FR2954825A1

FR2954825A1 - Procede et dispositif de determination de position d'un element magnetique par un reseau de capteurs

Info

Publication number: FR2954825A1
Application number: FR0906388A
Authority: FR
Inventors: Eric Servel
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-07-01
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: FR2954825B1

Abstract

La présente invention vise à augmenter sensiblement la course mesurable par chaque capteur à effet Hall d'un réseau de capteurs, de manière à économiser le nombre de capteurs. Pour ce faire, la position dudit élément magnétique est déterminée à partir de ratios faisant intervenir les rapports des tensions en sortie des capteurs à effet Hall et variant linéairement avec le déplacement de l'élément magnétique. Un dispositif de détermination de position (X) selon l'invention comporte des moyens (2) pour mesurer au moins une première et une deuxième tensions (V1, V2) en sortie respectivement de premier et deuxième capteurs linéaires à effet Hall (C1, C2) d'un réseau (R). Ledit dispositif (1) comporte des moyens (3) pour calculer un premier

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer la position d'un élément magnétique détecté par un réseau de capteurs linéaires à effet Hall. L'invention est particulièrement bien adaptée à la détermination de la position d'un tel élément magnétique se déplaçant selon une trajectoire linéaire par rapport à un réseau de capteurs comprenant au moins deux capteurs linéaires à effet Hall. Par le document WO-03/058171, il est connu d'utiliser un tel réseau de capteurs pour déterminer la présence d'un élément magnétique û un aimant par exemple û entre deux capteurs à effet Hall adjacents de type « à bascule » (c'est-à-dire fournissant des informations « tout ou rien »), afin de déduire la position dudit élément magnétique par rapport au réseau de capteurs. Cependant, la détermination de la position reste très approximative, puisque seule la présence de l'élément magnétique entre les deux extrémités d'un même capteur peut être déterminée. Aussi, pour améliorer la précision, il convient alors d'augmenter le nombre de 15 capteurs à effet Hall utilisés dans le réseau, ce qui accroît considérablement le coût et la complexité de mise en oeuvre du réseau. Pour pallier cet inconvénient, il est recouru de façon connue à des capteurs à effet Hall de type « linéaire ». Du fait que la variation de tension de sortie de ce type de capteur dépend de la position de l'élément magnétique par rapport au capteur, il est possible de 20 déterminer la position exacte dudit élément par rapport audit capteur. Cependant la course de l'élément magnétique mesurable est faible, ce qui nécessite encore l'utilisation d'un nombre élevé de capteurs à effet Hall au sein d'un même réseau. Pour en limiter le nombre, il est également connu, par le document de brevet FR-292688 (dont la demanderesse est titulaire), d'étendre la course de l'élément magnétique 25 mesurable par chaque capteur à effet Hall de type linéaire. Pour cela, des moyens sont mis en oeuvre pour calculer le ratio entre une première et une seconde tension, les tensions étant mesurées en sortie respectivement de deux capteurs à effet Hall de type linéaire adjacents. La position de l'élément magnétique est ensuite déduite du ratio calculé. 30 En adaptant les dimensions de l'élément magnétique, il est tout à fait possible d'augmenter davantage la course mesurable. Toutefois, cela se fait au détriment du coût de fabrication. La présente invention vise à dépasser la technique antérieure précitée et, notamment, à augmenter sensiblement la course mesurable par chaque capteur linéaire à 35 effet Hall d'un réseau de capteurs, de manière à économiser le nombre de capteurs. Pour ce faire, la position dudit élément magnétique est déterminée à partir de ratios faisant intervenir les tensions en sortie des capteurs linéaires à effet Hall. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de détermination de la position d'un élément magnétique par rapport à un réseau de capteurs comprenant au moins un premier et un deuxième capteurs linéaires à effet Hall, ledit élément magnétique se déplaçant par rapport audit réseau de capteurs suivant une trajectoire linéaire. Dans ce procédé, au moins une première et une deuxième tension étant déterminées en sortie respectivement desdits premier et deuxième capteurs linéaires à effet Hall et lesdits capteurs étant identiques et orientés selon une même direction : A/ les étapes préalables suivantes sont effectuées : • lorsque la valeur absolue de la première tension est au plus égale à la valeur absolue de la deuxième tension, un premier rapport r1 est établi à partir de la relation ri= IV~I , dans laquelle IV1I et IV21 sont respectivement les valeurs I absolues des première et deuxième tensions déterminées ; et . lorsque la valeur absolue de la première tension est au moins égale à celle de la deuxième tension, un deuxième rapport r2 est établi à partir de la relation IV2I~ r2=\2ùIV1I~ ;et B/ la position dudit élément magnétique est déterminée en liaison directe avec lesdits rapports r1 ou r2 calculés à l'étape A/ lorsque la tension IVI I est respectivement 20 inférieure ou supérieure à la tension IV21. Ainsi, grâce à l'invention, la course mesurable par capteur linéaire à effet Hall est sensiblement augmentée tout en conservant une excellente linéarité. En outre, afin que l'évolution des rapports r1 et r2 en fonction de la position de l'élément présente une linéarité optimum, il est avantageux : 25 . d'ajuster l'espacement entre lesdits premier et deuxième capteurs à effet Hall adjacents ; et/ou • de mettre en oeuvre une table de correction. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, ledit réseau de capteurs comporte au moins un troisième capteur linéaire à effet Hall à proximité 30 du deuxième capteur. Dans ce mode particulier, les étapes suivantes sont effectuées : • lorsque les première et deuxième tensions utilisées lors des étapes N et B/ correspondent respectivement aux tensions déterminées en sortie des premier et deuxième capteurs à effet Hall et que la tension en sortie du deuxième capteur devient nulle, les étapes N et B/ sont répétées avec, pour première et deuxième tensions, les tensions déterminées en sortie respectivement des deuxième et troisième capteurs à effet Hall ; et • lorsque les première et deuxième tensions utilisées lors des étapes A/ et B/ correspondent respectivement aux tensions déterminées en sortie des deuxième et troisième capteurs à effet Hall et que la tension en sortie du deuxième capteur devient nulle, les étapes A/ et B/ sont répétées avec, pour première et deuxième tensions, les tensions déterminées en sortie respectivement des premier et deuxième capteurs à effet Hall. La présente invention concerne également un dispositif pour déterminer la position d'un élément magnétique comprenant au moins des premier et deuxième capteurs linéaires à effet Hall consécutifs d'un réseau, ledit élément magnétique se déplaçant suivant une trajectoire linéaire et ledit dispositif comportant des moyens pour mesurer au moins une première et une deuxième tension en sortie respectivement desdits premier et deuxième capteurs à effet Hall linéaires. Lesdits premier et deuxième capteurs à effet Hall linéaires étant identiques et orientés selon une même direction, ledit dispositif comporte : • des moyens de calcul pour déterminer : lorsque la valeur absolue de la première tension est au plus égale à la valeur absolue de la deuxième tension, un premier rapport r1 à partir de la relation r1= IV~I , dans laquelle IV1 I et IV21 sont respectivement les 1 valeurs absolues des première et deuxième tensions déterminées ; et - lorsque la valeur absolue de la première tension est au moins égale à celle de la deuxième tension, un deuxième rapport r2 à partir de la relation ( IV2Il r2=\2ù1\711) ;et • des moyens de gestion numérique pour déterminer la position dudit élément magnétique détecté par le réseau de capteurs à partir desdits rapports calculés par les moyens de calcul. La présente invention concerne également un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme de l'unité numérique pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de l'exemple de réalisation détaillé qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : • la figure 1, un schéma synoptique d'un exemple de dispositif de détermination de position, conforme à la présente invention, mettant en oeuvre un premier et un deuxième capteurs linéaires à effet Hall consécutifs ; • la figure 2, un diagramme d'évolution d'une première et d'une deuxième tensions en sortie respectivement des premier et deuxième capteurs de la figure 1, ainsi que d'évolution du rapport des premières et deuxièmes tensions, en fonction de la position d'un élément magnétique se déplaçant linéairement par rapport aux premier et deuxième capteurs à effet Hall, conformément à la présente invention ; la figure 3, le dispositif de détermination de position de la figure 1, lorsque le réseau de capteurs comporte trois capteurs linéaires à effet Hall consécutifs. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables ou équivalents. Sur la figure 1, un dispositif 1, conforme à l'invention, est destiné à déterminer la position X du centre de gravité G d'un élément magnétique A - un aimant dans l'exemple illustré - par rapport à un réseau de capteurs R. Ce réseau comporte un premier et un deuxième capteur linéaire à effet Hall consécutifs Cl et C2, ledit aimant A se déplaçant par rapport audit réseau de capteurs R suivant une trajectoire linéaire D. Chaque capteur à effet Hall linéaire Cl, C2 comprend un plan de mesure (non représenté) permettant de mesurer la composante perpendiculaire à ce plan du champ magnétique B émis par l'élément A. Dans le réseau de capteurs, les plans de mesure de tous les capteurs à effet Hall linéaires sont coplanaires. Dans le cadre de la présente invention, les capteurs à effet Hall linéaires Cl et C2 du réseau R sont considérés comme identiques et orientés selon une même direction, 25 c'est-à-dire dans un même sens ou dans un sens opposé. Comme le montre la figure 2, lorsque ces capteurs sont orientés dans un même sens, l'évolution des tensions V1 et V2, mesurées respectivement en sortie du premier et du deuxième capteur Cl et C2, peut être approximée par une fonction linéaire à pente croissante couvrant l'ensemble des plages Dl et D2 de déplacement D de l'aimant de 30 part et d'autre du centre respectif 11, 12 des capteurs Cl, C2. Pour obtenir une telle configuration, il convient de dimensionner de manière appropriée au moins l'un des paramètres suivants : • les dimensions de l'aimant A ; • l'écart entre les deux capteurs Cl et C2 à effet Hall linéaires ; 35 • l'écart entre l'aimant A et le plan de mesure des capteurs Cl et C2.

