WO2012059149A1 - Procede et dispositif de determination de la position d'un element magnetique utilisant des cellules a effet hall lineaires - Google Patents

Procede et dispositif de determination de la position d'un element magnetique utilisant des cellules a effet hall lineaires Download PDF

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WO2012059149A1
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magnetic element
cell
hall effect
axis
longitudinal axis
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PCT/EP2011/004168
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Inventor
Eric Servel
Original Assignee
Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/68—Inputs being a function of gearing status
    • F16H59/70—Inputs being a function of gearing status dependent on the ratio established

Definitions

  • the present invention relates to a device for determining the position of a magnetic element using linear Hall effect position sensors.
  • the invention also relates to a method associated with this device.
  • the invention applies to detecting the position of a gearbox selector of a motor vehicle and makes it possible to anticipate the gear ratio that is selected by the driver.
  • a gear ratio of a motor vehicle is generally carried out, for a manual gearbox, by a shifter located in the passenger compartment of the vehicle which, via a transmission linkage connected a gearbox selection axis selects, by different gear systems, known to those skilled in the art and not detailed here, a speed ratio in the gearbox.
  • the latter is usually located under the vehicle and connected to the wheels and the engine.
  • the shifter can move in two perpendicular directions.
  • vehicle speed the speed ratio engaged in the gearbox
  • neutral the zero speed ratio.
  • the shift of the gear lever is transmitted in the gearbox, to the gear selection axis, also called gear selector, which moves in translation along a longitudinal axis and in rotation about this longitudinal axis of the gearbox. speeds.
  • This position sensor generally comprises a linear hall effect cell, connected to an integrated electronic circuit.
  • a linear Hall effect cell is understood to mean an element made of conductive or semiconductor material traversed by a current and subjected to a magnetic field perpendicular to this current, which produces an output voltage proportional to the magnetic field and the current flowing therethrough.
  • the measurement plane of the Hall effect cell is perpendicular to the magnetic field emitted by the magnetic element. In the rest of the description, Hall effect cell will be called a linear Hall effect cell.
  • the position sensor 60 is generally located on the casing 10 of the gearbox 30, facing a magnetic element 50 located on the gear selector 20 (via a support 40) which moves, during the selection of speeds, in rotation , in a main direction Z, and in translation in a secondary direction X, relative to a longitudinal axis A of the selector 20.
  • the magnetic element 50 is oriented in such a way that it creates a magnetic field B which varies with the direction movement of the gear selector 20 that it is desired to detect.
  • the magnetic field B is oriented perpendicularly to the longitudinal axis A, and transversely to the speed selector 20, in order to measure the displacement in rotation along the main direction Z of the speed selector 20.
  • FIG. 2 represents a view from above of FIG. 1.
  • the magnetic field B is oriented along a transverse axis B of the gearbox 30.
  • a Hall effect cell 70 detects the variations of the magnetic field B induced by the displacement in translation or in rotation (as in the example illustrated in FIG. 1) of the magnetic element 50 and thus determines the position of the gear selector 20.
  • this detection can be done only in a direction of movement of the gear selector 20, the Hall effect cell 70 being sensitive only to a direction of the magnetic field B emitted by the magnetic element 50.
  • the Hall effect cell 70 and the magnetic element 50 are positioned to determine the rotational position, in the main direction Z, of the gear selector 20.
  • the magnetic field B created by the magnetic member 50 and detected by the position sensor 60 is oriented along the transverse axis B of the gearbox 30. If the gear selector 20 rotates in the positive direction, along the main direction Z, this means that one of the even speeds (the 2nd, the 4th) or the reverse gear R is selected by the gear lever 80. If it turns in the opposite direction, it is negative, one of the odd speeds is selected (the 1st, 3rd or 5th) and finally if it is centered on the longitudinal axis A, then the gear lever 80 is considered in neutral.
  • an additional magnetic element 500 on the gear selector 20 oriented in such a way that it creates a magnetic field B 2 , in the second direction of displacement or secondary direction X that it is desired to detect (in our example, the translation), and a position sensor 600 located opposite said additional magnetic element (for example on the housing 10 of the gearbox 30, not shown in FIG. Figure 3) and comprising one or two Hall cells 700a and 700b. These are located in the same measurement plane and oriented so as to measure this second magnetic field S 2 . These two Hall effect cells 700a and 700b thus each produce an output voltage proportional to the displacement of the gear selector 20, in this case in translation, along the positive direction of the secondary direction X.
  • the configuration describing a single effect cell Hall by position sensor is described in the patent application WO 97 46 815.
  • a device comprising two magnetic elements 50 and 500 and two position sensors 60 and 600 (each comprising one or two Hall effect cells) thus makes it possible to detect the movement of the gear selector in two directions, in rotation and in translation, and thus to determine the speed selected by the user via the gear lever.
  • this device has the disadvantage of requiring two position sensors each associated with a magnetic element. This device is therefore very penalizing both in terms of cost and in terms of dimensioning.
  • the invention therefore proposes to remedy this drawback by proposing a device requiring only one magnetic element while keeping the same precision on the determination of the speed selector, according to the two directions.
  • the subject of the present invention is a device for determining the position of a magnetic element, said magnetic element being able to be displaced along at least two directions with respect to a longitudinal axis, a first direction, called a principal direction, and a second direction. direction, called secondary direction.
  • the device comprises:
  • Two sets of two Hall effect cells measuring the same magnetic field generated by the magnetic element, a first set comprising a first cell and a second cell along a first axis substantially perpendicular to the longitudinal axis, and a second a set comprising a third cell and a fourth cell along a second axis substantially parallel to the first axis, the magnetic element being movable relative to said two sets of two Hall effect cells,
  • said device comprises two contiguous position sensors each comprising a set of two Hall effect cells.
  • said device comprises a position sensor comprising the two sets of two Hall effect cells.
  • the position sensor is advantageously placed in the magnetic field created by the magnetic element and is located opposite said magnetic element.
  • the position sensor has four Hall effect cells each providing an output voltage which is proportional to the intensity of the magnetic field created by the magnetic element.
  • the device comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination:
  • Hall effect cells are linear Hall effect cells
  • the Hall effect cells are substantially identical to each other, the Hall effect cells are coplanar,
  • the magnetic element is a single magnet, that is to say non-multipole.
  • the first and second calculation means are separate means. In a preferred embodiment, the first and second calculation means are advantageously the same.
  • the measuring means are separate means to each Hall effect cell.
  • the measuring means are advantageously common to the four Hall effect cells.
  • the main direction is that of the rotation of the magnetic element around the longitudinal axis and the secondary direction is that of the translation of the magnetic element along the longitudinal axis.
  • the main direction is that of the translation of the magnetic element along the longitudinal axis and the secondary direction is that of the rotation of the magnetic element around the longitudinal axis.
  • the device allows the detection of the rotation and translation of a gearbox selector of a motor vehicle.
  • the magnetic element is placed on the axis gearbox selector, the longitudinal axis.
