentée 2 de type différentielle solidaire en rotation de l’arbre dont on veut mesurer la position angulaire. Cette roue dentée 2 est du type X+1. Elle comprend X+1 dents, avec X dents d₁ - d_p, avec p = X, angulairement équiréparties autour de la périphérie de la roue dentée 2 et une dent supplémentaire d₊. X peut être quelconque.

La roue dentée 2 illustrée comprend 8 + 1 dents. Ces dents d₁ - d₈sont distantes de 360°/8 = 45°, la dent supplémentaire d₊est disposée à 22,5° de chacune de ses deux voisines.

La dent additionnelle d₊est disposée entre deux des X dents d₁ - d_p, préférentiellement au milieu. Il est supposé pour la suite, par convention, que la dent additionnelle d₊est disposée entre la dernière dent d_pet la première dent d₁.

Le capteur 1 comprend encore un élément sensible 3 disposé fixe en regard de la roue dentée 2. Cet élément sensible 3 est apte à détecter une dent d₁ - d_p, d₊. Le capteur 1 de manière connue, via l’élément sensible 3, produit une mesure tout ou rien, présentant un état haut, respectivement bas, lorsqu’il détecte de la matière, soit lorsque l’élément sensible 3 est en face d’une dent d₁ - d_p, d₊, et un état opposé, soit bas, respectivement haut, lorsqu’il ne détecte pas de matière, soit lorsque l’élément sensible 3 est en face d’un creux entre deux dents.

Aussi, l’élément sensible 3, pour chaque dent mécanique qu’il voit passer, va produire deux fronts : un premier front au début de la dent puis un deuxième front à la fin de la dent, opposé au premier front. Le premier front est par exemple montant, tandis que le deuxième est descendant, ou le contraire. Comme il a été vu précédemment, les dents sont identiques et l’information de longueur de dent, ou durée temporelle/angulaire entre les deux fronts, n’a que peu de pertinence. Aussi, il n’est retenu qu’un seul des deux fronts, que l’on nomme front actif ou signal dent S_n.

Ainsi, la mesure issue du capteur 1, figurée à la figure 2, est indicative de la présence d’une dent d₁ - d_p, d₊, et comprend un signal dent S_npour chaque dent d₁ - d_p, d₊. Le signal dent S_nest, par exemple, un front de début de dent ou front montant, respectivement un front de fin de dent ou front descendant, comme illustré. La mesure est réalisée en fonction du temps. Aussi, il est possible d’extraire de la mesure issue du capteur 1, la date t_noù se produit le signal dent S_net donc la date t_noù la dent d₁ - d_p, d₊passe devant l’élément sensible 3.

Le procédé de détermination de la position angulaire, utilise un tel capteur 1, et comprend les étapes suivantes récurrentes et itératives. L’unité de traitement 4 en charge de l’exécution du procédé reçoit la mesure issue du capteur 1 et en extrait, pour chaque passage de dent, un signal dent S_net sa date t_nd’occurrence.

Le procédé introduit une récurrence d’ordre 3. Ceci implique que le premier traitement nécessite de disposer de quatre signaux dent S_net donc de 5 dates t_nassociées afin de déterminer 4 intervalles temporels T_n. Aussi, lors de l’initialisation, les premières dates t_nsont stockées, jusqu’à disposer de 5 occurrences successives.

A partir de la date courante t_net de la date précédente t_n-1est déterminé un intervalle temporel courant T_n.

A chaque nouvelle réception d’un signal dent S_n, est réalisée une itération, et l’indice change. Une grandeur précédente d’ordre 3, indicée n-3, n’est plus utile, une grandeur précédente d’ordre 2, indicée n-2, devient la nouvelle grandeur précédente d’ordre 3, une grandeur précédente d’ordre 1, indicée n-1, devient la nouvelle grandeur précédente d’ordre 2, une grandeur courante, indicée n, devient la nouvelle grandeur précédente d’ordre 1. Une nouvelle grandeur courante, indicée n est déterminée en fonction du nouveau signal dent S_nreçu.

Ainsi une première étape consiste à décaler les intervalles temporels T_iprécédents, pour i compris entre n-2 et n, selon les affectations ordonnées et en cascade : T_n-3← T_n-2, T_{n- 2}← T_{n- 1}, T_{n- 1}← T_n, où la flèche ← représente une affectation.