Par ailleurs, tel qu'illustré sur la figure 1, le dispositif 1 comporte des moyens 2 pour mesurer les première et deuxième tensions VI et V2 en sortie respectivement desdits premier et deuxième capteurs C1 et C2.

En outre, selon l'invention, le dispositif 1 comporte également une unité numérique 5 U équipée de moyens de calcul 3 et de moyens de gestion numérique 4. Ils sont aptes à calculer :

. lorsque la valeur absolue de la première tension IV11 est au plus égale à la valeur absolue de la deuxième tension IV21 (soitlVl <_ 1V21), un premier rapport I\7l1 ri à partir de la relation r1= 1V21 ; et 10 • lorsque la valeur absolue de la première tension IV11 est au moins égale à celle de la deuxième tension IV21 (soitlVl) -1V21 ), un deuxième rapport r2 à partir de IV2 la relation r2 = 2 ù 1V1 1Ainsi, lorsque la valeur absolue IV1 I est égale à IV21 (soit (\711=1V21), les rapports r1 et r2 sont égaux (soitrl = r2 ), ce qui traduit la continuité de valeurs entre r1 et r2. 15 Autrement dit, il est possible de passer du rapport r1 au rapport r2, et inversement, sans discontinuité lorsque lV11=1\721. Sur la figure 2, l'évolution du rapport IV1I/1\721 a en outre été représentée (jusqu'au point I où IV]] =1V21), ainsi que celle du rapport IV21/1V11 (après passage par le point I) en fonction de la position X de l'aimant A. 20 De plus, les moyens de gestion numérique 4 déterminent la position X de l'élément A par rapport au réseau de capteurs à partir d'un desdits rapports r1, r2 obtenus par les moyens de calcul 3. Pour ce faire, l'évolution des rapports r1 et r2 en fonction de la position de l'élément A est considérée comme linéaire avec l'approximation linéaire de l'évolution des

25 tensions V1, V2, sur l'ensemble des plages de position D1 et D2, autour des centres 11, 12, des capteurs à effet Hall linéaires Cl, C2. Il est alors aisé d'en déduire la position X de l'élément A.