  • the measuring means are existing means of the vehicle capable of measuring the voltages at the terminals of the Hall effect cells.
  • the first and second calculation means comprise at least one computer capable of calculating the position of the magnetic element from the voltages obtained at the output of the Hall effect cells by the measuring means.
  • the computer may be, in a particular embodiment, a computer of the vehicle providing other functions.
  • the main direction of movement is that of the rotation of the gear selector about the longitudinal axis
  • the secondary direction is the translation of the gear selector along the longitudinal axis
  • the main direction of travel is that of the translation of the gear selector along the longitudinal axis and the secondary direction is the rotation of the gear selector. gear selector about the longitudinal axis.
  • the invention also relates to a method for determining the position of a magnetic element, from the device as described. Said method comprises the steps of:
  • V 3 the terminal voltage at the third cell and 4 the terminal voltage at the fourth cell
  • the value P is calculated from a geometric mean jv 2 + V 2, -N 2 + V 4 2 between two voltages for each of the two sets of two Hall effect cells.
  • the value P is calculated so that it is equal to: either a ratiometric ratio ⁇ ⁇ defined by P x
  • the choice of the ratiometric ratio being a function of the result of a comparison between the two geometric means.
  • the predefined constant k adjusts the accuracy of the device. This adjustment allows the user to take into account the dimensioning tolerances among other things of the magnetic element (size, positioning) or positional deviations between the position sensor and the magnetic element or cell measurement tolerances. Hall effect.
  • the value P is chosen so that:
  • the method in order to obtain a better accuracy in the determination of the position of the magnetic element, the method comprises a preliminary step of dimensioning at least one of the following elements:
  • the method comprises an additional step of determining the position of the magnetic element in the main direction from a tangent arc calculation between the first voltage V x and the second voltage V 2 and a calculation. arc tangent between the third voltage V 3 and the fourth voltage V A.
  • the double arctangent calculation between the first voltage V and the second voltage V 2 and between the third voltage V 3 and the fourth voltage V 4 makes it possible to obtain a redundancy of the information on the position of the magnetic element according to the main direction.
  • the method makes it possible, without limitation, to detect the rotation and translation of a gearbox selector of a motor vehicle, the magnetic element being placed on the gearbox selector, the longitudinal axis.
  • FIGS. 1 to 7 are in no way limiting, represented in FIGS. 1 to 7, in which:
  • FIG. 1 already mentioned, represents a partial schematic view of a gearbox equipped with a position sensor according to the prior art
  • FIG. 2 already cited, represents a partial schematic view from above of a gearbox equipped with the position sensor of FIG. 1
  • FIG. 3, already mentioned, represents a partial schematic view of a gearbox equipped with two position sensors according to the prior art
  • FIG. 4 represents a diagram of a device for determining the position of a magnetic element placed on a gearbox selector according to the invention
  • FIG. 5 represents a partial schematic view of a gearbox equipped with a position sensor according to the invention
  • FIGS. 6 and 7 represent graphical representations of the measurements of the positioning of the speed selector according to the invention.
  • a device 1 for determining the position of a magnetic element 50 located on a selector 20 of a gearbox of a motor vehicle is illustrated in FIG. 4.
  • the device 1 is illustrated and described, without limitation, in the context of a magnetic element 50 located on a selector 20 of a gearbox of a motor vehicle traction. This choice is not limiting and the device can also be used for determining the position of a magnetic element 50 located on a gear selector of a motor vehicle.
  • the magnetic element 50 moves, during the selection of speed by a user of the vehicle, in rotation in a main direction Z, and in translation in a secondary direction X, relative to a longitudinal axis A of the gear selector.
  • the device is described for a gearbox having six speeds (five speeds and one reverse), as shown in Figure 5.
  • the device 1 comprises a position sensor 60 generally located on the housing of the gearbox 30, facing the magnetic element 50.
  • the position sensor 60 as illustrated in FIG. 5, comprises two sets of two Hall effect cells:
  • a first set comprising a first cell 70a and a second cell 70b
  • a second set comprising a third cell 70c and a fourth cell
  • Each Hall effect cell 70a, 70b, 70c, 70d provides an output voltage, respectively V x , V 2 , V 3 and 4 , which is proportional to the intensity of the magnetic field B created by the magnetic element 50.
  • the Hall effect cells are coplanar and are positioned in such a way that:
  • the two cells 70a, 70b of the first set are aligned on a first axis, said first transverse axis B, substantially perpendicular to the longitudinal axis A of the gear selector 20,
  • the two cells 70c, 70d of the second set are aligned on a second axis, called the second transverse axis C, substantially parallel to the first transverse axis B.
  • the two sets of two cells are offset by a few millimeters along the longitudinal axis A, for example of the order of eight millimeters.
  • the device 1 further comprises (see FIG. 4):
  • Second means 92 for calculating the position of the magnetic element 50 in the secondary direction X, from the voltages produced by the Hall effect cells.
  • the measuring means 90 are able to measure the voltages at the terminals of each Hall effect cell 70a to 70d.
  • the first calculation means 91 are able to calculate the position of the magnetic element in the main direction Z, from the measurements of the output voltages of each Hall effect cell.
  • the measurement means 90 for the measurement of the voltages, are shared means making measurements for other functions of the vehicle and can be integrated in a microcontroller.
  • the first and second calculation means 91, 92, for calculating the position of the magnetic element 50 are shared means performing calculations for other functions of the vehicle and can be integrated in the same microcontroller as that used by the measuring means 90.
  • the first calculation means 91 calculate the arc tangent of the ratio between the first voltage V and the second voltage V 2 from the first set of Hall effect cells 70a and 70b. This calculation is known to those skilled in the art.
  • the curves V X (Z) and V 2 (Z) are in the form of sinusoids that are out of phase with each other and the curve Q (Z) is substantially in the form of a straight line whose the values are proportional to the rotational displacement of the magnetic element 50, according to the main direction Z.
  • the first computing means 91 calculate the arc tangent of the ratio between the voltage V 3 and the voltage V 4 of the second set of Hall effect cells 70c and 70d, to determine the rotational displacement of the magnetic element 50, and therefore the selector 20, according to the main direction Z.
  • the first computing means 91 calculate the arc tangent of the ratio between the first voltage V x and the second voltage V 2 and the arc tangent of the ratio between the voltage V 3 and the voltage V 4 of the second set to determine the rotational displacement of the magnetic element 50, and therefore of the selector 20, according to the main direction Z.
  • the second calculation means 92 in order to determine the position of the magnetic element in translation, and therefore the position of the selector, the second calculation means 92 initially calculate geometric means between the voltages of the two Hall effect cells. each game
  • the offset of two sets of two cells of a few millimeters allows to create a variation between their geometric mean sufficient to determine the translational position of the magnetic element, and therefore the selector 20.
  • the curve m n (Z) shows that the geometric mean m u is practically insensitive to the displacement in rotation along the main direction Z of the magnetic element 50.