Au cours d’une deuxième étape, est déterminé un nouvel intervalle temporel courant T_n. Un intervalle temporel T_nest la durée séparant le signal dent S_ncourant, soit le dernier reçu, du signal dent précédent S_n-1. L’intervalle temporel T_nest déterminé en calculant la différence des dates respectives, t_ndu signal dent courant S_net t_n-1du signal dent précédent S_n-1, selon la formule T_n= t_n - t_n-1.
Le principe de l’invention est de proposer un test permettant de discriminer une position angulaire particulière, soit une position liée à une dent particulière identifiable. Pour cela, à chaque détermination d’un nouvel intervalle temporel T_nun ratio R_nfonction de l’intervalle temporel courant T_net des intervalles temporels précédents est calculé.

Une fois identifiée ladite dent particulière, la position angulaire de la roue dentée 2, et donc de l’arbre duquel elle est solidaire, est connue avec précision à chaque réception d’un signal dent Sn, pour le futur et a posteriori pour le passé. Ceci permet de mesurer avec précision la position angulaire d’un arbre, tel un arbre à cames.

La position angulaire d’un arbre à cames est utile pour séquencer un contrôle moteur 4 et par exemple déterminer la date d’une injection.

Elle est encore classiquement utilisée pour préciser la position angulaire d’un vilebrequin. En effet un capteur vilebrequin mesure un angle modulo 360°, alors qu’un cycle moteur s’effectue sur 720°. La position angulaire d’un arbre à cames, qui effectue un tour par cycle moteur, permet ainsi d’obtenir une mesure de l’angle vilebrequin modulo 720°.

La position angulaire d’un arbre à cames peut encore permettre de déterminer une mesure de la position angulaire vilebrequin de secours en cas de défaillance du capteur vilebrequin. Pour cela, il faut, comme avantageusement proposé par l’invention, que le procédé de détermination de la position angulaire de l’arbre à cames soit autonome et typiquement qu’il ne nécessite pas, la mesure du capteur vilebrequin.

Selon une caractéristique, un ratio R_nest calculé selon la formule :

R_n= (T_n * T_n-3) / (T_n-1 * T_n-2), avec :

• R_nle ratio pour le signal dent courant S_n,
• T_nl’intervalle temporel courant correspondant au signal dent courant S_n, T_n-1l’intervalle temporel précédent d’ordre 1 pour le signal dent précédent d’ordre 1 S_n-1, T_n-2l’intervalle temporel précédent d’ordre 2 pour le signal dent précédent d’ordre 2 S_n-2et T_n-3l’intervalle temporel précédent d’ordre 3 pour le signal dent précédent d’ordre 3 S_n-3.

Le ratio R_npermet de discriminer efficacement une dent particulière, à savoir la dent d₁immédiatement suivante de la dent additionnelle d₊.

Ainsi, en référence au tableau de la figure 3, pour une roue dentée 8+1, le ratio R_n, calculé en supposant une vitesse de rotation constante, prend la valeur 4 pour la dent d₁, alors qu’il prend une valeur inférieure ou égale à 1 pour toutes les autres dents : 0,5 pour d₈et d₃et 1 pour les autres dents d₂, d₄, d₅, d₆, d₇et d₊.

Cette différence importante, dans un facteur 4, permet aisément de séparer la dent particulière d₁des autres, au moyen d’un seuil G choisi entre 1 et 4.

Cette différence importante permet encore de discriminer de manière robuste, y compris en intégrant un facteur d’acyclisme, tenant en compte les variations possibles de vitesse de l’arbre, par exemple dans les phases de démarrage. Ainsi, en considérant un facteur d’acyclisme de 1,9 ou de 1 / 1,9 = 0,53, il est considéré que la vitesse de rotation peut varier dans ce rapport et impacter la conversion temps/angle et ainsi le ratio R_n. En appliquant ce facteur d’acyclisme aux valeurs précédentes, on obtient un intervalle [0,26 ; 0,95] pour les dents d₃et d₈, un intervalle [0,53 ; 1,9] pour les dents d₂, d₄, d₅, d₆, d₇et d₊et un intervalle [2,11 ; 7,6] pour la dent d₁, nettement disjoint des deux intervalles précédents. Ce dernier intervalle, unique et bien discriminé permet de déterminer la position angulaire avec certitude.

Aussi, en choisissant, empiriquement, un seuil G compris entre 1,9 (= 1 * 1,9) et 2,11 (= 4 / 1,9), auquel on compare le ratio R_n, il est possible de déterminer si la dent courante, de signal dent S_n, est la dent particulière d₁suivant immédiatement la dent additionnelle d₊. Si le ratio R_nest supérieur au seuil G, la dent courante est la dent particulière d₁. Si, au contraire, le ratio R_nest inférieur au seuil G, la dent courante est une des autres dents d₂ - d_p, d₊. Une fois la dent particulière d₁identifiée, les signaux dent suivants S_npeuvent être associés aux dents suivantes avec une bonne certitude.

