WO2016134841A2 - Procede et dispositif de traitement d'un signal produit par un capteur de rotation d'une cible tournante - Google Patents

Procede et dispositif de traitement d'un signal produit par un capteur de rotation d'une cible tournante Download PDF

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WO2016134841A2
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signal
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Fabien JOSEPH
Valérie GOUZENNE COUTIER
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Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates generally to the synchronization techniques of an internal combustion engine, and more particularly to the processing of an angular position sensor signal of the crankshaft of such an engine.
  • It relates more particularly to a method and a device for processing a signal produced by a rotation sensor of a rotating target, to deduce the direction of rotation of the target.
  • the invention finds applications, in particular, in the automotive field. It can be implemented, for example, in an engine control computer such as an injection and / or ignition controller.
  • the crankshaft of the engine may be equipped with a rotating target cooperating with a fixed sensor associated with an electronic signal processing of the sensor.
  • This electronics may comprise hardware elements and / or software elements. It is adapted and configured to precisely determine the angular position of the crankshaft, and thus the position of the engine pistons, from the sensor signal.
  • the rotating target is for example a toothed wheel, connected in rotation with the crankshaft.
  • a target has a large number of teeth, generally thirty-six or sixty teeth, without taking into account one or two missing teeth to define an angular reference area on the target.
  • the angular position of the motor is determined by the operating electronics by counting the number of teeth of the target "seen" by the sensor since the last passage of the angular reference area in front of the sensor. From an electrical point of view, the passage of a flank of a tooth of the target in front of the sensor results in a front of the sensor signal, namely a rising edge or a falling edge depending on the arrangement and the technology. of the sensor. Each of these fronts corresponds to an increment of the angular position of the crankshaft counted by the operating electronics. This angular increment is equal to 10 degrees for a 36-tooth target, or 6 degrees for a 60-tooth target, for example.
  • bidirectional sensors are used. Such a sensor makes it possible not only to detect the passage of a flank of a tooth of the target in front of the sensor, but also to determine the direction of rotation of said target.
  • An integrated strategy in the operating electronics of the sensor signal then makes it possible to take into account the information concerning the direction of rotation of the target, and thus to know precisely the position of the motor during a stop of the latter. .
  • a bidirectional sensor of known type for example from JP 2005 233622, provides crenellated signals having sections at a high level, alternated with sections at a low level.
  • the duration of the high level segments for example, depends on the direction of rotation of the target.
  • Such a sensor is called "voltage pulse”. It is indeed possible for the sensor signal processing electronics to determine, for each new edge of the sensor signal, the direction of passage of the corresponding tooth flank in front of the sensor, and thus to count or count the increment. corresponding angle.
  • the direction of rotation of the target is given in the signal by varying the voltage corresponding for example to the high level and / or the low level of the sensor signal.
  • Such a so-called "voltage level” sensor is also described in the aforementioned document JP 2005 233622, with reference to FIG. 6 of said document.
  • the sensor signal considered comprises three different voltage levels, depending in particular on the direction of rotation of the pursued target.
  • the operating electronics of the sensor signal is adapted to the type of the sensor used from the two types above, and is not interchangeable from one type of sensor to another.
  • the invention aims to eliminate, or at least mitigate, all or part of the disadvantages of the prior art mentioned above.
  • the invention allows the reuse of the software elements of an electronic operating a voltage pulse sensor signal when using a voltage level sensor.
  • a first aspect of the invention proposes a method for processing a primary signal produced by a rotation sensor of a rotating target of the voltage level type, said primary signal comprising pulses having, for a speed of rotation of the given target, a first positive voltage level when the target rotates in a determined first direction of rotation or a second positive voltage level, different from said first voltage level, when the target rotates in a second opposite direction of rotation said first direction of rotation.
  • the method comprises:
  • Generating a first secondary signal by comparing the primary signal with a first determined voltage threshold, between the first voltage level and the second voltage level;
  • Generating a second secondary signal by comparing the primary signal with a determined second voltage threshold, between the second voltage level and the zero voltage;
  • the method may further include generating an angular clock translating the rotational speed of the target from the second secondary signal.
  • this secondary signal carries the information corresponding substantially to all edges of the primary signal, that is to say, all the tooth flanks of the target which are detected by the rotation sensor.
  • the intentional introduction of a delay in the second secondary signal with respect to the first secondary signal ensures that a second secondary signal edge always occurs after a corresponding edge of the first secondary signal for a primary signal edge of the first voltage level. positive to zero voltage, whatever the fluctuation ("Jitter" in English) possible signals.
  • the time threshold used in the comparison step may be substantially equal to the duration of the delay introduced in the second secondary signal relative to the first secondary signal.
  • a target direction detection signal having a first logical level can be generated when it is determined that the target is rotating in a normal direction of rotation and a second logic level. , different from said first logic level, when it is determined that the target rotates in the direction of rotation opposite to the normal direction of rotation.
  • the generation of the first secondary signal, the generation of the second secondary signal, and the intentional introduction of the delay in the second secondary signal with respect to the first secondary signal are performed in a hardware manner, whereas the comparison at the time threshold the duration between an active edge of the second secondary signal and the last active edge of the first secondary signal preceding said active edge of the second secondary signal is performed in software.
  • a second aspect of the invention relates to an electronic device comprising means for implementing each of the steps of a processing method according to the first aspect above.
  • the invention also relates to a management system of an internal combustion engine, comprising at least one rotating target integral in rotation with a crankshaft or a camshaft of the engine, and a sensor bidirectional type voltage levels and an electronic device according to the second aspect above.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the arrangement of a rotating target, a rotating target rotation sensor, and an electronic sensor signal operating unit comprising a first comparator and a second comparator according to embodiments;
  • FIG. 2 shows the pace, as a function of time, of a voltage pulse type sensor signal, in the event of a change in the direction of rotation of the target;
  • FIG. 3 shows the pace, as a function of time, of a voltage level type sensor signal, in the event of a change in the direction of rotation of the target;
  • FIG. 4 shows an active front of a primary signal from a voltage level type bidirectional rotation sensor, an edge of a first secondary signal and a front of a second secondary signal each generated by the first comparator and the second comparator of Figure 1, respectively;
  • FIGS. 5a-5f are timing diagrams of various signals illustrating the operation of the device of Figure 1.
  • An internal combustion engine for example for a motor vehicle, comprises at least one movable piston arranged to vary the volume of a combustion chamber.
  • the admission and exhaust gas in the combustion chambers are most often made using valves controlled by at least one camshaft.
  • the energy developed in the combustion chambers by the combustion of a fuel within an oxidizer is transmitted by each piston to a motor shaft called crankshaft.
  • Embodiments of the invention are described below in their non-limiting application to the synchronization of an internal combustion engine.
  • the invention is not limited, however, to this example.
  • it can be applied to the processing of a signal produced by a rotation sensor of a shaft of a motor vehicle gearbox shaft, for example, or of any rotating shaft.
  • embodiments of the invention can be implemented in various applications in which it is necessary to determine the angular position of a rotating target, to deduce the direction of rotation of the target.
  • the synchronization of an internal combustion engine consists in accurately identifying the position of the moving parts (piston, crankshaft, camshaft %) as well as the instant of the engine cycle (that the latter is a type 2 engine -time or 4-stroke). This allows the on-board electronics to control the operation of the engine, particularly with regard to the injection of the fuel or the fuel mixture and with regard to the ignition (for spark ignition engines), with the accuracy and precision required for optimal operation.
  • Synchronization methods implement algorithms for determining the position of the engine according to the angular position of the crankshaft and / or the engine camshaft, detected by sensors installed in the engine. These sensors cooperate with rotating targets integral in rotation with the crankshaft and the camshaft, respectively, for example toothed wheels.
  • crankshaft rotation sensor signal of an engine we consider more particularly the example of the processing of a crankshaft rotation sensor signal of an engine. This example is of course not limiting.
  • the invention can also be applied, in particular, to the processing of a rotation sensor signal of the camshaft of an engine, or a shaft of a gearbox as indicated above.
  • an exemplary application of the invention to an injection and / or ignition controller of an internal combustion engine of a motor vehicle is considered.
  • the controller 10 may be implemented in the form of a microcontroller (pC), which may be a specific application integrated circuit (ASIC), a system on a chip (SoC, of the "Application Specifies Integrated Circuit”), a system on a chip (SoC, of the English “System-on-Chip”), a programmable logic circuit or programmable logic array (FPGA), and so on.
  • pC microcontroller
  • ASIC application integrated circuit
  • SoC system on a chip
  • SoC system on a chip
  • SoC system on a chip
  • FPGA programmable logic circuit or programmable logic array
  • the microcontroller 10 comprises a hardware part or hardware module 11, and a software part with a first software module 12 and a second software module 13.
  • the material part 11 includes the material elements (HW, of the English
  • the first software module 12 comprises, for example, the software elements which, for the application in question, depend on the microcontroller used. These software elements form what is known as the Basic Software (BSW).
