WO2014049130A1 - Dispositif de mesure de déplacement d'un véhicule roulant - Google Patents
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- WO2014049130A1 WO2014049130A1 PCT/EP2013/070222 EP2013070222W WO2014049130A1 WO 2014049130 A1 WO2014049130 A1 WO 2014049130A1 EP 2013070222 W EP2013070222 W EP 2013070222W WO 2014049130 A1 WO2014049130 A1 WO 2014049130A1
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- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown
Definitions
- the present invention relates to a measuring device ⁇ placement of a vehicle according to the preamble of re ⁇ vendication 1.
- Devices for measuring rotation / velocity / displacement of a wheel comprising:
- this measurement principle can be used as a device for measuring the displacement of a vehicle comprising at least a driven wheel associated with said device.
- the present invention relates to a measuring principle comprising magnetic sensors Hall effect after-named OPG (Odometric Pulses Generator) and intended to detect the passage of teeth of a disk or a ferromagnetic toothed ring (e) animated (e) a rotational movement about its axis. They can also be used to detect the passage of the teeth of a ferromagnetic toothed bar driven by a translation movement.
- OPG Orthometric Pulses Generator
- FIGS. 1A and 1B thus schematically show a conventional configuration of OPG (Opg) placed opposite a circular toothing thus modulating an electrical signal of the OPG at the passage of each tooth in front of a sensitive face of OPG.
- FIGS. 1A and 1B respectively illustrate the relative position of the OPG (Opg) facing one or on one side of the circular periphery of the toothing (2).
- the OPG is commonly used in the field of my ⁇ chines tools as well as in transport (cars, trains, subways, trams, ...) to determine the speed and / or movement of the vehicle, then they are most Often , it is facing a ring gear driven at a speed proportional to that of a wheel of a vehicle.
- the OPG such as that of FIGS. 1A, 1B consists of at least three elements: a Hall effect sensor (1) placed opposite the den ⁇ ture (2);
- This magnet placed behind the Hall effect sensor, further away from the toothing than said sensor.
- This magnet provides a magnetic field (see field lines (4,5)) modulated in amplitude by the movement of the teeth in front of a sensitive face of the Hall sensor, said face being in direct contact with the toothing (2).
- the maximum amplitude of the field can reach or even exceed 400 kA / m.
- FIG. 3 shows the OPG according to Figure 2 an amplitude variation of the magnetic field (B) on the sensitive surface of the Hall sensor (1) for the passage of a wheel toothing clas ⁇ sical rectangular profile having a pitch of 6mm for example. A number of measured periods of these variations thus indicate a number of turns of said wheel.
- An object of the present invention is to provide a secure device for measuring displacement of a vehicle, in the simplest possible adaptable on vehicle exis ⁇ tants or not. Such a device is proposed through the features of claim 1.
- the device provides that a coil electri cally conductive ⁇ is disposed in periphery of the Hall effect sensor so that a test current is injected into the coil to control a test signal emitted by the probe.
- the probe can thus be controlled safely and especially before the vehicle leaves.
- a set of subclaims also has advantages of the invention.
- the coil is easily swiveled around the probe
- test signal emitted by the Hall effect probe is then compared with at least one reference signal in order to make it possible to detect a fault of said probe as evoked in the introductory part of the patent application.
- the test signals emitted by the probe and monitor can not only ⁇ detect faults, but also to identify them and distinguish them, which makes it possible to not to confuse a fault of the probe with another fault or even some artefact such as vibration or shock.
- the device according to the invention provides that the Hall effect sensor is coupled to an odometer, speed and / or acceleration, allowing a simple reading of the measured displacement. In case of fault detection, an error signal can simply be indicated by the said counter.
- An exemplary embodiment of the device according to the invention is provided using FIG.