  • the device according to the invention makes it possible not only to determine precisely the engaged gear (1 st, 2 nd, 3 rd, 4 th, 5 th or reverse), but also detect the movement of the gear selector 20 during a gear change.
  • the invention thus makes it possible to know if the driver is moving at a higher or lower speed. This anticipation makes it possible to better manage the electronic functioning of the engine (better management of the fuel supply during these phases, for example).
  • the second calculation means 92 then calculate a value P so as to be equal to:
  • the ratiometric ratio P x or P 2 to be chosen is a function of the result of a comparison between the two geometric means.
  • the constant k makes it possible to adjust the accuracy of the device. This adjustment allows the user to take into account the dimensioning tolerances of the magnetic element 50 (size, positioning), the positioning differences between the position sensor and the magnetic element or the tolerances of measurements of effect cells. Lobby.
  • the value P is calculated, according to the result of the comparison between the two
  • the value P is equal to:
  • FIG. 7 illustrates the curves m u (X), m 34 (X), P t (X), P 2 (X) and P (X) as a function of the displacement of the magnetic element 50, and therefore of the selector of speeds 20, in translation on the maximum range of displacement.
  • FIG. 7 shows that the curve P (X) obtained from the preceding choice can be likened to a straight line, the values of which are proportional to the displacement of the magnetic element 50 in translation in the secondary direction X.
  • the values of the curve P (X) have have been multiplied by a factor of two.
  • the geometric means m n , m 34 are linearized in order to avoid possible fluctuations in the values of the ratiometric ratios P and P 2 due to the rotation of the magnetic element and in order to obtain a value P having a better correlation between the values of the ratiometric ratios P x and P 2 and the values of the displacement of the gear selector.
  • This linearization can be performed in a simple manner, for example using a moving average or a correction table.
  • each of the Hall effect cells 70a, 70b, 70c, 70d Orienting, according to the axes A and B, each of the Hall effect cells 70a, 70b, 70c, 70d, according to a law of evolution of the voltage measured at the output of each Hall effect cell 70a, 70b, 70c, 70d, itself a function of the position of the magnetic element 50 with respect to said Hall effect cell .
  • This dimensioning thus allows the user to obtain the desired measurement accuracy.
  • the Hall effect cells are substantially identical to each other. A correction may be necessary to make them identical.
  • a method for determining the position of the magnetic element 30 in translation and in rotation, associated with the device thus comprises among others the steps of:
  • the device and the associated method according to the invention therefore make it possible to determine the position of a magnetic element 50 located on a gear selector 20 of a motor vehicle both in rotation and in translation.
  • the device makes it possible inter alia to determine whether the reverse gear R is engaged. It therefore makes it possible to remove a specific reverse detection sensor existing on current motor vehicles.
  • the invention is described in the case of Hall effect cells 70a, 70b, 70c, 70d coplanar. But the invention is also applicable to the case of non-coplanar Hall effect cells.
  • the arrangement of the Hall effect cells 70a, 70b, 70c, 70d in the position sensor 60, along the longitudinal axis A and the transverse axes B and C, can be arbitrary, as long as they measure the same magnetic field B and provide an output voltage proportional to the intensity of said magnetic field B.
  • the device and the method have been described in the context of a traction motor vehicle but they are also applicable to the case of a motor vehicle with propulsion.
  • the magnetic element 50 moves, during the selection of speed by the user of the vehicle, in translation in the main direction Z, and in rotation in the secondary direction X.
  • the invention also applies to any configuration or type of gearbox (mechanical, automatic, robotic ..).

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Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination de la position d'un élément magnétique (50) à partir d'un dispositif, ledit élément magnétique étant apte à être déplacé suivant au moins deux directions par rapport à un axe longitudinal (A), une première direction (Z), et une seconde direction (X). Le dispositif comporte : - un capteur de position (60) comportant deux jeux de deux cellules à effet Hall mesurant un même champ magnétique généré par l'élément magnétique, un premier jeu le long d'un premier axe (B) sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (A), et un second jeu le long d'un second axe (C) sensiblement parallèle au premier axe (B), l'élément magnétique étant mobile par rapport audit capteur de position, - des moyens de mesure (90) de tensions en sortie de chaque cellule à effet Hall, - des premiers et seconds moyens (91, 92) de calcul de la position de l'élément magnétique selon les directions principale (Z) et secondaire (X). Le procédé comporte les étapes de: - calcul d'une valeur P calculée à partir d'une moyenne géométrique en fonction des quatre tensions VI à V4 mesurées aux bornes des quatre cellules à effet Hall, et - détermination de la position de l'élément magnétique (50) selon la direction secondaire (X) à partir de la valeur P calculée.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE DÉTERMINATION DE LA POSITION D'UN ÉLÉMENT MAGNÉTIQUE UTILISANT DES CELLULES À EFFET HALL LINÉAIRES
La présente invention est relative à un dispositif de détermination de la position d'un élément magnétique utilisant des capteurs de position à effet Hall linéaires. L'invention concerne aussi un procédé associé à ce dispositif.
Plus particulièrement, l'invention s'applique à la détection de la position d'un sélecteur de boîte de vitesses d'un véhicule automobile et permet d'anticiper le rapport de vitesse qui est sélectionné par le conducteur.
La sélection d'un rapport de vitesse d'un véhicule automobile s'effectue généralement, pour une boîte de vitesse manuelle, par un levier de vitesses situé dans l'habitacle du véhicule qui, par l'intermédiaire d'une tringlerie de transmission reliée à un axe de sélection du rapport de boîte de vitesses, permet de sélectionner par différents systèmes d'engrenages, connus de l'homme du métier et non détaillés ici, un rapport de vitesse dans la boîte de vitesses. Cette dernière est généralement située sous le véhicule et reliée aux roues et au moteur.
Le levier de vitesses peut se déplacer dans deux directions perpendiculaires. Dans cet exemple, nous nous limiterons au cas d'une boîte vitesses comprenant six rapports de vitesses : la 1re, 2e, 3e, 4e, 5e et la marche arrière R (cf. figure 2). Nous appellerons « vitesse du véhicule », le rapport de vitesse enclenché dans la boîte de vitesses et « le point mort » N, le rapport de vitesse nul. Le déplacement du levier de vitesses est transmis dans la boîte de vitesses, à l'axe de sélection des vitesses, appelé aussi sélecteur de vitesses, qui lui se déplace en translation suivant un axe longitudinal et en rotation autour de cet axe longitudinal de la boîte de vitesses. Par l'intermédiaire de différents engrenages mécaniques, ce mouvement de translation et de rotation du sélecteur de vitesses permet d'enclencher la vitesse choisie par le conducteur.