  • BSW Basic Software
  • the second software module 13 comprises for example the software elements that depend only on the application in question, not the microcontroller used, and can therefore be embedded on any microcontroller. These software elements form what is called the Application Software (ASW).
  • ASW Application Software
  • the advantage of this division lies in the possibility of reusing the (software) code of the ASW module without modification in various applications using any microcontroller, or any other electronic circuit, within an electronic engine management system. internal combustion.
  • ASW module software components configured to determine the angular position of the motor, as well as software components configured to generate an angular clock according to its rotational speed.
  • the first elements above can implement a counter.
  • the second elements can implement a Digital Phase Locked Loop (or DPLL). This information allows other software components to ensure synchronization of the engine control in the various phases of operation thereof.
  • DPLL Digital Phase Locked Loop
  • the device according to embodiments of the invention can be realized inside this microcontroller, as will now be described.
  • the microcontroller 10 comprises for this purpose an input 14 for receiving a sensor signal CRK_L, or primary signal, provided by a rotation sensor 2.
  • the sensor 2 is a bidirectional rotation sensor of the type at voltage levels.
  • the sensor 2 is for example fixedly positioned near a rotating target 3, such as a toothed wheel, with which it cooperates to produce the signal CRK_L.
  • a rotating target 3 such as a toothed wheel
  • the term "toothed wheel” should be understood in its most general sense, that is to say a wheel comprising structural elements enabling a sensor to identify the rotation of the wheel on a given angular sector. The nature and arrangement of these structural elements can be varied. These may be geometric shapes such as teeth in the proper sense, magnetic elements such as magnetic poles, optical elements or identifiable by an optoelectronic device, etc.
  • the toothed wheel 3 comprises twenty-six teeth 31 regularly spaced on the periphery of the wheel except at the level of a reference area 32 where at least one tooth is missing.
  • This example is chosen only because it allows to locate the succession of teeth by the twenty-six letters of the alphabet, namely the series, A, B, C Z.
  • the angular increment is 13 degrees approx.
  • a target conventionally used includes 36 or 60 teeth (without taking into account the fact that one or more teeth are missing in the reference zone), giving an angular increment of 10 or 6 degrees. , respectively.
  • the toothed wheel 3 is integral in rotation with a movable shaft 4, namely the crankshaft of the engine in the example considered here.
  • Microcontroller 10 includes first elements, including software elements, configured to operate from a sensor signal from a bidirectional rotation pulse voltage sensor. However, additional elements, including hardware elements, are added to the device to enable said first elements to operate from a sensor signal from a voltage level type bidirectional rotation sensor.
  • a portion of the teeth of the toothed target 3 is schematically shown in a developed manner along a horizontal line, at the top. These are in particular teeth A, B and C passing in this order in front of the sensor when the target rotates in the normal direction.
  • forward direction of rotation or FW, the English “Forward”
  • BW backward direction
  • the normal or forward direction of rotation corresponds to a movement of the teeth from left to right.
  • the reverse or reverse direction of rotation corresponds to a movement of the teeth from right to left.
  • tO the moment when the center of tooth A passes the detection axis of the rotation sensor, in the normal direction of rotation of the target, namely the rotation forward.
  • t1 is noted at a time when the direction of rotation of the target is reversed, to move in rotation in the opposite direction, namely backwards. In the example shown, this reversal of the direction of rotation occurs while the tooth C is opposite the detection axis of the rotation sensor.
  • the active edges of the signals are marked by an arrow.
  • the active edges of the sensor signals are fronts descendants, which are better defined in general than rising edges, that is to say more frank, sharper, because they correspond to a discharge of electric charges towards the mass. This is not however limiting, a sensor signal may have active edges which are rising edges without the principle of the invention being modified in any way whatsoever.
  • a bidirectional pulse-voltage type sensor provides a crimped signal CRK_P, having high-level segments, alternating with low-level segments.
  • the signal is substantially periodic, with a period that depends on the speed of rotation of the target in relation to which the sensor is disposed. Each edge of the signal corresponds to the passage of the side of a tooth in front of the sensor.
  • the duration of the low level segments depends on the direction of rotation of the target. This is done using three detection cells, arranged in two pairs of detection cells. Depending on the pair of cells that sees the side of the tooth first, the sensor can determine the direction of rotation. Therefore, for a rotation speed of the given target, the sensor signal has, for example, sections at the high level having a first length L when the target rotates in the normal direction, or a second length, different from said first length. for example 2L, when the target rotates in the opposite direction of said normal direction.
  • the pulse length L is equal to 45 microseconds for forward or normal rotation
  • the pulse length 2L is equal to 90 microseconds for backward or reverse rotation.
  • the threshold is for example equal to (L + 2L) / 2.
  • a bidirectional voltage-level type sensor provides a crimped signal CRK_L, having a first high level when the target is rotating in the normal direction, or a second high level, different from said first level, when the target rotates in the opposite direction of said normal direction, and alternated each time with sections at a low level.
  • the first voltage level is equal to 5 volts for forward or normal rotation
  • the second voltage level is 2.5 volts for reverse or reverse rotation
  • the low level being equal to 0. volt.
  • the threshold is equal to a voltage level between the first voltage level and the second voltage level, for example at 3 volts.
  • an operating electronics designed for a voltage pulse type sensor may, however, be used to exploit a sensor signal as CKR_L signal from a voltage level type sensor as the sensor 2 shown.
  • the operating electronics for a pulse-type sensor is, in FIG. 1, essentially comprised in the software modules 12 and 13.
  • the description of the functionalities and an example of implementation of this electronics would come out of the this presentation.
  • the hardware module 10 comprises a first comparator 11 and a second comparator 12.
  • a first input of each of these comparators receives the sensor signal CKR_L, or primary signal, from the sensor 2 and received on the input 14 of the microcontroller 1.
  • a second input of the comparator 11 receives a first threshold voltage TH1, while a second input of the comparator 12 receives a second threshold voltage TH2.
  • the output of the comparator 11 generates a first comparison signal COMP1, or first primary signal, while the output of the comparator 12 generates a second comparison signal COMP2, or second secondary signal, which is further delayed by a delay element 3 arranged at the output of the comparator 12.
  • the delay element 13 is for example a series RC circuit introducing a delay equal to its time constant ⁇ .
  • This time constant can be adjustable, for example by modifying the value of the resistor R of the RC circuit.
  • the delay element 13 may be a delay line, for example a succession of logic gates, such as inverters, each introducing an elementary delay contributing to the delay ⁇ .
  • the operation of the device thus implemented in the hardware module 11 is as follows.
  • the primary signal constituted by the signal CKR_L produced by the rotation sensor of the rotating target 3.
  • this primary signal comprises pulses having, for a rotation speed of the target 3 given, a first positive voltage level, for example 5 volts, when the target 3 rotates in a first determined direction of rotation, for example the normal direction; or a second positive voltage level, different from said first voltage level, and for example equal to 2.5 volts, when the target 3 rotates in a second opposite direction of rotation of said first direction of rotation.
  • the active edges of the signal CRK_L are the falling edges, for the reasons already indicated above.
  • the comparator 11 generates the first secondary signal COMP1, by comparison of the primary signal CKR_L at the first determined voltage threshold TH1.
  • This threshold TH1 is between the first positive voltage level and the second positive voltage level.
  • the comparator 11 which generates the signal COMP1 switches on the level changes of the primary signal between the first positive voltage level, namely 5 V in the example, and the second positive voltage level, namely 2, 5 V in the example.
  • the threshold TH1 is for example equal to 3 volts.
  • the comparator 12 generates the second secondary signal COMP2, by comparison of the primary signal CKR_L at the second determined voltage threshold TH2.
  • This threshold TH2 is between the second level of positive voltage and the zero voltage.
  • the comparator 12 which generates the signal COMP2 switches on the level changes of the primary signal CKR_L between the second positive voltage level, namely 2.5 V in the example, and zero voltage, namely 0 V.
  • the threshold TH2 is for example equal to 2 volts.
  • the delay element 13 intentionally introduced into the second secondary signal COMP2 a determined delay ⁇ with respect to the first secondary signal COMP1.
  • the delay ⁇ is such that the second secondary signal COMP2 always switches after the first secondary signal COMP1, irrespective of the fluctuation ("jitter" in English) of the signals in the hardware module 10.
  • the delay ⁇ is equal to about 8 microseconds (ps), which in practice is sufficient to satisfy the above condition. This value remains much shorter than the period of the primary signal CRK_L and the secondary signals COMP1 and COMP2, which is of the order of a hundred or a few hundred milliseconds (ms) for engine rotation speeds of a few thousand revolutions / minute (rpm).
  • the rotational speed of the crankshaft of an internal combustion engine is between 30 rpm or a little less, and 7000 rpm or a little more.
  • the active edges of the secondary signals COMP1 and COMP2 represented are the rising edges. This is only an example, in the case where the comparators 11 and 12 generating these signals are inverting amplifiers. If falling edges are preferred for the active edges of the signals COMP1 and COMP2, it suffices to invert these signals by means of inverter circuits arranged at the output of the comparators 11 and 12, respectively. However, this introduces a delay corresponding to the delay introduced by the inverters, which delay lengthens the time required to detect a change in the direction of rotation of the target.