Dans ces conditions, la position X de l'aimant est déterminée comme directement proportionnelle au rapport r1 ou r2 : 1\711 30 • lorsque I\7iI <_ 1\721, alors X = kl. V2I où k1 est une constante ; • lorsque IV lI ? IV2I , alors X = k2./2 ù IV lI l avec k2 constante, les constantes k1 IV l) et k2 (éventuellement égale à k1) sont fixées par étalonnage. Il ne se produit aucune discontinuité de valeurs lorsque IViI = IV2I . Ainsi, à titre d'exemple illustratif mais nullement limitatif, lorsque la longueur de l'aimant A est choisie égale à 14 mm, la course mesurable D dudit élément A obtenue par l'ensemble des deux capteurs Cl et C2 est, grâce à l'invention, de l'ordre de 28 mm. Afin que l'évolution des rapports r1 et r2 en fonction de la position X de l'élément A présente une linéarité optimum, il est possible : • d'ajuster l'écart entre les premier et second capteurs Cl et C2 ; et/ou 10 • d'utiliser une table de correction adaptée. II est à noter que les calculs précédents sont pris en considérant la valeur absolue des tensions V1 et V2. Bien entendu, il serait équivalent d'utiliser l'opposé de la tension V2 pour la comparer à la tension VI lorsqu'une des tensions est positive et l'autre négative. 15 Par ailleurs, il est possible de mettre en oeuvre plus de deux capteurs, par exemple trois capteurs, comme illustré par la figure 3. Le troisième capteur à effet Hall linéaire C3, est disposé adjacent au deuxième capteur C2, chaque capteur Cl à C3 définissant une position de référence 11, 12, 13 pour la détermination de la position X de l'élément magnétique A. 20 Dans une étape préliminaire, les tensions VI à V3 en sortie des trois capteurs Cl à C3 du réseau R sont mesurées et il est alors déduit, à partir des niveaux de champ (c'est-à-dire des valeurs des tensions respectives), entre quels capteurs Cl à C3 l'aimant A est situé. Ensuite, seuls les deux capteurs pour lesquels l'élément magnétique A est le plus 25 proche seront utilisés pour la détermination de sa position X. Par la suite, il est supposé que l'aimant A est initialement positionné entre le premier et le deuxième capteur Cl et C2 et qu'il se déplace en direction du troisième capteur C3. Le passage par une position de référence 12 (en l'espèce celle du deuxième capteur C2), permet de passer sans discontinuité du premier couple de capteurs, formés des premier 30 et deuxième capteurs Cl et C2, au couple suivant, formés des deuxième et troisième capteurs C2 et C3. Ainsi, lorsque l'élément magnétique A est situé entre les premier et deuxième capteurs Cl et C2, les moyens 4 déterminent la position X de celui-ci de la manière détaillée précédemment, à partir des tensions respectives VI et V2. Lorsque l'élément 35 magnétique A se déplace vers le troisième capteur C3 et se retrouve entre les deuxième et troisième capteurs C2 et C3, les moyens 4 déterminent alors la position X dudit élément A de la même façon que dans le cas précédent, mais cette fois-ci à partir des tensions respectives V2 et V3. Autrement dit, dans le calcul des rapports r1 et r2, les tensions V1 et V2 sont respectivement remplacées par les tensions V2 et V3.