Pour réaliser certaines fonctions du véhicule, comme par exemple couper le moteur lorsque la boîte de vitesses est au point mort afin de réduire les émissions polluantes, il est courant d'utiliser un dispositif comportant un capteur de position du sélecteur de vitesses. Ce capteur de position comporte généralement une cellule à effet hall linéaire, reliée à un circuit électronique intégré. On entend par cellule à effet Hall linéaire^ un élément en matériau conducteur ou semi-conducteur traversé par un courant et soumis à un champ magnétique perpendiculaire à ce courant, qui produit une tension de sortie proportionnelle au champ magnétique et au courant qui la traverse. Le plan de mesure de la cellule à effet Hall est perpendiculaire au champ magnétique émis par l'élément magnétique. On appellera dans la suite de la description, cellule à effet Hall, une cellule à effet Hall linéaire.
Comme illustré à la figure 1, le capteur de position 60 est généralement situé sur le carter 10 de la boîte de vitesses 30, en regard d'un élément magnétique 50 situé sur le sélecteur de vitesses 20 (par l'intermédiaire d'un support 40) qui se déplace, lors de la sélection des vitesses, en rotation, selon une direction principale Z, et en translation selon une direction secondaire X, par rapport à un axe longitudinal A du sélecteur 20. L'élément magnétique 50 est orienté de telle manière qu'il crée un champ magnétique B qui varie avec la direction de déplacement du sélecteur de vitesses 20 que l'on souhaite détecter. A la figure 1, le champ magnétique B est orienté perpendiculairement à l'axe longitudinal A, et transversalement par rapport au sélecteur de vitesse 20, ceci afin de mesurer le déplacement en rotation selon la direction principale Z du sélecteur de vitesse 20. L'orientation du champ magnétique B est illustré plus clairement à la figure 2, qui représente une vue de dessus de la figure 1. Le champ magnétique B y est orienté selon un axe transversal B de la boîte de vitesses 30. Une cellule à effet Hall 70 détecte les variations du champ magnétique B induites par le déplacement en translation ou en rotation (comme dans l'exemple illustré à la figure 1) de l'élément magnétique 50 et détermine ainsi la position du sélecteur de vitesses 20.
Cependant, cette détection ne peut se faire que selon une direction de déplacement du sélecteur de vitesses 20, la cellule à effet Hall 70 n'étant sensible qu'à une direction du champ magnétique B émis par l'élément magnétique 50. Pour détecter si le levier de vitesses 80 est, par exemple, au point mort N, la cellule à effet Hall 70 et l'élément magnétique 50 sont positionnés pour déterminer la position en rotation, selon la direction principale Z, du sélecteur de vitesses 20. Comme expliqué précédemment et illustré à la figure 2, le champ magnétique B créé par l'élément magnétique 50 et détecté par le capteur de position 60 est orienté selon l'axe transversal B de la boîte de vitesses 30. Si le sélecteur de vitesses 20 tourne dans le sens positif, selon la direction principale Z, cela signifie qu'une des vitesses paires (la 2e, la 4e) ou la marche arrière R est sélectionnée par le levier de vitesses 80. S'il tourne dans le sens contraire, c'est-à-dire négatif, une des vitesses impaires est sélectionnée (la 1e, la 3e ou la 5e) et enfin s'il est centré sur l'axe longitudinal A, alors le levier de vitesses 80 est considéré au point mort.
Comme illustré à la figure 2, afin de s'affranchir des dérives de l'élément magnétique ainsi que des variations d'écart entre l'élément magnétique et le capteur de position 60, il est courant d'utiliser un rapport ratiométrique entre les tensions de sortie de deux cellules à effet Hall 70a et 70b, lesdites cellules étant situées dans un seul capteur de position 60. Ces cellules à effet Hall 70a et 70b sont situées dans un même plan de mesure, c'est-à-dire qu'elles sont coplanaires dans un plan défini par l'axe longitudinal A et l'axe transversal B, et elles mesurent le même champ magnétique B . En effet, en utilisant un rapport ratiométrique entre les tensions de sortie de deux cellules Hall 70a, 70b, cet impact se trouve annulé. Ce procédé est, par exemple, décrit dans la demande de brevet FR 2 926 881. Dans cette demande de brevet FR 2 926 881 , l'arc-tangente du rapport ratiométrique entre les tensions de sortie de deux cellules Hall est utilisé afin de détecter la position du sélecteur de vitesses 20 en rotation, indépendamment donc de certaines variations.
De nos jours, cette détection selon une seule direction de déplacement est insuffisante, et il est utile de pouvoir détecter précisément la vitesse sélectionnée afin d'améliorer les performances du véhicule (bruit, émissions) en anticipant par exemple le changement de vitesse. Il devient donc nécessaire de pouvoir détecter non seulement le type de vitesse sélectionnée (paire, impaire, point mort), mais également la vitesse en elle-même et donc de détecter le mouvement du sélecteur de vitesses 20 selon les deux directions de déplacement, en rotation et en translation par rapport à l'axe longitudinal A de la boîte de vitesses.
Pour cela, il est usuel de rajouter (cf. figure 3) dans le dispositif un élément magnétique supplémentaire 500 sur le sélecteur de vitesses 20, orienté de telle manière qu'il crée un champ magnétique B2 , selon la deuxième direction de déplacement ou direction secondaire X que l'on souhaite détecter (dans notre exemple, la translation), ainsi qu'un capteur de position 600 situé en regard dudit élément magnétique supplémentaire (par exemple sur le carter 10 de la boîte de vitesses 30, non représenté à la figure 3) et comprenant une ou deux cellules Hall 700a et 700b. Celles-ci sont situées dans le même plan de mesure et orientées de manière à mesurer ce second champ magnétiqueS2. Ces deux cellules à effet Hall 700a et 700b produisent ainsi chacune une tension de sortie proportionnelle au déplacement du sélecteur de vitesses 20, dans ce cas, en translation, selon le sens positif de la direction secondaire X. La configuration décrivant une seule cellule à effet Hall par capteur de position est décrite dans la demande de brevet WO 97 46 815.
L'utilisation d'un dispositif comportant deux élément magnétiques 50 et 500 et deux capteurs de position 60 et 600 (comprenant chacun une ou deux cellules à effet Hall) permet ainsi de détecter le déplacement du sélecteur de vitesses dans deux directions, en rotation et en translation, et ainsi de déterminer la vitesse sélectionnée par l'utilisateur via le levier de vitesses.
Cependant, ce dispositif présente l'inconvénient de nécessiter deux capteurs de position associés chacun à un élément magnétique. Ce dispositif se révèle donc très pénalisant tant en terme de coût qu'en terme de dimensionnement.
L'invention propose donc de remédier à cet inconvénient en proposant un dispositif ne nécessitant qu'un seul élément magnétique tout en gardant la même précision sur la détermination du sélecteur de vitesse, selon les deux directions. La présente invention a pour objet un dispositif de détermination de la position d'un élément magnétique, ledit élément magnétique étant apte à être déplacé suivant au moins deux directions par rapport à un axe longitudinal, une première direction, dite direction principale, et une seconde direction, dite direction secondaire. Le dispositif comporte :
• deux jeux de deux cellules à effet Hall mesurant un même champ magnétique généré par l'élément magnétique, un premier jeu comportant une première cellule et une deuxième cellule le long d'un premier axe sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal, et un second jeu comportant une troisième cellule et une quatrième cellule le long d'un second axe sensiblement parallèle au premier axe, l'élément magnétique étant mobile par rapport auxdits deux jeux de deux cellules à effet Hall,
• des moyens de mesure de tensions en sortie de chaque cellule à effet hall,
• des premiers moyens de calcul de la position de l'élément magnétique selon la direction principale,
• des seconds moyens de calcul de la position de l'élément magnétique selon la direction secondaire.