  • this comprises the comparison, at a determined threshold, of the duration between an active edge of the second secondary signal COMP2 and the last active edge of the first secondary signal COMP1 preceding said active edge of the second secondary signal COMP2, in order to deduce the direction of rotation therefrom. of the target. If this duration is substantially equal to the delay ⁇ intentionally introduced between the second secondary signal COMP2 relative to the first secondary signal COMP1, then it is determined that the target and therefore the crankshaft rotate in the normal direction or before. If, on the contrary, this duration ⁇ is much greater than the delay ⁇ , then it is determined that the target and therefore the crankshaft rotate in the opposite or rear direction.
  • FIGS. 5a-5b on the one hand, and above FIGS. 5c-5f, on the other hand, the teeth of the target 3 passing in front of the bidirectional rotation sensor are schematically represented in a developed fashion along a line horizontal, at the top. These are in particular the teeth Z, A, B and C. This representation adopts the same conventions as those indicated above with respect to FIGS. 2 and 3, and on which it is useless to return here.
  • a first inversion of the direction of rotation of the target 3 occurs while the center of the tooth C is passing opposite the detection axis of the sensor, in the direction FW; the rotation of the target 3 takes place, from the moment t1, in the direction BW of reverse or reverse rotation of the target; the sensor then sees in the BW direction the teeth B, then A, then Z, in front of its detection axis;
  • a third inversion of the direction of rotation of the target 3 occurs while the detection axis of the rotation sensor is in front of a hollow between the teeth B and C, the target 3 rotating in the normal sense FW; the rotation of the target 3 is effected, from time t3, in the direction BW of reverse or reverse rotation of the target; the rotation sensor therefore does not see the tooth C pass, but instead it then sees in the BW direction the teeth B, then A, in front of its detection axis; and finally,
  • a fourth inversion of the direction of rotation of the target 3 occurs while the detection axis of the rotation sensor is opposite a hollow between the teeth A and Z, the target rotating in the reverse BW; the rotation of the target 3 takes place, from the instant t4, in the direction FW of normal rotation or before the target; the rotation sensor then sees in the FW direction the teeth A, then B, etc., in front of its detection axis;
  • FIG. 5a shows the pace, as a function of time and for the motion sequence of the target 3 described above and shown above FIGS. 5a and 5b, of a primary sensor signal CRK_P which would be generated by the bidirectional sensor of the voltage pulse type from which the operating electronics is configured to operate.
  • This signal has pulses of width L or 2L, depending on the direction of rotation FW or BW, respectively, of the target 3. This has already been described above with regard to FIG. 2 and it is unnecessary to return to it in detail. right here.
  • the logical implications between the passage of the tooth flanks in front of the sensor's detection axis and the pulse fronts of the CRK_P signal are indicated by small arrows.
  • Figure 5b shows the pace, as a function of time, of a signal ROT_DIR generated by the operating electronics from the sensor signal CRK_P of Figure 5a.
  • the logical implications between the pulse width of the CRK_P signal and the ROT_DIR signal edges are indicated by small arrows between Figure 5a and Figure 5b.
  • FIG. 5c, Figure 5d, and Figure 5e show, respectively, the pace as a function of time of the primary sensor signal CRK_L generated by the rotation sensor.
  • bidirectional pulse 2 of Figure 1 the first secondary sensor signal COMP1 generated by the comparator 11 of Figure 1
  • the second secondary sensor signal COMP2 generated by the comparator 12 of Figure 1.
  • the teeth of the target 3 passing in front of the bidirectional rotation sensor are again shown schematically in a developed manner along a horizontal line, above these figures.
  • Figure 5f shows the time course of a ROT_DIR signal generated by the operating electronics of Figure 1 from the secondary sensor signals COMP1 and COMP1 of Figure 5d and Figure 5e, respectively.
  • the low or high logic state of the ROTJDIR signal indicates the rotation of the target in the normal direction FW or in the opposite direction BW, respectively.
  • the logical state that the signal ROT_DIR must take is evaluated in response to each active edge (rising edge) of the second secondary sensor signal COMP2. This state is determined as a function of the comparison at a determined threshold, of the duration ⁇ between said active edge of said second secondary signal COMP2 and the last active edge of the first secondary signal COMP1 preceding said active edge of the second secondary signal COMP2. This duration is evaluated each time between active edges of the signals COMP1 and COMP2, namely rising edges in the example considered here and illustrated by Figures 5d and 5e.
  • this duration is substantially equal to the delay ⁇ intentionally introduced between the second secondary signal COMP2 with respect to the first secondary signal COMP1, then it is determined that the target and therefore the crankshaft rotate in the normal direction or before, and the signal ROT_DIR is set or maintained at a corresponding logical level, for example the low level. If, on the contrary, this duration is much greater than the delay ⁇ , then it is determined that the target and thus the crankshaft rotate in the opposite or rear direction, and the signal ROT_DIR is set or maintained at a corresponding logic level, for example the high level. .
  • the duration between the active edge of each pulse of the signal COMP2 and the last pulse of the signal COMP1 preceding said active edge of the signal COMP2 is substantially equal to the duration of the delay ⁇ , intentionally introduced between these two signals.
  • the signal CRK_L has crossed not only the threshold TH1 between the first high level (5 V) and the second high level (2.5 V), but also the threshold TH2 between the second high level (2.5 V) and the low level (0 V). That means fine, depending on the signal definition CRK_L from a voltage level type rotation sensor and as discussed with reference to Figure 3, that the target rotates in the normal direction FW.
  • the duration ⁇ 1 between the active edge of the first pulse of the signal COMP2 and the active edge of the last pulse of the signal COMP1 preceding said edge of the signal COMP1 is greater than the duration of the delay ⁇ .
  • the duration ⁇ 2 between the active edge of the second pulse of the signal COMP2 and the active edge of the last pulse of the signal COMP1 preceding said edge of the signal COMP1 is greater than the duration of the delay ⁇ .
  • the duration ⁇ 3 between the active edge of the signal pulse COMP2 and the active edge of the last pulse of the signal COMP1 preceding said signal edge COMP1 is substantially greater than the duration of the signal. delay ⁇ . In all these cases, it is then determined by the operating electronics of the device 1 that the target and therefore the crankshaft rotate in the reverse or reverse direction BW. As a result, the signal ROT_DIR is set or maintained at the logic high level.
  • the criterion for realizing the condition "duration substantially greater than the duration of the delay ⁇ " can be evaluated as a function of the period of the sensor signal
  • the duration ⁇ is greater than the duration of the delay ⁇ during about a period of the signal CRK_L at least, this condition can be considered as respected.
  • the duration of the delay ⁇ is substantially less than the typical values of the period of the CRK_L sensor signal, approximately 100 times smaller, depending on the speed of rotation of the motor.
  • the comparison step illustrated in FIG. 5f which leads to the generation of the ROT_DIR direction detection signal can advantageously be carried out by software, insofar as it essentially consists of time counts.
  • the signal ROT_DIR can therefore be generated in a software module of the computer 1, for example preferably in the basic software mode (BSW) of the device of FIG. 1.
  • the software module 20 can receive the secondary sensor signals COMP1 and COMP2.
  • the signal ROTJDIR can also be generated in the application software module (ASW).
  • ASW application software module
  • it can also be generated by hardware means, for example in the software module 10 of the device of FIG.
  • the signal COMP1 only serves to detect the direction of rotation of the target
  • the signal COMP2 carries the information constituted by almost all the fronts of the primary sensor signal CRK_L coming directly from the sensor.
  • the angular clock translates the speed of rotation of the target, and used to the synchronization of the motor control in the example of application described here can be generated, for example in software, from the second secondary signal COMP2.
  • This signal can for example be used as a reference signal to the Digital Phase Control Loop (DPLL) which has been mentioned above.
  • DPLL Digital Phase Control Loop
  • the toothed target may be provided with any number N of teeth.
  • the present invention has been described with toothed targets, but it can be applied to any type of target, whether optical or magnetic, for example.
  • the signal processing is feasible indifferently on the rising and / or falling edges without departing from the scope of the present invention.

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Abstract

Il est proposé un procédé de traitement d'un signal primaire produit par un capteur de rotation d'une cible tournante du type à niveaux de tension. Le signal primaire comprend des impulsions ayant, pour une vitesse de rotation de la cible donnée, un premier niveau de tension positif lorsque la cible tourne dans un premier sens de rotation déterminé ou un second niveau de tension positif, différent dudit premier niveau de tension, lorsque la cible tourne dans un second sens de rotation inverse dudit premier sens de rotation On génère un premier signal secondaire (COMP1 ) par comparaison du signal primaire à un premier seuil de tension (TH1 ) déterminé, compris entre le premier niveau de tension et le second niveau de tension. On génère un second signal secondaire (COMP2) par comparaison du signal primaire à un second seuil de tension (TH2) déterminé, compris entre le second niveau de tension et la tension nulle. On introduit intentionnellement un retard déterminé (τ) dans le second signal secondaire par rapport au premier signal secondaire. Puis on compare à un seuil de temps déterminé, la durée entre un front actif du second signal secondaire et le dernier front actif du premier signal secondaire précédant ledit front actif du second signal secondaire, pour en déduire le sens de rotation de la cible.

