FR2921480A1 - Capteur de position absolue a lecture serie - Google Patents

Abstract

Capteur (10) de position absolue à lecture série comportant au moins un détecteur (3) apte à détecter les transitions d'un motif cible(2) présent sur un organe mobile (1) par rapport audit détecteur (3).Il se caractérise en ce qu'il comporte un registre à décalage apte à enregistrer un nombre prédéterminé d'informations successives issues dudit détecteur (3), et des moyens pour comparer la valeur (5) dudit registre par rapport à un ensemble (6) de valeurs prédéterminées correspondant chacune à une position du détecteur (3) par rapport au motif cible (2).

Description

-1-CAPTEUR DE POSITION ABSOLUE A LECTURE SERIE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine de la métrologie, en particulier la métrologie adaptée à la mesure de position absolue.

Elle vise plus spécifiquement un capteur de position absolue qui trouve une 10 application toute particulière dans le domaine automobile.

TECHNIQUES ANTERIEURES

D'une manière générale, les capteurs de position absolue présentent de multiples 15 applications, qu'il s'agisse de mesurer une consigne donnée par le déplacement d'un organe dont la position est représentative de ladite consigne, ou bien encore dans le cadre d'asservissement pour lequel la position d'un organe mobile est le résultat d'un déplacement provoqué par un actionneur.

20 De multiples solutions ont d'ores et déjà été proposées pour assurer la mesure d'une position absolue. L'une des solutions les plus simples consiste à utiliser un potentiomètre à résistance variable, dont le curseur est en relation directe avec la position à mesurer. La mesure de la résistance électrique entre les bornes du potentiomètre et son curseur suffit à déduire une position absolue. Toutefois, une 25 telle solution présente des inconvénients inhérents à une mesure avec contact. Les frottements qui interviennent sont la source d'une usure qui dégrade la fiabilité du capteur.

C'est pourquoi des solutions de mesure sans contact ont été développées, pour 30 atteindre une robustesse acceptable. Diverses technologies de mesure sans contact mettent en oeuvre des phénomènes physiques différents, de type optique ou magnétique par exemple. De manière générale, les mesures sans contact visent à réaliser une mesure de type numérique, par opposition aux mesures analogiques sur lequel reposent les solutions à base de potentiomètre évoquées précédemment. 35 Pour ce faire, le capteur comporte un ou plusieurs détecteurs aptes à détecter les transitions d'un motif cible présent sur un organe mobile par rapport au détecteur. La détection de ces transitions permet d'élaborer un signal binaire qui est ensuite traité par une algorithmie spécifique.5 -2- Parmi les solutions les plus simples et les plus largement répandues, on connaît les détecteurs qui sont associés à un motif cible constitué d'une pluralité d'impulsions, régulièrement espacées, de sorte que le détecteur permet de compter les impulsions qui défilent et ainsi de mesurer le déplacement relatif entre le détecteur et l'organe supportant le motif cible. Ceci présuppose également de connaître le sens de déplacement. Pour connaître une position absolue avec ce type de capteur qui mesure essentiellement un déplacement relatif, il est nécessaire d'implémenter une procédure de calage par rapport à une référence absolue. Cette référence peut être constituée par une butée de fin de course, ou un indexe disposé à un endroit précis de la course. Cette procédure de calage est généralement lourde et complexe à mettre en place, et ce d'autant plus qu'elle doit être répétée à chaque fois qu'un défaut de détection intervient. Ainsi, une telle procédure de calage est difficilement réalisable sur un véhicule automobile en phase de roulage.

Pour améliorer la robustesse de cette mesure, on a proposé d'augmenter le nombre de détecteurs et donc des motifs cible à l'intérieur d'un même capteur. Pour ce faire, et tel que décrit dans les documents GB-2 226 720 et EP-0 561 416, une pluralité de détecteurs sont implantés en parallèle, et sont sensibles aux transitions sur plusieurs motifs cible distincts. La robustesse peut être améliorée en utilisant des motifs cible qui sont prévus pour générer au niveau de l'ensemble des détecteurs des codages du type Gray ou analogue.