- FIG. 4 shows in fact a measuring device MOVE ⁇ cement of a vehicle comprising:
- a Hall effect probe (1, 2, 3) arranged opposite a point of the periphery in a diametrical wheel direction in order to deliver a tooth count signal per unit of time
- the Hall effect sensor mainly comprises a sensor (1) fixed Hall placed in front the toothing of the toothed ring in mate ⁇ ferromagnetic riau (generally steel), a permanent magnet
- a tooth count signal can thus be delivered by the electronic circuit (3) to a speedometer, velocity and / or acceleration meter.
- the electronic circuit (3) or an auxiliary circuit can also deliver a signal supplying the test current to be injected into the coil, particularly when the signal relating to a Hall voltage modulation and transmitted by the sensor (1) is very low or zero (vehicle stationary). These same cir ⁇ cooked can also integrate an alarm signal in case of de ⁇ tection and fault recognition.
- the test current injection it is then possible to "reactivate" the Hall sensor and thus to detect / distinguish a loss of sensitivity of said Hall sensor, a démagnurban ⁇ sation or rupture of a magnet of the probe according to the distinctive characteristics of the sensor feedback signal to the electronic circuit (3).
- the device according to the invention simply provides that the coil is disposed around said sensor. This arrangement thus makes it possible to provide a secure device for measuring displacement of a vehicle, in the simplest pos- sible while being suitable for vehicle / exis probes ⁇ tants or not.
- the device according to the invention such that the tooth ring is formed on an inner surface of the wheel and the Hall effect probe is disposed between the circumference of the wheel and its axis.
- rotary drive such as axle, motor shaft or associated gearbox.
- axle, motor shaft or associated gearbox The advantage of placing the ring on a motor shaft comes from the fact that this shaft generally rotates faster than a driven wheel, which allows to count a larger number of teeth per unit of time and therefore
- the device according to the invention finally provides that the toothed ring consists of two half-toothed rings. In this way, it is possible to join the two half-rings around an axle or a motor shaft / gearbox without having to disassemble said axle or shaft. This simplifies the installation of the device on existing hardware.
- FIG. 5 active face of a differential type OPG
- FIG. 8 Improved configuration of out-of-phase devices according to the invention.
- K H The constant (K H ) depends on several factors, essentially ⁇ because of the nature of the material constituting the ⁇ caper and temperature.
- the OPG use of said Hall sensors differen tial ⁇ and consisting of two successive elements "sensitive" within the meaning of the Hall effect, the latter preferably being disposed side-by-side on a sensitive face of said sensor ( ⁇ said sensitive face being in direct line with the periphery of teeth).
- the electronic circuit is then designed to Réali ⁇ ser a difference of two Hall voltages from each sensing element, then processes said voltage difference to provide an exploitable electrical signal.
- a differential magnetic field ⁇ between the two Hall elements of the sensor typically varies from 0 to ⁇ 30% of the field created by the magnet when the toothing is running (for example ⁇ 120 kA / m for a field of 400 kA / m produced by the magnet). 'magnet) .
- Figure 5 shows the active face of an OPG using a cap ⁇ tor Hall (1) of differential type, said face comprising two Hall elements (20, 30) juxtaposed and sensitive to the direction of the Hall effect as a function of the address / speed of def ⁇ ment of the toothing (symbolized by an arrow).
- Differential Hall sensor OPG configurations commonly provide a means of amplifying the difference in Hall voltages of their two sensing elements, an output of said amplifying means being coupled to a hysteresis circuit so as not to modulating an output signal at a lower vibration of the ring gear or OPG itself or any electrical disturbance.
- the hysteresis ⁇ is often of the order of 1% of the magnetic field produced by the magnet (for example ⁇ 2 kA / m for a field of 400 kA / m produced by the magnet).
- OPG is a very robust way to detect not ⁇ wise teeth but have the disadvantage of providing a static signal when the teeth do not pass before him. We can not easily discriminate between OPG Fail ⁇ lant and a stationary gear (eg indicating a vehi- cule stopped).
- the present invention is therefore a fortiori to facilitate the use of OPG in high level ⁇ se curity systems with a means of self-test can detect all of these potential faults.