Dans un mode de réalisation du dispositif, ledit dispositif comporte deux capteurs de position contigus comportant chacun un jeu de deux cellules à effet Hall.
Dans un mode préféré de réalisation du dispositif, ledit dispositif comporte un capteur de position comportant les deux jeux de deux cellules à effet Hall.
Le capteur de position est avantageusement placé dans le champ magnétique créé par l'élément magnétique et est situé en regard dudit élément magnétique. Le capteur de position comporte quatre cellules à effet Hall fournissant chacune une tension de sortie qui est proportionnelle à l'intensité du champ magnétique créé par l'élément magnétique.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
les cellules à effet Hall sont des cellules à effet Hall linéaire,
les cellules à effet Hall sont sensiblement identiques entre elles, les cellules à effet Hall sont coplanaires,
les cellules à effet Hall sont orientées dans une même direction, l'élément magnétique est un aimant simple, c'est-à-dire non multipolaire. Dans un exemple de réalisation, les premier et second moyens de calcul sont des moyens distincts. Dans un exemple préféré de réalisation, les premier et second moyens de calcul sont avantageusement les mêmes.
Dans un exemple de réalisation, les moyens de mesure sont des moyens distincts à chaque cellule à effet Hall.
Dans un exemple préféré de réalisation, les moyens de mesure sont avantageusement communs aux quatre cellules à effet Hall.
Dans un exemple de réalisation de l'invention, la direction principale est celle de la rotation de l'élément magnétique autour de l'axe longitudinal et la direction secondaire est celle de la translation de l'élément magnétique selon l'axe longitudinal.
Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, la direction principale est celle de la translation de l'élément magnétique selon l'axe longitudinal et la direction secondaire est celle de la rotation de l'élément magnétique autour de l'axe longitudinal.
Dans un mode préféré de réalisation, le dispositif permet la détection de la rotation et de la translation d'un sélecteur de boîte de vitesse d'un véhicule automobile. Dans un tel mode, l'élément magnétique est placé sur le sélecteur de boîte de vitesse d'axe, l'axe longitudinal.
Préférentiellement, les moyens de mesure sont des moyens existants du véhicule aptes à mesurer les tensions aux bornes des cellules à effet Hall.
Les premier et second moyens de calculs, communs ou non, comportent au moins un calculateur apte à calculer la position de l'élément magnétique à partir des tensions obtenues en sortie des cellules à effet Hall par les moyens de mesures. Le calculateur peut être, dans un mode particulier de réalisation, un calculateur du véhicule assurant d'autres fonctions.
Dans un premier exemple de réalisation et selon la configuration typique d'une boîte de vitesses de véhicule à traction avant, la direction principale de déplacement est celle de la rotation du sélecteur de vitesses autour de l'axe longitudinal, et la direction secondaire est la translation du sélecteur de vitesses selon l'axe longitudinal.
Dans un deuxième exemple de réalisation, et selon la configuration typique d'une boîte de vitesses de véhicule à propulsion, la direction principale de déplacement est celle de la translation du sélecteur de vitesses selon l'axe longitudinal et la direction secondaire est la rotation du sélecteur de vitesses autour de l'axe longitudinal.
L'invention est également relative à un procédé de détermination de la position d'un élément magnétique, à partir du dispositif tel qu'exposé. Ledit procédé comporte les étapes de :
· mesure d'une tension en sortie de chaque cellule à effet Hall, à partir des moyens de mesure, • calcul, à partir des seconds moyens de calcul, d'une valeur P en fonction des quatre tensions mesurées F, , V2 , V3 , V4 , où Vx est la tension aux bornes à la première cellule, V2 la tension aux bornes à la deuxième cellule,
V3 la tension aux bornes à la troisième cellule et 4 la tension aux bornes à la quatrième cellule,
• détermination de la position de l'élément magnétique selon la direction secondaire à partir de la valeur P calculée.
Dans un mode de mise en œuvre du procédé, la valeur P est calculée à partir d'une moyenne géométrique jv2 + V2 , -jv2 + V4 2 entre deux tensions pour chacun des deux jeux de deux cellules à effet Hall.
Dans un exemple de mise en œuvre du procédé, la valeur P est calculée de telle sorte qu'elle soit égale : soit à un rapport ratiométrique Ρλ défini par Px
Figure imgf000008_0001
où k est une constante prédéfinie,
• soit à un rapport ratiométrique P2 défini par P2 =
Figure imgf000008_0002
le choix du rapport ratiométrique étant fonction du résultat d'une comparaison entre les deux moyennes géométriques.
La constante prédéfinie k permet d'ajuster la précision du dispositif. Cet ajustement permet à l'utilisateur de tenir compte des tolérances de dimensionnement entre autre de l'élément magnétique (taille, positionnement) ou encore des écarts de positionnement entre le capteur de position et l'élément magnétique ou encore des tolérances de mesures des cellules à effet Hall.
Dans un exemple simplifié de mise en œuvre du procédé, e posant k = 0 , la valeur P est calculée de telle sorte qu'elle soit égale soit à Px = , soit à
Figure imgf000008_0003
v2 + v2
P2 = = , suivant le résultat de la comparaison entre les deux moyennes géométriques.
Par exemple, la valeur P est choisie de telle sorte que :
P = P\ lorsque ^V + V2≤ jv2 + V2 , • P = 2 - P2 lorsque *JV + V;≥ + V4 2
Dans un mode particulier de réalisation du procédé, afin d'obtenir une meilleure précision dans la détermination de la position de l'élément magnétique, le procédé comporte une étape préliminaire de dimensionnement d'au moins un des éléments suivants :
• dimensions de l'élément magnétique,
• écart, selon l'axe longitudinal entre les deux jeux,
en fonction d'une loi d'évolution de la moyenne géométrique de chaque jeu, lesdites moyennes géométriques étant elles-mêmes fonction de la position de l'élément magnétique par rapport auxdits jeux.
Avantageusement, le procédé comporte une étape supplémentaire de détermination de la position de l'élément magnétique selon la direction principale à partir d'un calcul d'arc tangente entre la première tension Vx et la deuxième tension V2 et ou d'un calcul d'arc tangente entre la troisième tension V3 et la quatrième tension VA .
Le double calcul d'arctangente entre la première tension V et la deuxième tension V2 et entre la troisième tension V3 et la quatrième tension V4 permet d'obtenir une redondance de l'information sur la position de l'élément magnétique selon la direction principale.