Description

Procédé et dispositif de traitement d'un signal produit par un capteur de rotation d'une cible tournante
La présente invention se rapporte de manière générale aux techniques de synchronisation d'un moteur à combustion interne, et plus spécialement au traitement d'un signal de capteur de position angulaire du vilebrequin d'un tel moteur.
Elle concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif de traitement d'un signal produit par un capteur de rotation d'une cible tournante, pour en déduire le sens de rotation de la cible.
L'invention trouve des applications, en particulier, dans le domaine automobile. Elle peut être mise en œuvre, par exemple, dans un calculateur de contrôle moteur comme un contrôleur d'injection et/ou d'allumage.
Afin de permettre la synchronisation de l'injection et/ou de l'allumage d'un moteur à combustion interne, le vilebrequin du moteur peut être équipé d'une cible tournante coopérant avec un capteur fixe associé à une électronique d'exploitation du signal du capteur. Cette électronique peut comprendre des éléments matériels et/ou des éléments logiciels. Elle est adaptée et configurée pour déterminer précisément la position angulaire du vilebrequin, et donc la position des pistons du moteur, à partir du signal du capteur.
La cible tournante est par exemple une roue dentée, liée en rotation avec le vilebrequin. Une telle cible comporte un grand nombre de dents, généralement trente-six ou soixante dents, sans tenir compte d'une ou deux dents manquantes permettant de définir une zone de référence angulaire sur la cible.
Plus particulièrement, la position angulaire du moteur est déterminée par l'électronique d'exploitation par comptage du nombre de dents de la cible « vues » par le capteur depuis le dernier passage de la zone de référence angulaire devant le capteur. D'un point de vue électrique, le passage d'un flanc d'une dent de la cible devant le capteur se traduit par un front du signal de capteur, à savoir un front montant ou un front descendant selon l'agencement et la technologie du capteur. A chacun de ces fronts correspond un incrément de la position angulaire du vilebrequin comptabilisé par l'électronique d'exploitation. Cet incrément angulaire est égal à 10 degrés pour une cible à 36 dents, ou à 6 degrés pour une cible à 60 dents, par exemple.
Pour redémarrer le moteur avec efficacité après un arrêt, il est important de connaître précisément la position d'arrêt du moteur. L'efficacité dont il s'agit ici s'apprécie, en particulier, en termes de rapidité de la synchronisation de l'injection et de l'allumage, dont dépend la consommation en carburant et l'émission de C02. Egalement, elle s'apprécie en termes de souplesse du redémarrage du moteur, c'est-à-dire de faiblesse des vibrations et du bruit perceptibles par l'utilisateur. Ces critères d'efficacité sont particulièrement importants pour les véhicules équipés de la fonction dite « stop and start » en anglais, destinée à réduire la consommation de carburant en cycle urbain tout en permettant des redémarrages du moteur immédiats et silencieux.
Or, si en principe un moteur de véhicule tourne toujours dans le même sens, il peut arriver que, lors de l'arrêt du moteur, le vilebrequin oscille légèrement autour d'une position d'équilibre correspondant à la position d'arrêt du moteur. Ceci provient de phénomènes opposés d'inertie du moteur, d'une part, et de frein moteur, d'autre part. Or, le passage devant le capteur d'une dent de la cible dans le sens inverse du sens normal est vu, du point de vue du capteur, de la même façon que s'il s'agissait d'un passage dans le sens normal. C'est juste le flanc opposé de la dent qui fait réagir le capteur. Cela signifie que, si aucune mesure de détection du sens de rotation n'est prise, le passage d'une dent devant le capteur en sens inverse du sens normal donne lieu au comptage d'un incrément angulaire de plus, alors qu'il devrait en réalité donner lieu à un décomptage dudit incrément. L'erreur angulaire est alors égale à deux fois la valeur de l'incrément angulaire, c'est-à-dire à 20 degrés ou à 12 degrés, respectivement, dans les exemples précités.
Pour connaître précisément la position d'arrêt du moteur, on utilise des capteurs bidirectionnels. Un tel capteur permet non seulement de détecter le passage d'un flanc d'une dent de la cible devant le capteur, mais également de déterminer le sens de rotation de ladite cible. Une stratégie intégrée dans l'électronique d'exploitation du signal du capteur permet alors de tenir compte de l'information concernant le sens de rotation de la cible, et ainsi de connaître précisément la position du moteur lors d'un arrêt de celui-ci.
Un capteur bidirectionnel de type connu, par exemple du document JP 2005 233622, fournit des signaux en créneaux présentant des tronçons à un niveau haut, alternés avec des tronçons à un niveau bas. La durée des tronçons de niveau haut, par exemple, dépend du sens de rotation de la cible. Un tel capteur est dit « à impulsion de tension ». Il est en effet possible à l'électronique d'exploitation du signal de capteur de déterminer, pour chaque nouveau front du signal du capteur, le sens de passage du flanc de dent correspondant devant le capteur, et donc de compter ou décompter l'incrément angulaire correspondant.
Toutefois, il existe également des capteurs bidirectionnels fonctionnant selon un autre principe. Avec cet autre type de capteurs, le sens de rotation de la cible est donné dans le signal en faisant varier la tension correspondant par exemple au niveau haut et/ou au niveau bas du signal du capteur. Un tel capteur, dit « à niveau de tension » est également décrit dans le document JP 2005 233622 précité, en référence à la Figure 6 dudit document. Ainsi qu'il est montré sur cette figure, le signal de capteur considéré comporte trois niveaux de tension différents, en fonction notamment du sens de rotation de la cible poursuivie.
Bien entendu, l'électronique d'exploitation du signal de capteur est adaptée au type du capteur utilisé parmi les deux types ci-dessus, et n'est pas interchangeable d'un type de capteur à l'autre.
C'est pourquoi, pour un équipementier disposant d'une électronique d'exploitation correspondant à l'un des deux types de capteurs ci-dessus pour une application donnée, l'utilisation d'un capteur de l'autre type nécessite le développement d'une nouvelle électronique. Or, le développement et la validation d'une telle électronique prennent du temps et coûtent cher. En particulier, les éléments logiciels qui doivent être modifiés compte tenu de la substitution d'un type de capteur à l'autre, peuvent conduire à la nécessité d'une requalification d'un ensemble logiciel plus large au sein du calculateur dédié à l'application concernée.
L'invention vise à supprimer, ou du moins atténuer, tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur précités. En particulier, l'invention permet le réemploi des éléments logiciels d'une électronique d'exploitation d'un signal de capteur à impulsion de tension en cas d'utilisation d'un capteur à niveau de tension.
A cet effet, un premier aspect de l'invention propose un procédé de traitement d'un signal primaire produit par un capteur de rotation d'une cible tournante du type à niveaux de tension, ledit signal primaire comprenant des impulsions ayant, pour une vitesse de rotation de la cible donnée, un premier niveau de tension positif lorsque la cible tourne dans un premier sens de rotation déterminé ou un second niveau de tension positif, différent dudit premier niveau de tension, lorsque la cible tourne dans un second sens de rotation inverse dudit premier sens de rotation. Le procédé comporte :
· la génération d'un premier signal secondaire par comparaison du signal primaire à un premier seuil de tension déterminé, compris entre le premier niveau de tension et le second niveau de tension ;
• la génération d'un second signal secondaire par comparaison du signal primaire à un second seuil de tension déterminé, compris entre le second niveau de tension et la tension nulle ;
• l'introduction intentionnelle d'un retard déterminé dans le second signal secondaire par rapport au premier signal secondaire ; et
• la comparaison à un seuil de temps déterminé, de la durée entre un front actif du second signal secondaire et le dernier front actif du premier signal secondaire précédant ledit front actif du second signal secondaire, pour en déduire le sens de rotation de la cible. Dans un mode de mise en œuvre, le procédé peut comprendre en outre la génération d'une horloge angulaire traduisant la vitesse de rotation de la cible à partir du second signal secondaire. En effet, ce signal secondaire porte l'information correspondant sensiblement à tous les fronts du signal primaire, c'est-à-dire à tous les flancs de dents de la cible qui sont détectés par le capteur de rotation.
L'introduction intentionnelle d'un retard dans le second signal secondaire par rapport au premier signal secondaire assure qu'un front du second signal secondaire intervient toujours après un front correspondant du premier signal secondaire pour un front du signal primaire allant du premier niveau de tension positif à la tension nulle, quelle que soit la fluctuation (« Jitter » en anglais) éventuelle des signaux.
Dans des formes de mise en œuvre du procédé, le seuil de temps utilisé dans l'étape de comparaison peut être sensiblement égal à la durée du retard introduit dans le second signal secondaire par rapport au premier signal secondaire.