- the invention is based on the genera ⁇ magnetic field test intended to excite the cap ⁇ tor Hall when the teeth do not scroll.
- the magnetic field of test is decomposed into a variable component and a possibly zero continuous component.
- the component will ⁇ riable changing the field rate of a test sequence con ⁇ naked which an OPG output reference signal is derived during the application of the test field.
- the comparison of the signal from the OPG with the re ⁇ ference signal makes it possible to verify that the OPG has an expected / desired behavior.
- a first solution for producing a device according to the invention consists in producing a field whose DC component cancels the magnetic field created by the OPG magnet and whose maximum amplitude of the variable component exceeds the hysteresis of the Hall sensor. from OPG.
- this field can be generated by a coil placed on the periphery of the magnet and / or the Hall sensor and traversed by a current modulated by the test sequence.
- an additional coil that is to say two coils disposed at the periphery of the magnet and / or the Hall sensor (and / or two sensitive elements of the Hall sensor), the first coil traversed by a current continuous to cancel the field of the magnet and the second sup ⁇ complementary coil traversed by the test current, in particular modulated by a test sequence and a conti ⁇ nue component is zero. Combinations or intermediate connections between the two coils are also possible.
- An alternative is to join the coil (or 2 coils) to at least one sensitive element of the Hall sensor, so as to cancel the field of the magnet in the immediate vicinity of or one of the sensitive elements. Since this sensing element is of very small size (typically a few fractions of mm in each dimension), the number of ampere * turns needed to locally cancel the magnet field is greatly reduced. For example, 400 A * turns are enough to cancel a field of 400 kA / m in the center of a 1 mm diameter coil. Se ⁇ quence test can then be generated by OPG or transmitted it.
- a second solution means according to the invention unique ⁇ applicable to OPG with a differential Hall sensor, is to append a small coil (electric conductive ⁇ and externally supplied with current) to each of the two sensitive elements of the Hall sensor and to make them cross by opposite currents.
- This arrangement minimi ser ⁇ the number of amps * revolutions necessary and remove the continuous component of the test field.
- the fi- gure 6 shows such a Hall sensor (1) and the two elements ⁇ sen sible (20, 30) respectively having a coil (40,50) contiguous on the perimetric edge of each of said ele ments in the plane ⁇ of the sensitive face of the Hall sensor (1).
- Figure 6 also shows the opposite currents (clockwise / counter-clockwise according to each of the coils - configura ⁇ tion in "0-0"). The currents injected into the two coils can thus be independently and flexibly controlled.
- One variant among others consists in using only one coil to produce the two fields opposite respectively to each sensitive element (20, 30), as shown in FIG. 7 by means of a Hall sensor (1).
- a Hall sensor (1) comprising a sensitive face and its two sensitive elements (20, 30) contiguous to a single bo ⁇ bine (41) whose winding around said elements has a coupling reversing the direction of travel of a single current (direction time / counterclockwise according to each of the coils - configuration "8") thus crossing the two coils successively.
- a single current is thus simply injected into the two coils.
- the currents of the coils have directions op ⁇ posed in a plane comprising the sensitive elements of a Hall sensor of differential type, said plane of the sensitive face of the Hall sensor, said plane having a normal parallel to a radius of the toothed ring, said ray intersecting the midpoint between the sensitive elements.
- test field va ⁇ riable amplitude greater than the differential field ⁇ previously defined and designated by main test field in the following text - allows to control the operation of Hall sensor, but is not enough not to detect all the especially the demagnetization of the magnet or the presence of ferromagnetic dust shorting the field lines.
- the OPGs advantageously contain two differential Hall sensors offset by a fraction of the pitch of the ring toothing, ideally by a shift of one third of said pitch. According to this configuration, FIG.
- each of the Hall sensors dif ⁇ férentiels also comprises two sensitive elements and according to the invention or the contiguous coils (each of which ⁇ lon Figure 6 or 7) in their periphery (not shown (s) in Figure 8).