En mettant en œuvre le procédé avec cette étape supplémentaire, il est par conséquent possible de déterminer précisément la position de l'élément magnétique se déplaçant selon deux directions, la direction principale et la direction secondaire.
Le procédé permet, de manière non restrictive, de détecter la rotation et de la translation d'un sélecteur de boîte de vitesse d'un véhicule automobile, l'élément magnétique étant placé sur le sélecteur de boîte de vitesse d'axe, l'axe longitudinal.
L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de modes de réalisation préférés, qui n'en sont nullement limitatifs, représentés sur les figures 1 à 7, dans lesquelles :
la figure 1 , déjà citée, représente une vue schématique partielle d'une boîte de vitesse équipée d'un capteur de position selon l'art antérieur,
la figure 2, déjà citée, représente une vue schématique partielle de dessus d'une boîte de vitesse équipée du capteur de position de la figure 1 , la figure 3, déjà citée, représente une vue schématique partielle d'une boîte de vitesse équipée de deux capteurs de position selon l'art antérieur, la figure 4 représente un schéma d'un dispositif de détermination de la position d'un élément magnétique placé sur un sélecteur de boîte de vitesse selon l'invention,
• la figure 5 représente une vue schématique partielle d'une boîte de vitesse équipée d'un capteur de position selon l'invention,
• les figures 6 et 7 représentent des représentations graphiques des mesures du positionnement du sélecteur de vitesse selon l'invention.
Un dispositif 1 pour la détermination de la position d'un élément magnétique 50 situé sur un sélecteur 20 de boîte de vitesses d'un véhicule automobile est illustré sur la figure 4.
Le dispositif 1 est illustré et décrit, à titre non restrictif, dans le cadre d'un élément magnétique 50 situé sur un sélecteur 20 de boîte de vitesses d'un véhicule automobile à traction. Ce choix n'est pas limitatif et le dispositif peut également être utilisé pour la détermination de la position d'un élément magnétique 50 situé sur un sélecteur de boîte de vitesses d'un véhicule automobile à propulsion.
Ainsi, dans le cas d'un véhicule automobile à traction, l'élément magnétique 50 se déplace, lors de la sélection de vitesse par un utilisateur du véhicule, en rotation selon une direction principale Z, et en translation selon une direction secondaire X, par rapport à un axe longitudinal A du sélecteur de boîte de vitesses.
Le dispositif est décrit pour une boîte de vitesse comportant six vitesses (cinq vitesses et une marche arrière), tel qu'illustré sur la figure 5.
Bien que le nombre de vitesse soit illustré sur la figure 5 et décrit au nombre de six, le nombre de ces vitesse n'est pas limité à celui décrit et illustré. Ainsi, il est possible, sans se départir du cadre de l'invention, d'utiliser le dispositif pour une boîte de vitesse comportant plus ou moins de six vitesses.
Le dispositif 1 comporte un capteur de position 60 généralement situé sur le carter de la boîte de vitesses 30, en regard de l'élément magnétique 50.
Le capteur de position 60, comme illustré sur la figure 5, comporte deux jeux de deux cellules à effet Hall :
• un premier jeu comportant une première cellule 70a et une seconde cellule 70b,
· un second jeu comportant une troisième cellule 70c et une quatrième cellule
70d,
Chaque cellule à effet Hall 70a, 70b, 70c, 70d fournit une tension de sortie, respectivement Vx , V2 , V3 et 4 , qui est proportionnelle à l'intensité du champ magnétique B créé par l'élément magnétique 50.
Selon un mode de réalisation préférentiel, les cellules à effet Hall sont coplanaires et sont positionnées de telle manière que :
• les deux cellules 70a, 70b du premier jeu sont alignées sur un premier axe, dit premier axe transversal B, sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal A du sélecteur de vitesses 20,
• les deux cellules 70c, 70d du second jeu sont alignées sur un second axe, dit second axe transversal C, sensiblement parallèle au premier axe transversal B.
Les deux jeux de deux cellules sont décalés de quelques millimètres selon l'axe longitudinal A, par exemple de l'ordre de huit millimètres.
Le dispositif 1 comporte en outre (cf .figure 4) :
• des moyens de mesure 90 des tensions en sortie de chaque cellule à effet Hall,
• des premiers moyens 91 de calcul de la position de l'élément magnétique 50 selon la direction principale Z, à partir des tensions produites par les cellules à effet Hall,
• des seconds moyens 92 de calcul de la position de l'élément magnétique 50 selon la direction secondaire X., à partir des tensions produites par les cellules à effet Hall.
Dans un exemple de réalisation, les moyens de mesure 90 sont aptes à mesurer les tensions aux bornes de chaque cellule à effet Hall 70a à 70d.
Les premiers moyens de calcul 91 sont aptes à calculer la position de l'élément magnétique selon la direction principale Z, à partir des mesures des tensions en sortie de chaque cellule à effet Hall.
Avantageusement, les moyens de mesure 90, pour la mesure des tensions, sont des moyens partagés réalisant des mesures pour d'autres fonctions du véhicule et peuvent être intégrés dans un microcontrôleur.
Dans un mode particulier de réalisation, les premier et second moyens de calculs 91 , 92, pour le calcul de la position de l'élément magnétique 50, sont des moyens partagés réalisant des calculs pour d'autres fonctions du véhicule et peuvent être intégrés dans le même microcontrôleur que celui utilisé par les moyens de mesure 90.
Dans un premier mode de réalisation, pour déterminer la position de l'élément magnétique 50 en rotation, et donc la position du sélecteur 20, les premiers moyens de calcul 91 calculent l'arc-tangente du ratio entre la première tension V et la deuxième tension V2 provenant du premier jeu de cellules à effet Hall 70a et 70b. Ce calcul est connu de l'homme du métier.
La figure 6 illustre les courbes VX (Z) , V2 (Z) et £>(Z) = arctan en fonction du déplacement (exprimé en degré) de l'élément magnétique 50, et donc du sélecteur de vitesses 20, en rotation selon la direction principale Z sur la plage maximale de déplacement.
Tel qu'illustré sur la figure 6, les courbes VX (Z) et V2 (Z) se présentent sous la forme de sinusoïdes déphasées entre elles et la courbe Q(Z) se présente sensiblement sous la forme d'une droite dont les valeurs sont proportionnelles au déplacement en rotation de l'élément magnétique 50, selon la direction principale Z.
Ainsi, en fonction de la valeur de Q calculée par les premiers moyens de calcul 91 , il est possible de déterminer le déplacement en rotation de l'élément magnétique 50, et donc du sélecteur 20, selon la direction principale Z.
Dans un autre exemple de réalisation, les premiers moyens de calcul 91 calculent l'arc-tangente du ratio entre la tension V3 et la tension V4 du second jeu de cellules à effet Hall 70c et 70d, pour déterminer le déplacement en rotation de l'élément magnétique 50, et donc du sélecteur 20, selon la direction principale Z.