Dans des formes de mise en œuvre de l'étape de comparaison :
· si la durée entre un front actif du second signal secondaire et le dernier front actif du premier signal secondaire précédant ledit front actif du second signal secondaire est sensiblement égale au seuil de temps, alors il est déterminé que la cible tourne dans un sens de rotation normal ; alors que,
• si au contraire la durée entre un front actif du second signal secondaire et le dernier front actif du premier signal secondaire précédant ledit front actif du second signal secondaire est supérieure au seuil de temps, alors il est déterminé que la cible tourne dans un sens de rotation inverse du sens de rotation normal. Par exemple, à l'étape de comparaison, il peut être généré un signal de détection du sens de rotation de la cible ayant un premier niveau logique lorsqu'il est déterminé que la cible tourne dans un sens de rotation normal et un second niveau logique, différent dudit premier niveau logique, lorsqu'il est déterminé que la cible tourne dans le sens de rotation inverse du sens de rotation normal.
De préférence, la génération du premier signal secondaire, la génération du second signal secondaire, et l'introduction intentionnelle du retard dans le second signal secondaire par rapport au premier signal secondaire, sont réalisées de manière matérielle, alors que la comparaison au seuil de temps de la durée entre un front actif du second signal secondaire et le dernier front actif du premier signal secondaire précédant ledit front actif du second signal secondaire est réalisée de manière logicielle.
Un second aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique comportant des moyens pour la mise en œuvre de chacune des étapes d'un procédé de traitement selon le premier aspect ci-dessus. Selon un troisième aspect, l'invention concerne encore un système de gestion d'un moteur à combustion interne, comportant au moins une cible tournante solidaire en rotation d'un vilebrequin ou d'un arbre à cames du moteur, ainsi qu'un capteur bidirectionnel du type à niveaux de tension et qu'un dispositif électronique selon le deuxième aspect ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés dans lesquels :
- la Figure 1 , est un schéma fonctionnel montrant l'agencement d'une cible tournante, d'un capteur de rotation de la cible tournante, et d'une unité électronique d'exploitation du signal du capteur comprenant un premier comparateur et un second comparateur selon des modes de réalisation ;
- la Figure 2 montre l'allure, en fonction du temps, d'un signal de capteur du type à impulsion de tension, en cas de changement du sens de rotation de la cible ;
- la Figure 3 montre l'allure, en fonction du temps, d'un signal de capteur du type à niveau de tension, en cas de changement du sens de rotation de la cible ;
- la Figure 4 montre un front actif d'un signal primaire provenant d'un capteur de rotation bidirectionnel du type à niveaux de tension, un front d'un premier signal secondaire et un front d'un second signal secondaire chacun généré par le premier comparateur et par le second comparateur de la Figure 1, respectivement ; et
- les Figures 5a-5f sont des chronogrammes de divers signaux illustrant le fonctionnement du dispositif de la Figure 1.
Un moteur à combustion interne, par exemple pour véhicule automobile, comprend au moins un piston mobile agencé de manière à faire varier le volume d'une chambre de combustion. L'admission et l'échappement de gaz dans les chambres de combustion sont le plus souvent réalisés à l'aide de soupapes commandées par au moins un arbre à cames. L'énergie développée dans les chambres de combustion par la combustion d'un carburant au sein d'un comburant est transmise par chaque piston à un arbre moteur appelé vilebrequin.
Des modes de réalisation de l'invention sont décrits ci-après dans leur application non limitative à la synchronisation d'un moteur à combustion interne. L'invention ne se limite pas, toutefois à cet exemple. Ainsi, elle peut s'appliquer au traitement d'un signal produit par un capteur de rotation d'un arbre d'un arbre de boîte de vitesse de véhicule automobile, par exemple, ou de tout arbre tournant. De manière générale, en effet, des modes de réalisation de l'invention peuvent être implémentés dans diverses applications dans lesquelles on a besoin de déterminer la position angulaire d'une cible tournante, pour en déduire le sens de rotation de la cible.
La synchronisation d'un moteur à combustion interne consiste à identifier avec précision la position des pièces en mouvement (piston, vilebrequin, arbre à cames...) ainsi que l'instant du cycle moteur (que ce dernier soit un moteur de type 2-temps ou 4-temps). Ceci permet à l'électronique embarquée de commander le fonctionnement du moteur, notamment en ce qui concerne l'injection du carburant ou du mélange carburé et en ce qui concerne l'allumage (pour les moteurs à allumage commandé), avec la justesse et la précision requises pour obtenir un fonctionnement optimal.
Des procédés de synchronisation mettent en uvre des algorithmes permettant de déterminer la position du moteur en fonction de la position angulaire du vilebrequin et/ou de l'arbre à cames du moteur, détectée par des capteurs installés dans le moteur. Ces capteurs coopèrent avec des cibles tournantes solidaires en rotation du vilebrequin et de l'arbre à cames, respectivement, par exemple des roues dentées.
Dans ce qui suit, on considère plus particulièrement l'exemple du traitement d'un signal de capteur de rotation du vilebrequin d'un moteur. Cet exemple n'est bien entendu pas limitatif. L'invention peut aussi bien s'appliquer, notamment, au traitement d'un signal de capteur de rotation de l'arbre à cames d'un moteur, ou d'un arbre d'une boîte de vitesse comme indiqué supra.
En référence au schéma fonctionnel de la Figure 1 , on considère un exemple d'application de l'invention à un contrôleur d'injection et/ou d'allumage d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile.
Le contrôleur 10 peut être réalisé sous la forme d'un microcontrôleur (pC), qui peut être un circuit intégré à application spécifique (ASIC, de l'anglais « Application Spécifie Integrated Circuit »), un système sur une puce (SoC, de l'anglais « System-on- Chip »), un circuit logique programmable ou réseau logique programmable (FPGA, de l'anglais « Field Programmable Gâte Array »), etc. L'invention n'est toutefois pas limitée à ces exemples, le contrôleur pouvant faire partie d'un équipement plus complexe, comprenant par exemple un agencement de plusieurs circuits intégrés dont des calculateurs, des mémoires, des périphériques, etc.
Le microcontrôleur 10 comprend une partie matérielle ou module matériel 11 , et une partie logicielle avec un premier module logiciel 12 et un second module logiciel 13.
La partie matérielle 11 comprend les éléments matériels (HW, de l'anglais
« Hardware ») du microcontrôleur, tels que des convertisseurs analogique-numérique, des drivers, des filtres d'entrée/sortie, etc. Le premier module logiciel 12 comprend par exemple les éléments logiciels qui, pour l'application considérée, dépendent du microcontrôleur utilisé. Ces éléments logiciels forment ce qu'on appelle le logiciel des couches basses (BSW, de l'anglais « Basic Software »).
Le second module logiciel 13 comprend par exemple les éléments logiciels qui ne dépendent que de l'application considérée, pas du microcontrôleur utilisé, et peuvent donc être embarqués sur n'importe quel microcontrôleur. Ces éléments logiciels forment ce qu'on appelle le logiciel applicatif (ASW de l'anglais « Application Software »).
L'avantage de ce découpage réside dans la possibilité de réemployer le code (logiciel) du module ASW sans modification dans diverses applications utilisant un microcontrôleur quelconque, ou tout autre circuit électronique, au sein d'un système de gestion électronique d'un moteur à combustion interne.
Dans le module ASW, sont compris des composants logiciels configurés pour déterminer la position angulaire du moteur, ainsi que des composants logiciels configurés pour générer une horloge angulaire en fonction de sa vitesse de rotation. Les premiers éléments ci-dessus peuvent implémenter un compteur. Les seconds éléments peuvent implémenter une boucle d'asservissement de phase numérique (ou DPLL, de l'anglais « Digital Phase Locked Loop »). Ces informations permettent à d'autres composants logiciels d'assurer la synchronisation de la commande du moteur dans les différentes phases de fonctionnement de celui-ci.
Le dispositif selon des modes de réalisation de l'invention peut être réalisé à l'intérieur de ce microcontrôleur, ainsi qu'il va maintenant être décrit.
Le microcontrôleur 10 comprend à cet effet une entrée 14 pour recevoir un signal de capteur CRK_L, ou signal primaire, fourni par un capteur de rotation 2. Dans le mode de réalisation tel que représenté, le capteur 2 est un capteur de rotation bidirectionnel du type à niveaux de tension.
Le capteur 2 est par exemple positionné de manière fixe à proximité d'une cible tournante 3, telle qu'une roue dentée, avec laquelle il coopère pour produire le signal CRK_L. Le terme de « roue dentée » doit être compris dans son acception la plus générale, c'est-à-dire une roue comprenant des éléments structurels permettant à un capteur de repérer la rotation de la roue sur un secteur angulaire déterminé. La nature et l'agencement de ces éléments structurels peuvent être variés. Il peut s'agir de formes géométriques telles que des dents au sens propre, d'éléments magnétiques comme des pôles magnétiques, d'éléments optiques ou repérables par un dispositif optoélectronique, etc.