Le passage d'un premier couple de capteurs (Cl, C2) à un second couple de capteurs (C2, C3), et inversement, est effectué lorsque la tension V2 en sortie du deuxième capteur C2 devient nulle, correspondant alors à la transition de continuité de rapports de tensions V2/V1= 0/V1= 0/V3 = V2/V3 . L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. Il est par exemple possible d'utiliser un nombre de capteurs supérieur à trois et adapté à la course prévue pour l'élément magnétique. De plus, la distance relative des capteurs peut être adaptée en fonction de contraintes extérieures (encombrement, etc.). Par ailleurs, l'élément magnétique peut être un dipôle ou tout élément magnétiquement polarisé.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de position (X) d'un élément magnétique (A) détecté par un réseau de capteurs (R) comprenant au moins un premier et un deuxième capteurs à effet Hall (Cl, C2) linéaires adjacents, ledit élément magnétique (A) se déplaçant par rapport audit réseau (R) de capteurs suivant une trajectoire linéaire et une première et une deuxième tensions (V1, V2) étant déterminées en sortie respectivement desdits premier et deuxième capteurs linéaires à effet Hall (C1, C2), caractérisé en ce que, lesdits capteurs à effet Hall linéaires étant identiques et orientés selon une même direction : A/ les étapes préalables suivantes sont effectuées : . lorsque la valeur absolue de la première tension est au plus égale à la valeur 10 absolue de la deuxième tension, un premier rapport r1 est établi à partir de la V1I relation r1= 11 V2 , dans laquelle IV1I et IV21 sont respectivement les valeurs absolues des première et deuxième tensions déterminées ; et • lorsque la valeur absolue de la première tension est au moins égale à celle de la deuxième tension, un deuxième rapport r2 est établi à partir de la relation • IV2I~ 15 r2ù2 • IV1I~ ; et B/ la position dudit élément magnétique est déterminée en liaison directe avec lesdits rapports r1 ou r2 calculés à l'étape A/ lorsque la tension IV1 I est respectivement inférieure ou supérieure à la tension IV21.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'évolution desdits rapports 20 calculés (r1, r2) en fonction de la position (X) dudit élément magnétique (A) présente une linéarité optimum en fonction d'un ajustage d'espacement entre lesdits premier et deuxième capteurs à effet Hall (Cl, C2) consécutifs.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel une table de correction est mise en oeuvre pour améliorer la linéarité de l'évolution desdits rapports 25 calculés (r1, r2) en fonction de la position (X) dudit élément magnétique (A).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, ledit réseau de capteurs (R) comportant au moins un troisième capteur à effet Hall (C3) linéaire adjacent au deuxième capteur (C2) : • lorsque les première et deuxième tensions utilisées lors des étapes A / et B/ 30 correspondent respectivement aux tensions (V1, V2) déterminées en sortie des premier et deuxième capteurs à effet Hall (Cl, C2) et que la deuxième tension (V2) en sortie du deuxième capteur (C2) devient nulle, les étapes N et B/ sont répétées avec, pour première et deuxième tensions, les tensions (V2, V3) déterminées en sortie respectivement des deuxième et troisième capteurs à effet Hall (C2, C3) ; et • lorsque les première et deuxième tensions utilisées lors des étapes A / et B/ correspondent respectivement aux tensions (V2, V3) déterminées en sortie des deuxième et troisième capteurs à effet Hall (C2, C3) et que la tension (V2) en sortie du deuxième capteur (C2) devient nulle, les étapes A/ et B/ sont répétées avec, pour première et deuxième tensions, les tensions (V1, V2) déterminées en sortie respectivement des premier et deuxième capteurs à effet Hall (C1, C2).
5. Dispositif de détermination de position (X) de mise oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens (2) pour mesurer au moins une première et une deuxième tensions (V1, V2) en sortie respectivement de premier et deuxième capteurs linéaires à effet Hall (Cl, C2) d'un réseau (R), caractérisé en ce que, lesdits premier et deuxième capteurs (Cl, C2) étant identiques et orientés selon une même direction, ledit dispositif (1) comporte : • des moyens (3) pour calculer : lorsque la valeur absolue de la première tension est au plus égale à la valeur absolue de la deuxième tension, un premier rapport r1 à partir de la IV1 relation r1=IV2I , dans laquelle IV1 I et IV21 sont respectivement les valeurs absolues des première et deuxième tensions déterminées ; et lorsque la valeur absolue de la première tension est au moins égale à celle de la deuxième tension, un deuxième rapport r2 à partir de la relation IV2I1 r2 = 2 ù IVl ~ ' et • des moyens de gestion numérique (4) pour déterminer la position (X) dudit élément magnétique (A) détecté par le réseau de capteurs (R) à partir desdits rapports (ri, r2) calculés par les moyens de calcul (3).
6. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme d'une unité numérique (U) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.