Dans un autre exemple de réalisation, pour obtenir une redondance des informations, les premiers moyens de calcul 91 calculent l'arc-tangente du ratio entre la première tension Vx et la deuxième tension V2 et l'arc-tangente du ratio entre la tension V3 et la tension V4 du second jeu pour déterminer le déplacement en rotation de l'élément magnétique 50, et donc du sélecteur 20, selon la direction principale Z.
Dans un second mode de réalisation, pour déterminer la position de l'élément magnétique en translation, et donc la position du sélecteur, les seconds moyens de calcul 92 calculent dans un premier temps des moyennes géométriques entre les tensions des deux cellules à effet Hall pour chaque jeu.
En effet, le décalage des deux jeux de deux cellules de quelques millimètres, permet de créer une variation entre leur moyenne géométrique suffisante pour déterminer la position en translation de l'élément magnétique, et donc du sélecteur 20.
Pour le premier jeu, la moyenne géométrique mn = ^Jv2 + V2 2 est la moyenne géométrique entre les tensions des deux cellules à effet Hall 70a, 70b, c'est-à-dire provenant du premier jeu de cellules à effet Hall.
Pour le second jeu, la moyenne géométrique m34 = ^Jv2 + V4 2 est la moyenne géométrique entre les tensions des deux cellules à effet Hall 70c et 70d, c'est-à-dire provenant du 2ème jeu de cellules à effet Hall.
Comme illustré à la figure 6, la courbe mn (Z) montre que la moyenne géométrique mu est pratiquement insensible au déplacement en rotation selon la direction principale Z de l'élément magnétique 50. La courbe mM (Z) bien que non représentée sur la figure 6 pour ne pas la surcharger, illustre également que la moyenne géométrique m34 est pratiquement insensible au déplacement en rotation selon la direction principale Z de l'élément magnétique 50.
Cela signifie que la détection selon l'axe en translation X est insensible à la position en rotation, selon l'axe de rotation Z du sélecteur de vitesses 20, en d'autres termes, le dispositif selon l'invention permet non seulement de déterminer précisément la vitesse enclenchée (1ère, 2eme, 3ème, 4ème, 5ème ou marche arrière) mais permet aussi de détecter la déplacement du sélecteur de vitesses 20 pendant un changement de vitesse. L'invention permet ainsi de savoir si le conducteur est en train de passer à une vitesse supérieure ou inférieure. Cette anticipation permet en autres de mieux gérer le fonctionnement électronique du moteur (meilleure gestion de l'alimentation en carburant pendant ces phases par exemple).
Les seconds moyens de calcul 92 calculent ensuite une valeur P de sorte à être égale à :
TYl
• soit à un rapport ratiométrique P défini par Px , où k est une k.mx2 + m34
constante prédéfinie,
• soit à un rapport ratiométrique P2 défini par P2 = — .
k.m34 + mx2
Le rapport ratiométrique Px ou P2 à choisir est fonction du résultat d'une comparaison entre les deux moyennes géométriques.
La constante k permet d'ajuster la précision du dispositif. Cet ajustement permet à l'utilisateur de tenir compte des tolérances de dimensionnement de l'élément magnétique 50 (taille, positionnement), des écarts de positionnement entre le capteur de position et l'élément magnétique ou encore des tolérances de mesures de cellules à effet Hall.
Les rapports ratiométriques Px ou P2 peuvent être simplifiés, en posant k = 0 . Ainsi, la valeur P est calculée, suivant le résultat de la comparaison entre les deux
fl
moyennes géométriques, de telle sorte qu'elle soit égale soit à Px =—— , soit à m34 m34
mX2
Dans un exemple de réalisation, la valeur P est égale à :
• P = Px lorsque mx2≤ m34 , • P = 2 - P2 lorsque mn≥ mi4 .
La figure 7 illustre les courbes mu (X) , m34 (X) , Pt (X) , P2 (X) et P(X) en fonction du déplacement de l'élément magnétique 50, et donc du sélecteur de vitesses 20, en translation sur la plage maximale de déplacement.
La figure 7 montre que la courbe P(X) obtenue à partir du choix précédent peut être assimilée à une droite, dont les valeurs sont proportionnelles au déplacement de l'élément magnétique 50 en translation selon la direction secondaire X. Par souci de clarté sur la figure 7 et afin de ne pas faire chevaucher la courbe P(X) sur la partie de la courbe PX (X) lorsque mu {X) < mM (X) , les valeurs de la courbe P(X) ont été multipliées par un facteur deux.
Ainsi, en fonction de la valeur de P calculée par les seconds moyens de calcul 92, il est possible de déterminer le déplacement en translation de l'élément magnétique 50, et donc du sélecteur, selon la direction secondaire X.
L'utilisation de deux cellules à effet Hall 70c, 70d dans le même capteur de position 60 que celui utilisé pour déterminer le déplacement en rotation du sélecteur de vitesses 20, permet alors de déterminer aussi le déplacement en translation du sélecteur de vitesses 20.
Avantageusement, les moyennes géométriques mn , m34 sont linéarisées afin d'éviter les fluctuations éventuelles des valeurs des rapports ratiométriques P et P2 dues à la rotation de l'élément magnétique et afin d'obtenir une valeur P présentant une meilleure corrélation entre les valeurs des rapports ratiométriques Px et P2 et les valeurs du déplacement du sélecteur de vitesses. Cette linéarisation peut être effectuée de manière simple comme par exemple en utilisant une moyenne mobile ou une table de correction.
Dans un mode de réalisation amélioré de l'invention, afin de diminuer l'influence du positionnement de l'élément magnétique 50 vis-à-vis du capteur de position 60 ainsi que le placement des cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c, 70d dans celui-ci sur la précision de détermination du déplacement en translation selon la direction secondaire X du sélecteur de vitesses 20, on réalise un dimensionnement de chacun des éléments suivants, préalablement au calcul des rapports ratiométriques P et P2 :
• dimensions de l'élément magnétique 50,
• écart, selon l'axe longitudinal, entre les cellules à effet Hall des deux jeux,
• orientation, selon les axes A et B, de chacune des cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c, 70d, en fonction d'une loi d'évolution de la tension mesurée en sortie de chaque cellule à effet Hall 70a, 70b, 70c, 70d, elle-même fonction de la position de l'élément magnétique 50 par rapport à ladite cellule à effet Hall.
Ce dimensionnement permet ainsi à l'utilisateur d'obtenir la précision de mesure souhaitée.
De préférence, pour simplifier le dimensionnement mentionné ci-dessus, les cellules à effet Hall sont sensiblement identiques entre elles. Une correction peut être nécessaire pour les rendre identiques.
Un procédé de détermination de la position de l'élément magnétique 30 en translation et en rotation, associé au dispositif, comporte ainsi entre autre les étapes de :
• mesure d'une tension en sortie de chaque cellule à effet Hall, à partir des moyens de mesure 90,
• calcul, à partir des premier moyens de calcul 91 , d'une valeur Q en fonction de deux des quatre tensions mesurées V , V2 ou V3 , 4 , et détermination de la position de l'élément magnétique 50 selon la direction secondaire à partir de la valeur Q calculée,
• calcul, à partir des seconds moyens de calcul 92, de la valeur P en fonction des quatre tensions mesurées V , V2 , V3 , V4 , et détermination de la position de l'élément magnétique 50 selon la direction secondaire à partir de la valeur P calculée.