Par souci de commodité, dans l'exemple considéré ici, la roue dentée 3 comprend vingt-six dents 31 régulièrement espacées sur la périphérie de la roue sauf au niveau d'une zone de référence 32 où une dent au moins est manquante. Cet exemple est choisi uniquement parce qu'il permet de repérer la succession des dents par les vingt- six lettres de l'alphabet, à savoir la série, A, B, C Z. Avec cet exemple, l'incrément angulaire est de 13 degrés environ. En pratique toutefois, et comme exposé en introduction, une cible classiquement utilisée comprend plutôt 36 ou 60 dents (sans tenir compte du fait qu'une ou plusieurs dents sont manquantes dans la zone de référence), donnant un incrément angulaire de 10 ou 6 degrés, respectivement.
La roue dentée 3 est solidaire en rotation d'un arbre mobile 4, à savoir le vilebrequin du moteur dans l'exemple considéré ici.
Le microcontrôleur 10 comprend des premiers éléments, notamment des éléments logiciels, configurés pour fonctionner à partir d'un signal de capteur provenant d'un capteur de rotation bidirectionnel du type à impulsions de tension. Cependant, des éléments supplémentaires, notamment des éléments matériels, sont ajoutés au dispositif pour permettre audits premiers éléments de fonctionner à partir d'un signal de capteur provenant d'un capteur de rotation bidirectionnel du type à niveaux de tension.
Avant de poursuivre la description de modes de réalisation en référence à la Figure 1, les deux types de capteurs précités vont maintenant être décrits en référence aux diagrammes temporels de la Figure 2 et de la Figure 3.
Sur ces Figures 2 et 3, une portion des dents de la cible dentée 3 est représentée schématiquement de manière développée suivant une ligne horizontale, en haut. Il s'agit en particulier des dents A, B et C passant dans cet ordre devant le capteur lorsque la cible tourne dans le sens normal.
Par convention, dans la suite de la description, on appellera sens de rotation avant (ou FW, de l'anglais « Forward ») le sens de rotation correspondant au sens de rotation du moteur en marche normale. Le sens de rotation inverse sera appelé sens de rotation arrière (ou BW, de l'anglais « Backward »). Aux Figures 2 et 3, le sens de rotation normal ou avant correspond à un déplacement des dents de la gauche vers la droite. Inversement, le sens de rotation inverse ou arrière correspond à un déplacement des dents de la droite vers la gauche.
Par convention également, on notera tO l'instant où le centre de la dent A passe devant l'axe de détection du capteur de rotation, dans le sens de rotation normal de la cible, à savoir la rotation en avant. Par ailleurs, on note t1 un instant où le sens de rotation de la cible s'inverse, pour passer en rotation dans le sens inverse, à savoir en arrière. Dans l'exemple représenté, cette inversion du sens de rotation se produit alors que la dent C se trouve en regard de l'axe de détection du capteur de rotation.
Enfin, les fronts actifs des signaux sont repérés par une flèche. Dans les exemples représentés, les fronts actifs des signaux de capteur sont des fronts descendants, qui sont mieux définis en général que des fronts montants, c'est-à-dire plus francs, plus nets, car ils correspondent à une décharge de charges électriques vers la masse. Ceci n'est toutefois pas limitatif, un signal de capteur pouvant avoir des fronts actifs qui sont des fronts montants sans que le principe de l'invention en soit modifié en quelque manière que ce soit.
En référence à la Figure 2, un capteur bidirectionnel de type à impulsions de tension fournit un signal en créneaux CRK_P, présentant des tronçons à un niveau haut, alternés avec des tronçons à un niveau bas. Le signal est sensiblement périodique, avec une période qui dépend de la vitesse de rotation de la cible en regard de laquelle le capteur est disposé. Chaque front du signal correspond au passage du flanc d'une dent devant le capteur.
Par conception, la durée des tronçons de niveau bas, par exemple, dépend du sens de rotation de la cible. Ceci est réalisé à l'aide de trois cellules de détection, agencées en deux paires de cellules de détection. En fonction de la paire de cellules qui voit le flanc de la dent en premier, le capteur peut déterminer le sens de rotation. De ce fait, pour une vitesse de rotation de la cible donnée, le signal du capteur présente par exemple des tronçons au niveau haut ayant une première longueur L lorsque la cible tourne dans le sens normal, ou une seconde longueur, différente de ladite première longueur, par exemple 2L, lorsque la cible tourne dans le sens inverse dudit sens normal. Par exemple la longueur d'impulsion L est égale à 45 microsecondes pour une rotation en sens avant ou normal, et la longueur d'impulsion 2L est égale à 90 microsecondes pour une rotation en sens arrière ou inverse.
En comparant la durée des impulsions du signal de capteur à un seuil déterminé, il est alors possible à l'électronique d'exploitation comprise dans le microcontrôleur 1 de déterminer le sens de rotation de la cible. Cette électronique peut alors compter ou décompter l'incrément angulaire correspondant à la roue dentée utilisée. Le seuil est par exemple égal à (L+2L)/2.
En référence à la Figure 3, un capteur bidirectionnel de type à niveaux de tension fournit un signal en créneaux CRK_L, présentant un premier niveau haut lorsque la cible tourne dans le sens normal, ou un second niveau haut, différente dudit premier niveau, lorsque la cible tourne dans le sens inverse dudit sens normal, et alternés à chaque fois avec des tronçons à un niveau bas. Par exemple le premier niveau de tension est égal à 5 volts pour une rotation en sens avant ou normal, et le second niveau de tension est égal à 2,5 volts pour une rotation en sens arrière ou inverse, le niveau bas étant égal à 0 volt.
En comparant le niveau de tension des impulsions du signal de capteur à un seuil, il est alors possible à l'électronique d'exploitation comprise dans le microcontrôleur 1 de déterminer le sens de rotation de la cible. Cette électronique peut alors compter ou décompter l'incrément angulaire correspondant à la roue dentée utilisée. Le seuil est égal à un niveau de tension compris entre le premier niveau de tension et le second niveau de tension, par exemple à 3 volts.
L'Homme du métier comprend aisément que l'exploitation d'un signal de capteur provenant d'un capteur du type à niveaux de tension comme illustré à la Figure 3 diffère substantiellement de l'exploitation d'un signal de capteur provenant d'un capteur du type à impulsions de tension comme montré à la Figure 2. C'est pourquoi en principe, une électronique d'exploitation conçue pour un type de capteur ne convient pas pour l'autre type de capteur.
De retour à la Figure 1, il va maintenant être décrit comment, selon des modes de réalisation de l'invention, une électronique d'exploitation conçue pour un capteur du type à impulsions de tension peut toutefois être utilisée pour exploiter un signal de capteur comme le signal CKR_L provenant d'un capteur du type à niveaux de tension comme le capteur 2 représenté.
L'électronique d'exploitation pour un capteur du type à impulsions de tension est, à la Figure 1 , essentiellement comprise dans les modules logiciels 12 et 13. La description des fonctionnalités et d'un exemple de mise en œuvre de cette électronique sortirait du cadre du présent exposé.
Selon des modes de réalisation, le module matériel 10 comprend un premier comparateur 11 et un second comparateur 12. Une première entrée de chacun de ces comparateurs reçoit le signal de capteur CKR_L, ou signal primaire, provenant du capteur 2 et reçu sur l'entrée 14 du microcontrôleur 1. Une seconde entrée du comparateur 11 reçoit une première tension de seuil TH1 , alors qu'une seconde entrée du comparateur 12 reçoit une seconde tension de seuil TH2. La sortie du comparateur 11 génère un premier signal de comparaison COMP1 , ou premier signal primaire, alors que la sortie du comparateur 12 génère un second signal de comparaison COMP2, ou second signal secondaire, lequel est en outre retardé par un élément à retard 3 disposé en sortie du comparateur 12.
L'élément à retard 13 est par exemple un circuit RC série introduisant un retard égal à sa constante de temps τ. Cette constante de temps peut être ajustable, par exemple en modifiant la valeur de la résistance R du circuit RC. En variante, l'élément à retard 13 peut être une ligne à retard, par exemple une succession de portes logiques, comme des inverseurs, introduisant chacune un retard élémentaire contribuant au retard τ.
Le fonctionnement du dispositif ainsi implémenté dans le module matériel 11 est le suivant. En référence aux chronogrammes de la Figure 4, on considère le signal primaire constitué par le signal CKR_L produit par le capteur de rotation de la cible tournante 3. On rappelle que ce signal primaire comprend des impulsions ayant, pour une vitesse de rotation de la cible 3 donnée, un premier niveau de tension positif, par exemple 5 volts, lorsque la cible 3 tourne dans un premier sens de rotation déterminé, par exemple le sens normal ; ou un second niveau de tension positif, différent dudit premier niveau de tension, et par exemple égal 2,5 volts, lorsque la cible 3 tourne dans un second sens de rotation inverse dudit premier sens de rotation. Par convention, les fronts actifs du signal CRK_L sont les fronts descendants, pour les raisons déjà indiquées plus haut.