- This type of OPG has at least two outputs, each differential Hall sensor (11, 12) being associated with at least one Hall differential voltage output.
- the profiles of these two Hall differential voltages are represented in FIG. 9 according to the movement in mm of the toothing.
- one of the two differential voltages Hall is still well above the upper threshold of the hysteresis or NCI ⁇ higher its bottom line.
- one of the two Hall differential voltages is always greater than 50 kA / m (FIG. 9) while the "high" threshold and the "low” threshold of the hysteresis are about ⁇ 2kA / m.
- a secondary test field is defined as a variable field of maximum amplitude greater than the threshold
- this secondary field can therefore be detected by neither of the two sensors or only by one of the two as there is no failure.
- the two Hall sensors will be sen ⁇ sible simultaneously, especially during a démagnlegisa ⁇ magnet or a presence of ferromagnetic dust ⁇ ticking the field lines.
- the secondary field is created for each of the two differential Hall sensors OPG or through two coils in front of each Hall sensor (configura ⁇ of Figure 6 doubled, thus four coils in total), or by a coil in front of each Hall sensor (configuration of FIG. 7 doubled, ie 2 coils in total).
- circulating the amplitude of the variable current in the coils successively takes two values: the pre ⁇ Mière, for the main field, such that the maximum field produced is greater than ⁇ , the second for the secondary field dary , such that the maximum field produced is less than ⁇ but greater than the threshold of the sensors.
- the circuit that generates the current through the coils must itself be controlled. It can be schoola ⁇ giously designed in such a way that, if following a failure ⁇ launches this circuit, the amplitude of the secondary field becomes lower than the threshold Hall sensors, then the amplitude of the main field becomes lower than the differential field ⁇ .
- test means by injected currents in the coils of the OPG, ideally comprising at least two Hall differential sensors, must obey the following properties of the signals: the expected or expected test signal associated with the main test magnetic field must be emitted by each differential Hall sensor;
- the expected test signal associated with the secondary test magnetic field shall be transmitted by at most one of the two differential Hall sensors.
- test sequences associated with the main test field and the secondary test field may be separated or mixed and may be generated by or transmitted to OPG.
- the device of the invention simply provides that the number of coils is 2 or 4, fed by 1, 2 or 4 current sources.
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Description
Description
Dispositif de mesure de déplacement d'un véhicule roulant
La présente invention concerne un dispositif de mesure de dé¬ placement d'un véhicule roulant selon le préambule de la re¬ vendication 1. Des dispositifs de mesure de rotation/vitesse/déplacement d'une roue comprenant :
- au moins la roue couplée à un élément d'entraînement en ro¬ tation,
- un anneau muni d'un pourtour denté étant solidarisé en ro- tation soit à la roue soit à l'élément d'entraînement en ro¬ tation,
- une sonde à effet Hall disposée en vis-à-vis d'un point du pourtour sous une direction diamétrale de roue afin de déli¬ vrer un signal de comptage de dents par unité de temps, sont connus à l'heure actuelle dans le domaine des machines- outils. Un exemple spécifique est donné dans le document US6326778B1.
Egalement, dans le domaine de l'automobile ou des transports publics (trains, métro, tramway, trolley, bus, etc.), ce principe de mesure peut être utilisé en tant que dispositif de mesure de déplacement d'un véhicule comprenant au moins une roue entraînée associée audit dispositif. Principalement, la présente invention concerne un principe de mesure comprenant des capteurs magnétiques à effet Hall -ci- après désignés OPG (Odometric Puises Generator) et destinés à détecter le passage de dents d'un disque ou d'une couronne denté (e) ferromagnétique animé (e) d'un mouvement de rotation autour de son axe. Ils peuvent aussi servir à détecter le
passage des dents d'une barre dentée ferromagnétique animée d'un mouvement de translation.