De telles solutions sont satisfaisantes en ce qu'elles permettent des mesures de position robustes et sans procédure de calage. En revanche, ces solutions nécessitent un nombre élevé de détecteurs, donc entraînent une augmentation du coût du capteur et surtout une dégradation de leur fiabilité. Ces inconvénients sont d'autant plus importants que l'on recherche une résolution élevée du capteur, qui se traduit directement par une augmentation du nombre de détecteurs.

Un problème que se propose de résoudre l'invention est de fournir une solution de mesure qui présente une résolution analogue aux solutions existantes, mais en employant un nombre de détecteurs beaucoup plus limité.

EXPOSE DE L'INVENTION

L'invention concerne donc un capteur de position absolue, qui comporte au moins un détecteur apte à détecter les transitions d'un motif cible présent sur un organe -3- mobile par rapport à ce détecteur. La mobilité de l'organe mobile par rapport au détecteur s'entend par une possibilité de mouvement relatif, signifiant que le détecteur peut être fixe et que l'organe mobile se déplace, ou à l'inverse, que le détecteur se déplace devant l'organe supportant le motif cible, ou encore que le détecteur et l'organe mobile se déplacent tous les deux. Conformément à l'invention, ce capteur se caractérise en ce qu'il comporte un registre à décalage apte à enregistrer un nombre prédéterminé d'informations successives issues dudit détecteur, et des moyens pour comparer la valeur dudit registre par rapport à un ensemble de valeurs prédéterminées en fonction dudit motif cible et représentatives d'une position absolue du détecteur par rapport à l'organe supportant le motif cible. Autrement dit, l'invention consiste à n'utiliser qu'un seul motif cible dont les transitions sont acquises successivement par un registre à décalage. La valeur de ce registre adopte donc, sur nombre de bits prédéterminé, une fraction du motif cible. Par une comparaison de cette valeur avec les fractions de motifs de même longueur observables sur l'ensemble du motif cible, on peut déduire la position absolue du détecteur par rapport à l'organe supportant le motif cible.

On remarquera que cette comparaison n'est possible qu'à partir du moment où l'ensemble des bits du registre à décalage a été alimenté. La mesure de position n'est donc pas disponible immédiatement dès l'initialisation. Ce désavantage est toutefois très largement compensé par le fait que le capteur ne comporte qu'un seul détecteur du motif cible, ce qui améliore grandement sa fiabilité et son prix de revient. En pratique, l'alimentation de l'horloge du registre à décalage peut s'effectuer de différentes manières. Ainsi, dans une première forme de réalisation, le capteur comporte également un premier détecteur supplémentaire, apte à détecter les transitions périodiques d'un premier motif supplémentaire, dont la période est égale à la plus petite période du motif cible. Autrement dit, un second détecteur permet de détecter des motifs30 -4-impulsions disposés en cohérence avec le motif cible principal. Ainsi, chacune de ces impulsions permet le décalage des bits du registre à décalage à la fréquence maximale d'évolution du motif cible principal.

Dans une seconde forme de réalisation, le motif cible peut lui-même être un codage biphase, permettant d'en extraire un signal à la fréquence maximale de variation des informations du motif cible. Différents types de codages biphase peuvent être employés, et en particulier les codages de type Manchester ou le codage à phase cohérente à deux fréquences, également connu sous le nom de codage F2F.

Dans une troisième forme de réalisation, le capteur peut comporter également un second détecteur supplémentaire, apte à détecter les transitions périodiques d'un second motif supplémentaire, déphasé par rapport au premier motif supplémentaire. Ce déphasage peut être choisi de manière arbitraire, dès lors que les deux motifs supplémentaires ne sont pas en opposition de phase, et ce afin de permettre de détecter un sens de déplacement. En pratique, le déphasage le plus simple et le plus fiable à mettre en oeuvre est un déphase d'un quart de période.