Le dispositif et le procédé associé selon l'invention permettent donc de déterminer la position d'un élément magnétique 50 situé sur un sélecteur de boîte de vitesses 20 d'un véhicule automobile autant en rotation qu'en translation.
Il est possible, grâce au dispositif, d'anticiper ce que fait l'utilisateur, principalement pour ajuster le régime moteur, et ainsi réduire les émissions polluantes. Par exemple, la réalisation de certaines fonctions du véhicule, comme par exemple couper le moteur lorsque la boîte de vitesses est au point mort, est aisément possible.
Avantageusement, le dispositif permet entre autre de déterminer si la marche arrière R est engagée. Il permet par conséquent de supprimer un capteur spécifique de détection de marche arrière existant sur les véhicules automobiles actuels.
L'invention est décrite dans le cas de cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c, 70d coplanaires. Mais l'invention est également applicable au cas de cellules à effet Hall non coplanaires.
De même, l'agencement des cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c, 70d dans le capteur de position 60, selon l'axe longitudinal A et les axes transversaux B et C, peut être arbitraire, du moment qu'elles mesurent le même champ magnétique B et qu'elles fournissent une tension de sortie proportionnelle à l'intensité dudit champ magnétique B .
Le dispositif et le procédé ont été décrits dans le cadre d'un véhicule automobile à traction mais ils sont également applicables au cas d'un véhicule automobile à propulsion. Dans ce cas, l'élément magnétique 50 se déplace, lors de la sélection de vitesse par l'utilisateur du véhicule, en translation selon la direction principale Z, et en rotation selon la direction secondaire X.
L'invention s'applique également à toute configuration ou type de boîte de vitesses (mécanique, automatique, robotisée..).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de la position d'un élément magnétique (50), à partir d'un dispositif (1), ledit élément magnétique (50) étant apte à être déplacé suivant au moins deux directions par rapport à un axe longitudinal (A), une première direction, dite direction principale (Z), et une seconde direction, dite direction secondaire (X), ledit dispositif comportant:
• un capteur de position (60) comportant deux jeux de deux cellules à effet Hall mesurant un même champ magnétique généré par l'élément magnétique, un premier jeu comportant une première cellule (70a) et une deuxième cellule (70b) le long d'un premier axe (B) sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (A), et un second jeu comportant une troisième cellule (70c) et une quatrième cellule (70d) le long d'un second axe (C) sensiblement parallèle au premier axe (B), l'élément magnétique étant mobile par rapport auxdits deux jeux de deux cellules à effet Hall,
• des moyens de mesure (90) de tensions en sortie de chaque cellule à effet Hall,
• des premiers moyens (91) de calcul de la position de l'élément magnétique selon la direction principale (Z),
• des seconds moyens (92) de calcul de la position de l'élément magnétique selon la direction secondaire (X),
ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de :
• mesure d'une tension en sortie de chaque cellule à effet Hall, à partir des moyens de mesure (90),
• calcul, à partir des seconds moyens de calcul (92), d'une valeur P , calculée
2
à partir d'une moyenne géométrique "V ' ^ ' ' 2 , ^ ' 3 ' ' 4 en fonction des quatre tensions mesurées Vx , V2 , V3 , V4 , où Vx est la tension aux bornes à la première cellule (70a), V2 la tension aux bornes à la deuxième cellule (70b), V3 la tension aux bornes à la troisième cellule (70c) et V4 la tension aux bornes à la quatrième cellule (70d),
• détermination de la position de l'élément magnétique (50) selon la direction secondaire (X) à partir de la valeur P calculée.
2. Procédé selon la revendication précédente dans lequel la valeur P est calculée de telle sorte qu'elle soit égale : soit à un rapport ratiométrique Px défini par Px
Figure imgf000017_0001
où k est une constante prédéfinie, soit à un rapport ratiométrique P défini par P2
Figure imgf000018_0001
le choix étant fonction du résultat d'une comparaison entre les deux moyennes géométriques.
3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la valeur P est choisie de telle sorte que :
P = Px lorsque ^V2 + V2 2≤ Jv2 + V
• P = 2 - P2 lorsque -Jv2 + V2≥ ^V2 + V2 .
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 comportant une étape de dimensionnement d'au moins un des éléments suivants :
• dimensions de l'élément magnétique (50),
• écart, selon l'axe longitudinal, entre les deux jeux,
en fonction d'une loi d'évolution de la moyenne géométrique de chaque jeu, lesdites moyennes géométriques étant elles-mêmes fonction de la position de l'élément magnétique (50) par rapport auxdits jeux.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 comportant une étape de détermination de la position de l'élément magnétique (50) selon la direction principale (Z) à partir d'un calcul d'arc tangente entre la première tension Vx et la deuxième tension V2 et/ou à partir d'un calcul d'arc tangente entre la troisième tension V3 et la quatrième tension V4 par les premiers moyens (91) de calcul.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 et 5 dans lequel la direction principale (Z) est celle de la rotation de l'élément magnétique autour de l'axe longitudinal (A) et la direction secondaire (X) est celle de la translation de l'élément magnétique selon ledit axe longitudinal (A).
7. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes à la détection de la rotation et de la translation d'un sélecteur de vitesses (20) de boite de vitesses (30) d'un véhicule automobile, l'élément magnétique (50) étant placé sur le sélecteur de vitesses (20) d'axe, l'axe longitudinal (A).
8. Dispositif (1) de détermination de la position d'un élément magnétique (50), mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit élément magnétique étant apte à être déplacé suivant au moins deux directions par rapport à un axe longitudinal (A), une première direction, dite direction principale (Z), et une seconde direction, dite direction secondaire (X), caractérisé en ce que le dispositif comporte :
• un capteur de position comportant deux jeux de deux cellules à effet Hall mesurant un même champ magnétique généré par l'élément magnétique, un premier jeu comportant une première cellule (70a) et une deuxième cellule (70b) le long d'un premier axe (B) sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (A), et un second jeu comportant une troisième cellule (70c) et une quatrième cellule (70d) le long d'un second axe (C) sensiblement parallèle au premier axe (B), l'élément magnétique étant mobile par rapport auxdits deux jeux de deux cellules à effet Hall,
· des moyens de mesure (90) de tensions en sortie de chaque cellule à effet
Hall,
• des premiers moyens (91) de calcul de la position de l'élément magnétique selon la direction principale (Z),
• des seconds moyens (92) de calcul de la position de l'élément magnétique selon la direction secondaire (X).
PCT/EP2011/004168 2010-11-04 2011-08-18 Procede et dispositif de determination de la position d'un element magnetique utilisant des cellules a effet hall lineaires WO2012059149A1 (fr)

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