Le fait de reconnaître une dent particulière d₁, à chaque tour de roue dentée 2, permet de connaître la position angulaire de la roue dentée 2 et de l’arbre associé. Le fait que cette détermination soit absolue est avantageux en ce que cela permet un recalage à chaque tour, et ce, y compris en cas de perte (par exemple par brouillage) ou d’ajout (par exemple du fait d’un parasite) d’un signal dent S_n, ou en cas de changement du sens de rotation de la roue dentée 2.

Selon une autre caractéristique le seuil G est déterminé selon la formule : G = k.max_{i =1..p, +} [((Ang_i - Ang_{i -1}) - (Ang_{i -4} - Ang_{i -3})) / ((Ang_i-2 - Ang_{i -1}) - (Ang_{i - 3} - Ang_{i - 2}))]. Dans cette formule, k est un facteur d’acyclisme, Ang_ila position angulaire de la ième dent, avec i parcourant l’ensemble des p+1 dents d₁-d_p, d₊, la dent supplémentaire d₊comprise, max est la fonction maximum.

Pour une roue dentée 2 illustrative 8+1, le seuil G calculé par la formule précédente est bien compris dans l’intervalle [1,9 ; 2,11] précédent.

Selon une autre caractéristique, le facteur d’acyclisme k est égal à 0,53, soit 1 / 1,9.

Selon une autre caractéristique, le procédé est avantageusement appliqué à un arbre à cames.

L’invention concerne encore un contrôle moteur comprenant un tel procédé.

L’invention concerne encore un véhicule automobile comprenant un tel contrôle moteur.

L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.

1 : capteur,
2 : roue dentée,
3 : élément sensible,
4 : contrôle moteur,
d₁-d₈, d_p, d₊: dent.

Claims (6)

1. Procédé de détermination de la position angulaire d’un arbre au moyen d’un capteur (1) comprenant une roue dentée (2), solidaire de l’arbre, comprenant p dents (d₁-d_p) angulairement équiréparties et une dent additionnelle (d₊) disposée entre la dernière dent (d_p) et la première dent (d₁), préférentiellement au milieu, et un élément sensible (3) disposé fixe en regard de la roue dentée (2) et apte à détecter une dent (d₁ - d_p, d₊), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
   - réception d’un signal dent (S_n) et de sa date (t_n),
   - décalage des intervalles temporels précédents : T_n-3← T_n-2, T_{n- 2}← T_{n- 1}, T_{n- 1}← T_n,
   - détermination d’un intervalle temporel courant (T_n) séparant le signal dent courant (S_n) du signal dent précédent (S_n-1), par différence des dates, selon la formule T_n= t_n - t_n-1, avec T_nl’intervalle temporel courant, t_nla date du signal dent courant (S_n) et t_n-1la date du signal dent précédent (S_n-1),
   - calcul d’un ratio (R_n) selon la formule R_n= (T_n * T_n-3) / (T_n-1 * T_n-2), avec R_nle ratio pour le signal dent courant (S_n), T_nl’intervalle temporel courant pour le signal dent courant (S_n), T_n-1l’intervalle temporel pour le signal dent précédent d’ordre 1 (S_n-1), T_n-2l’intervalle temporel pour le signal dent précédent d’ordre 2 (S_n-2) et T_n-3l’intervalle temporel pour le signal dent précédent d’ordre 3 (S_{n -3}),
   - comparaison du ratio (R_n) avec un seuil (G), si le ratio (R_n) est supérieur au seuil (G), le signal dent courant (S_n) correspond à la dent (d₁) suivant immédiatement la dent additionnelle (d₊).
2. Procédé selon la revendication précédente, où le seuil (G) est déterminé selon la formule : G = k.max_{i =1..p, +} [((Ang_i-Ang_{i -1})-(Ang_{i -4}-Ang_{i -3}))/((Ang_{i -2}-Ang_{i -1})-(Ang_{i - 3}-Ang_{i - 2}))], avec G le seuil, max la fonction maximum, k un facteur d’acyclisme, Ang_ila position angulaire de la i^èmedent, avec i parcourant l’ensemble des p+1 dents (d₁ - d_p, d₊), la dent supplémentaire (d₊) comprise.
3. Procédé selon la revendication précédente, où le facteur d’acyclisme k est égal à 0,53.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un arbre à cames.
5. Contrôle moteur (4) caractérisé en ce qu’il comprend un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
6. Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend un contrôle moteur selon la revendication précédente.