Le comparateur 11 génère le premier signal secondaire COMP1, par comparaison du signal primaire CKR_L au premier seuil de tension déterminé TH1. Ce seuil TH1 est compris entre le premier niveau de tension positif et le second niveau de tension positif. Dit autrement, le comparateur 11 qui génère le signal COMP1 commute sur les changements de niveaux du signal primaire compris entre le premier niveau de tension positif, à savoir 5 V dans l'exemple, et le second niveau de tension positif, à savoir 2,5 V dans l'exemple. Le seuil TH1 est par exemple égal à 3 volts.
De même, le comparateur 12 génère le second signal secondaire COMP2, par comparaison du signal primaire CKR_L au second seuil de tension déterminé TH2. Ce seuil TH2 est compris entre le second niveau de tension positif et la tension nulle. Dit autrement, le comparateur 12 qui génère le signal COMP2 commute sur les changements de niveaux du signal primaire CKR_L compris entre le second niveau de tension positif, à savoir 2,5 V dans l'exemple, et tension nulle, à savoir 0 V. Le seuil TH2 est par exemple égal à 2 volts.
De plus, l'élément à retard 13 introduit de manière intentionnelle dans le second signal secondaire COMP2 un retard déterminé τ par rapport au premier signal secondaire COMP1. Le retard τ est tel que le second signal secondaire COMP2 commute toujours après le premier signal secondaire COMP1 , quelle que soit la fluctuation (« jitter » en anglais) des signaux dans le module hardware 10. Dans un exemple de réalisation, le retard τ est égal à 8 microsecondes (ps) environ, ce qui en pratique suffit à satisfaire la condition ci-dessus. Cette valeur reste très inférieure à la période du signal primaire CRK_L et des signaux secondaires COMP1 et COMP2, qui est de l'ordre de la centaine ou de quelques centaines de millisecondes (ms) pour des vitesses de rotation du moteur de quelques milliers de tours/minute (tr/min). Typiquement en effet, la vitesse de rotation du vilebrequin d'un moteur à combustion interne est comprise entre 30 tr/min ou un peu moins, et 7000 tr/min ou un peu plus. On notera que les fronts actifs des signaux secondaires COMP1 et COMP2 représentés sont les fronts montants. Ceci n'est qu'un exemple, dans le cas où les comparateurs 11 et 12 générant ces signaux sont des amplificateurs inverseurs. Si des fronts descendants sont préférés pour les fronts actifs des signaux COMP1 et COMP2, il suffit d'inverser ces signaux à l'aide de circuits inverseurs disposés en sortie des comparateurs 11 et 12, respectivement. Cela introduit toutefois un retard correspondant au délai introduit par les inverseurs, lequel retard allonge le temps nécessaire à la détection d'un changement du sens de rotation de la cible.
La suite du fonctionnement du dispositif va maintenant être décrite en référence aux chronogrammes des Figures 5a-5f.
Essentiellement, cela comprend la comparaison à un seuil déterminé, de la durée entre un front actif du second signal secondaire COMP2 et le dernier front actif du premier signal secondaire COMP1 précédant ledit front actif du second signal secondaire COMP2, pour en déduire le sens de rotation de la cible. Si cette durée est sensiblement égale au retard τ introduit intentionnellement entre le second signal secondaire COMP2 par rapport au premier signal secondaire COMP1 , alors il est déterminé que la cible et donc le vilebrequin tournent dans le sens normal ou avant. Si au contraire cette durée ΔΤ est très supérieure au retard τ, alors il est déterminé que la cible et donc le vilebrequin tournent dans le sens inverse ou arrière.
Au-dessus des Figures 5a-5b, d'une part, et au-dessus des Figures 5c-5f d'autre part, les dents de la cible 3 passant devant le capteur de rotation bidirectionnel sont représentées schématiquement de manière développée suivant une ligne horizontale, en haut. Il s'agit en particulier des dents Z, A, B et C. Cette représentation adopte les mêmes conventions que celles indiquées supra concernant les Figures 2 et 3, et sur laquelle il est inutile de revenir ici.
Afin d'expliciter le fonctionnement du dispositif, on envisage les différentes configurations possibles de la cible 3 lorsque se produit un changement du sens de rotation. Ainsi :
• à l'instant tO le centre de la dent A est en train de passer en regard de l'axe de détection du capteur, dans le sens FW de rotation normal ou avant de la cible ; le capteur voit alors passer dans le sens FW les dents B, puis C, devant son axe de détection ;
• à l'instant t1 une première inversion du sens de rotation de la cible 3 se produit alors que le centre de la dent C est en train de passer en regard de l'axe de détection du capteur, dans le sens FW ; la rotation de la cible 3 s'effectue, à partir de l'instant t1 , dans le sens BW de rotation inverse ou arrière de la cible ; le capteur voit alors repasser dans le sens BW les dents B, puis A, puis Z, devant son axe de détection ;
• à l'instant t2 une deuxième inversion du sens de rotation de la cible 3 se produit alors que le centre de la dent Z est en train de passer en regard de l'axe de détection du capteur, dans le sens BW ; la rotation de la cible 3 s'effectue, à partir de l'instant t2, dans le sens FW de rotation normal ou avant de la cible ; le capteur voit alors repasser les dents A, puis B, devant son axe de détection ;
• à l'instant t3 une troisième inversion du sens de rotation de la cible 3 se produit alors que l'axe de détection du capteur de rotation se trouve en face d'un creux entre les dents B et C, la cible 3 tournant dans le sens normal FW ; la rotation de la cible 3 s'effectue, à partir de l'instant t3, dans le sens BW de rotation inverse ou arrière de la cible ; le capteur de rotation ne voit donc pas passer la dent C, mais au contraire il voit alors repasser dans le sens BW les dents B, puis A, devant son axe de détection ; et enfin,
· à l'instant t4 une quatrième inversion du sens de rotation de la cible 3 se produit alors que l'axe de détection du capteur de rotation se trouve en face d'un creux entre les dents A et Z, la cible tournant dans le sens inverse BW ; la rotation de la cible 3 s'effectue, à partir de l'instant t4, dans le sens FW de rotation normal ou avant de la cible ; le capteur de rotation voit alors repasser dans le sens FW les dents A, puis B, etc., devant son axe de détection ;
La Figure 5a montre l'allure, en fonction du temps et pour la séquence de mouvement de la cible 3 décrite ci-dessus et représentée au-dessus des Figures 5a et 5b, d'un signal de capteur primaire CRK_P qui serait généré par le capteur bidirectionnel du type à impulsions de tension à partir duquel l'électronique d'exploitation est configurée pour fonctionner. Ce signal présente des impulsions de largeur L ou 2L, en fonction du sens de rotation FW ou BW, respectivement, de la cible 3. Ceci a déjà été décrit plus haut en regard de la Figure 2 et il est inutile de revenir dessus en détails ici. Les implications logiques entre le passage des flancs des dents devant l'axe de détection du capteur et les fronts des impulsions du signal CRK_P sont indiquées par de petites flèches.
La Figure 5b montre l'allure, en fonction du temps, d'un signal ROT_DIR généré par l'électronique d'exploitation à partir du signal de capteur CRK_P de la Figure 5a. Les implications logiques entre la largeur des impulsions du signal CRK_P et les fronts du signal ROT_DIR sont indiquées par de petites flèches entre la Figure 5a et la Figure 5b.
La Figure 5c, la Figure 5d, la Figure 5e montrent, respectivement, l'allure en fonction du temps, du signal de capteur primaire CRK_L généré par le capteur de rotation bidirectionnel à niveaux d'impulsions 2 de la Figure 1 , du premier signal de capteur secondaire COMP1 généré par le comparateur 11 de la Figure 1 , et du second signal de capteur secondaire COMP2 généré par le comparateur 12 de la Figure 1. Par souci de lisibilité des dessins, les dents de la cible 3 passant devant le capteur de rotation bidirectionnel sont à nouveau représentées schématiquement de manière développée suivant une ligne horizontale, au-dessus de ces figures.
La Figure 5f montre l'allure en fonction du temps d'un signal ROT_DIR généré par l'électronique d'exploitation de la Figure 1 à partir des signaux de capteur secondaire COMP1 et COMP1 de la Figure 5d et de la Figure 5e, respectivement. L'état logique bas ou haut du signal ROTJDIR indique la rotation de la cible dans le sens normal FW ou dans le sens inverse BW, respectivement.
L'état logique que doit prendre le signal ROT_DIR est évalué en réponse à chaque front actif (front montant) du second signal de capteur secondaire COMP2. Cet état est déterminé en fonction de la comparaison à un seuil déterminé, de la durée ΔΤ entre ledit front actif dudit second signal secondaire COMP2 et le dernier front actif du premier signal secondaire COMP1 précédant ledit front actif du second signal secondaire COMP2. Cette durée est évaluée à chaque fois entre des fronts actifs des signaux COMP1 et COMP2, à savoir des fronts montants dans l'exemple considéré ici et illustré par les Figures 5d et 5e. Si cette durée est sensiblement égale au retard τ introduit intentionnellement entre le second signal secondaire COMP2 par rapport au premier signal secondaire COMP1 , alors il est déterminé que la cible et donc le vilebrequin tournent dans le sens normal ou avant , et le signal ROT_DIR est mis ou maintenu à un niveau logique correspondant, par exemple le niveau bas. Si au contraire cette durée est très supérieure au retard τ, alors il est déterminé que la cible et donc le vilebrequin tournent dans le sens inverse ou arrière, et le signal ROT_DIR est mis ou maintenu à un niveau logique correspondant, par exemple le niveau haut.