Un tel capteur peut être utilisé dans diverses applications, pour mesurer soit un déplacement linéaire, soit une rotation. Dans le premier cas, le motif cible est rectiligne, et le plus généralement destiné à être parcouru de manière alternative. Dans le second cas, le motif cible est inscrit en rebouclage circulaire continu.

A titre d'application, on peut citer les mesures de position linéaire absolue d'une 25 crémaillère de direction, ou bien encore la position angulaire absolue d'un volant de direction. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 30 La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l'appui des figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est un schéma général illustrant le fonctionnement de l'invention ; -5-la figure 2 est un schéma illustrant les motifs présents selon une première forme de réalisation d'un capteur ; la figure 3 est un schéma simplifié illustrant le fonctionnement du premier mode de réalisation du capteur; la figure 4 est un schéma illustrant les motifs présents selon une deuxième forme de réalisation d'un capteur ; la figure 5 est un schéma simplifié illustrant le fonctionnement du second mode de réalisation du capteur ; les figures 6 et 7 sont des schémas simplifiés illustrant le fonctionnement du troisième mode de réalisation du capteur.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION De façon générale, et comme illustré à la figure 1, l'invention repose sur l'emploi d'un motif cible 1 présent sur un organe mobile 2 par rapport au détecteur 3. Ce détecteur 3 détecte donc les transitions du motif cible 1, et alimente un registre à décalage 4, dont les sorties 5 sont analysées de manière à être ensuite comparées par rapport à une table de références 6 et indiquer la position absolue 7 ainsi mesurée.

Dans le premier mode de réalisation illustré aux figures 2 et 3, le capteur 10 comporte un motif cible série 21, incluant différentes informations binaires 22,23 qui peuvent par exemple être générées par un registre à décalage à rétroaction linéaire, généralement désigné par l'abréviation anglaise LFSR pour Linear Feedback Shift Register . Ce LFSR est constitué d'un nombre donné N de bascules en cascade formant un registre à décalage, et d'une porte ou exclusif , prenant ses entrées sur une ou plusieurs sorties de bascule, et la sortie est injectée en entrée du registre à décalage. Ce LSFR génère une séquence bien précise de codes binaires, à la manière d'un compteur. Par un choix judicieux des entrées de la porte ou exclusif, on peut même maximiser le nombre de codes possibles. Ce motif cible 21 est associé à un second motif impulsionnel 25, dont la période est identique à la période du motif cible.

Un premier détecteur 26 lit le motif cible série 21 et alimente l'entrée 27 d'un registre à décalage de N bits (avec N=4 sur la figure 3), pour un motif cible série constitué de 2N bits. Un second détecteur 28 lit le motif cible impulsionnel 25, et alimente l'horloge 29 du registre à décalage. -6- Le code contenu dans le registre à décalage 24 donne une information de position absolue, dès lors qu'un déplacement d'au moins N bits s'est produit dans le même sens, à condition que l'on connaisse le sens de déplacement. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté aux systèmes dans lesquels le mouvement est commandé et maîtrisé, de sorte que le sens de déplacement est ainsi connu.

Dans un deuxième mode de réalisation illustré aux figures 4 et 5, on utilise un seul motif cible série 41 qui contient lui-même un motif impulsionnel. Pour ce faire, le codage du motif cible est un codage biphase. Différents types de codage peuvent être employés, en particulier les codages de type Manchester, dans lequel un 1 est représenté par un front montant, et un 0 est représenté par un front descendant. Un autre type de codage biphase donnant satisfaction est illustré à la figure 4. Il s'agit d'un codage de type F2F ou également codage à face cohérente à deux fréquences, dans lequel un 1 est représenté par une demi-période de signal carré de fréquence F, et un 0 est représenté par une période de signal carré de fréquence 2F. Dans ce cas, un seul détecteur 42 est nécessaire pour lire le motif cible 41. Un décodeur biphase 43 permet d'extraire de façon séparée l'information binaire 44 représentative de la position absolue et le signal d'horloge 45 qui alimente le registre à décalage 24.