Ainsi par exemple, entre les instants tO et t1 d'un part et entre les instants t2 et t3 d'autre part, ainsi qu'après l'instant t4, alors que la cible 3 tourne dans le sens normal FW, la durée entre le front actif de chaque impulsion du signal COMP2 et la dernière impulsion du signal COMP1 précédant ledit front actif du signal COMP2, est sensiblement égale à la durée du retard τ, introduit intentionnellement entre ces deux signaux. En référence à nouveau aux diagrammes de la Figure 4, cela signifie que le signal CRK_L a franchi non seulement le seuil TH1 entre le premier niveau haut (5 V) et le second niveau haut (2,5 V), mais également le seuil TH2 entre le second niveau haut (2,5 V) et le niveau bas (0 V). Cela signifie bien, selon la définition du signal CRK_L provenant d'un capteur de rotation du type à niveaux de tension et comme exposé en référence à la Figure 3, que la cible tourne dans le sens normal FW.
Au contraire, entre les instants t1 et t2, la durée ΔΤ1 entre le front actif de la première impulsion du signal COMP2 et le front actif de la dernière impulsion du signal COMP1 précédant ledit front du signal COMP1 , est supérieure à la durée du retard τ. De même, la durée ΔΤ2 entre le front actif de la seconde impulsion du signal COMP2 et le front actif de la dernière impulsion du signal COMP1 précédant ledit front du signal COMP1 , est supérieure à la durée du retard τ. De même encore, entre les instants t3 et t4, la durée ΔΤ3 entre le front actif de l'impulsion du signal COMP2 et le front actif de la dernière impulsion du signal COMP1 précédant ledit front du signal COMP1 , est sensiblement supérieure à la durée du retard τ. Dans tous ces cas, il est alors déterminé par l'électronique d'exploitation du dispositif 1 que la cible et donc le vilebrequin tournent dans le sens inverse ou arrière BW. En conséquence, le signal ROT_DIR est mis ou maintenu au niveau logique haut.
Le critère de réalisation de la condition « durée sensiblement supérieure à la durée du retard τ » peut s'apprécier en fonction de la période du signal de capteur
CRKJ_. En effet, si la durée ΔΤ est supérieure à la durée du retard τ pendant environ une période du signal CRK_L au moins, cette condition peut être considéré comme respectée. Comme déjà indiqué plus haut, la durée du retard τ est sensiblement inférieure aux valeurs typiques de la période du signal de capteur CRK_L, environ 100 fois plus petite au moins, selon la vitesse de rotation du moteur.
L'étape de comparaison illustrée par la Figure 5f qui conduit à la génération du signal de détection du sens de rotation ROT_DIR peut avantageusement être réalisée par logiciel, dans la mesure où elle consiste essentiellement en des comptages de temps. Dans un mode de réalisation, le signal ROT_DIR peut donc être généré dans un module logiciel du calculateur 1 , par exemple de préférence dans le mode logiciel de base 20 (BSW) du dispositif de la Figure 1. A cet effet, le module logiciel 20 peut recevoir les signaux de capteur secondaires COMP1 et COMP2. En variante le signal ROTJDIR peut également être généré dans le module logiciel applicatif (ASW). En variante encore, il peut aussi être généré par des moyens matériels, par exemple dans le module logiciel 10 du dispositif de la Figure 1.
On notera que si le signal COMP1 ne sert qu'à la détection du sens de rotation de la cible, le signal COMP2 porte quant à lui l'information constituée par presque tous les fronts du signal de capteur primaire CRK_L provenant directement du capteur. C'est pourquoi l'horloge angulaire traduisant la vitesse de rotation de la cible, et servant à la synchronisation de la commande du moteur dans l'exemple d'application décrit ici, peut être générée, par exemple de manière logicielle, à partir du second signal secondaire COMP2. Ce signal peut par exemple être utilisé comme signal de référence à la boucle d'asservissement de phase numérique (DPLL) qui a été mentionnée plus haut.
Des modes de réalisation de la présente invention ont été décrits et illustrés dans la présente description détaillée et dans les Figures. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation présentées. D'autres variantes et modes de réalisation peuvent être déduits et mis en œuvre par la personne du métier à la lecture de la présente description et des Figures annexées.
Par exemple, la cible dentée peut être munie d'un nombre quelconque N de dents. Par ailleurs, la présente invention a été décrite avec des cibles dentées, mais elle peut s'appliquer à tout type de cible, qu'il soit optique ou magnétique par exemple. De même, le traitement des signaux est réalisable indifféremment sur les fronts montants et/ou descendants sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.
Dans les revendications, le terme "comporter" n'exclut pas d'autres éléments ou d'autres étapes. Un seul processeur ou plusieurs telles unités de traitement peuvent être utilisés pour mettre en œuvre l'invention. Les différentes caractéristiques présentées et/ou revendiquées peuvent être avantageusement combinées. Leur présence dans la description ou dans des revendications dépendantes différentes, n'exclut pas cette possibilité. Les signes de référence ne sauraient être compris comme limitant la portée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'un signal primaire produit par un capteur de rotation d'une cible tournante du type à niveaux de tension, ledit signal primaire comprenant des impulsions ayant, pour une vitesse de rotation de la cible donnée, un premier niveau de tension positif lorsque la cible tourne dans un premier sens de rotation déterminé ou un second niveau de tension positif, différent dudit premier niveau de tension, lorsque la cible tourne dans un second sens de rotation inverse dudit premier sens de rotation, procédé caractérisé en ce qu'il comporte :
• la génération d'un premier signal secondaire (COMP1 ) par comparaison du signal primaire à un premier seuil de tension (ΤΉ1 ) déterminé, compris entre le premier niveau de tension et le second niveau de tension ;
• la génération d'un second signal secondaire (COMP2) par comparaison du signal primaire à un second seuil de tension (TH2) déterminé, compris entre le second niveau de tension et la tension nulle ;
• l'introduction intentionnelle d'un retard déterminé (τ) dans le second signal secondaire par rapport au premier signal secondaire ;
• la comparaison à un seuil de temps déterminé, de la durée (ΔΤ1 , ΔΤ2, ΔΤ3) entre un front actif du second signal secondaire et le dernier front actif du premier signal secondaire précédant ledit front actif du second signal secondaire, pour en déduire le sens de rotation de la cible (ROT_DIR).
2. Procédé selon la revendication 1 , comprenant en outre la génération d'une horloge angulaire traduisant la vitesse de rotation de la cible à partir du second signal secondaire (COMP2).
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le seuil de temps utilisé dans l'étape de comparaison est sensiblement égal à la durée du retard (τ) introduit dans le second signal secondaire par rapport au premier signal secondaire.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel, à l'étape de comparaison,
• si la durée (ΔΤ1 , ΔΤ2, ΔΤ3) entre un front actif du second signal secondaire et le dernier front actif du premier signal secondaire précédant ledit front actif du second signal secondaire est sensiblement égale au seuil de temps (τ), alors il est déterminé que la cible tourne dans un sens de rotation normal ; alors que, • si au contraire la durée (ΔΤ1 , ΔΤ2, ΔΤ3) entre un front actif du second signal secondaire et le dernier front actif du premier signal secondaire précédant ledit front actif du second signal secondaire est supérieure au seuil de temps (τ), alors il est déterminé que la cible tourne dans un sens de rotation inverse du sens de rotation normal.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel à l'étape de comparaison, il est généré un signal de détection du sens de rotation de la cible ( OT_DI ) ayant un premier niveau logique lorsqu'il est déterminé que la cible tourne dans un sens de rotation normal et un second niveau logique, différent dudit premier niveau logique, lorsqu'il est déterminé que la cible tourne dans le sens de rotation inverse du sens de rotation normal.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel de la génération du premier signal secondaire, la génération du second signal secondaire, et l'introduction intentionnelle du retard dans le second signal secondaire par rapport au premier signal secondaire, sont réalisées de manière matérielle, alors que la comparaison au seuil de temps de la durée entre un front actif du second signal secondaire et le dernier front actif du premier signal secondaire précédant ledit front actif du second signal secondaire est réalisée de manière logicielle.
7. Dispositif électronique comportant des moyens pour la mise en œuvre de chacune des étapes d'un procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 6.
8. Système de gestion d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cible tournante (3) solidaire en rotation d'un vilebrequin (4) ou d'un arbre à cames du moteur, ainsi qu'un capteur bidirectionnel du type à niveaux de tension (2) et qu'un dispositif électronique (1 ) selon la revendication 7.
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