Le code contenu dans le registre à décalage donne une information de position absolue, dès lors qu'un déplacement d'au moins N bits s'est produit dans le même sens, à condition que l'on connaisse ce sens de déplacement, ainsi que la vitesse approximative du déplacement qui permet d'extraire correctement le motif impulsionnel. Ce mode de réalisation présente un avantage particulier lorsque la vitesse de déplacement est connue et maîtrisée, ce qui permet d'augmenter la robustesse et la performance de la détection.

Dans un troisième mode de réalisation illustré aux figures 6 et 7, on utilise un motif cible série 61, ainsi que deux motifs supplémentaires 62,63 en forme de signal carré, en quadrature de phase.

Un premier détecteur 65 lit le motif cible série 61, et alimente l'entrée d'un registre à décalage 24 de N bits, pour un motif cible série comportant 2N bits. Un second détecteur 66 lit le premier motif cible 62 en signal carré, et alimente l'horloge 67 du registre à décalage 24. Un troisième détecteur 68 lit le second motif cible 63 en signal carré, qui est en quadrature de phase avec le premier motif 62 à signal carré. Ce troisième détecteur 69 alimente, conjointement avec la sortie du deuxième -7- détecteur 66, un dispositif de détection de sens 70, capable de déduire une information du sens de déplacement. Dans une forme particulière, ce dispositif de détection 70 peut confirmer qu'un déplacement d'au moins N bits s'est produit dans le même sens, et ainsi confirmer que le registre à décalage a été convenablement alimenté, et que la mesure de position est pertinente.

Ce mode de réalisation est particulièrement adapté aux situations dans lesquelles le sens de déplacement n'est pas connu a priori, ou peut évoluer fréquemment.

Il ressort de ce qui précède que le capteur conforme à l'invention présente de multiples avantages, et en particulier celui de nécessiter un nombre très limité de détecteurs, puisqu'ils fonctionnent dans certains modes de réalisation avec un seul détecteur. La robustesse et le prix de revient des capteurs sont donc particulièrement attractifs.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Capteur (10) de position absolue à lecture série comportant au moins un détecteur (3) apte à détecter les transitions d'un motif cible(2) présent sur un organe mobile (1) par rapport audit détecteur (3), caractérisé en ce qu'il comporte un registre à décalage apte à enregistrer un nombre prédéterminé d'informations successives issues dudit détecteur (3), et des moyens pour comparer la valeur (5) dudit registre par rapport à un ensemble (6) de valeurs prédéterminées correspondant chacune à une position du détecteur (3) par rapport au motif cible (2).

2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte également un premier détecteur supplémentaire (28) apte à détecter les transitions périodiques d'un premier motif supplémentaire (25), dont la période est égale à la plus petite période du motif cible.

3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte également un second détecteur supplémentaire (69) apte à détecter les transitions périodiques d'un second motif supplémentaire (63) déphasé du premier motif supplémentaire (62).

4. Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déphasage est d'un quart de période.

5. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal issu du détecteur supplémentaire (28) alimente l'horloge (29) du registre à décalage 30 (24).

6. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le motif cible (41) est un codage biphase.-9-

7. Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le codage biphase est de type Manchester ou à phase cohérente à deux fréquences.

8. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le motif cible est inscrit de manière linéaire sur l'organe qui le supporte.

9. Capteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le motif cible est inscrit de façon circulaire rebouclé sur l'organe qui le supporte.

10. Utilisation d'un capteur selon l'une des revendications précédentes pour la mesure de la position linéaire absolue d'une crémaillère de direction motorisée.

11. Utilisation d'un capteur selon l'une des revendications 1 à 9 pour la mesure de la position angulaire d'un volant de direction de véhicule.