Figures 1A et 1B présentent ainsi schématiquement une confi- guration classique d' OPG (Opg) placé en regard d'une denture circulaire modulant ainsi un signal électrique de l'OPG au passage de chaque dent devant une face sensible d'OPG. Les figures 1A, 1B illustrent respectivement la position relative de l'OPG (Opg) face au ou sur un coté du pourtour circulaire de la denture (2) .
Les OPG étant communément utilisés dans le domaine des ma¬ chines-outils ainsi que dans les transports (automobile, trains, métros, tramways, ...) afin de déterminer la vitesse et/ou le déplacement du véhicule, ils sont alors le plus sou¬ vent en regard d'une couronne dentée entraînée à une vitesse proportionnelle à celle d'une roue d'un véhicule.
Selon l'exemple donné par la figure 2, l'OPG tel que celui des figures 1A, 1B est constitué d'au moins trois éléments: un capteur à effet Hall (1) placé en regard de la den¬ ture (2) ;
un aimant (3) placé derrière le capteur à effet Hall, de manière plus éloignée de la denture que ledit capteur. Cet aimant fournit un champ magnétique (voir lignes de champ (4,5)) modulé en amplitude par le défilement des dents devant une face sensible du capteur Hall, ladite face étant en regard direct de la denture (2) .
L'amplitude maximale du champ peut atteindre voire passer 400 kA/m.
un circuit électronique (8) de traitement qui fournit un courant (6) nécessaire au capteur à effet Hall et met en forme une tension de Hall (7) produite par le dit cap¬ teur (1) au circuit électronique (8). Le circuit élec¬ tronique (8) délivre alors en sortie un signal élec¬ trique (9) aisément exploitable.
Figure 3 présente selon l'OPG de la figure 2 une variation d'amplitude du champ magnétique (B) sur la face sensible du capteur Hall (1) au passage d'une denture de roue clas¬ sique à profil rectangulaire ayant un pas de 6mm pour exemple. Un nombre de périodes mesurées de ces variations indiquent ainsi un nombre de tours de ladite roue.
Afin de sécuriser la mesure en cas de défaillance du sonde, mais aussi de ne pas confondre un arrêt du véhicule avec une défaillance, il est majeur de pouvoir tester le sonde le plus simplement et efficacement possible. A ce titre, des mesures de test électrique peuvent être directement applicables à la dite sonde à effet Hall, mais celles-ci présentent encore des failles en ce sens qu'il est quasiment impossible de détecter une perte de sensibilité de la partie capteur Hall de la sonde, une démagnétisation ou une rupture d'un aimant de la sonde . Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de mesure sécurisée de déplacement d'un véhicule roulant, le plus simplement possible adaptable sur des véhicules exis¬ tants ou non. Un tel dispositif est proposé au travers des caractéristiques de la revendication 1.
A partir d'un dispositif de mesure de déplacement d'un véhi¬ cule roulant comprenant :
- au moins une roue couplée à un élément d'entraînement en rotation,
- un anneau muni d'un pourtour denté solidarisable en rota¬ tion soit à la roue soit à l'élément d'entraînement en rota¬ tion,
- une sonde à effet Hall disposée en vis-à-vis d'un point du pourtour sous une direction diamétrale de roue afin de déli-
vrer un signal de comptage de dents par unité de temps, le dispositif selon l'invention prévoit qu'une bobine électri¬ quement conductrice est disposée en périphérie de la sonde à effet Hall de sorte qu'un courant de test est injecté dans la bobine pour contrôler un signal de test émis par la sonde. En particulier, en cas d'absence de signal émis par la sonde à effet Hall (à l'arrêt du véhicule), la sonde peut ainsi être contrôlée sécuritairement et surtout avant que le véhicule reparte .
Un ensemble de sous-revendications présente également des avantages de l'invention.
La bobine est facilement emmanchable autour de la sonde
(existante ou non) et peut être commandée sous forme pério¬ dique et/ou de manière plus intelligente par une unité de contrôle de déplacement embarquée dans le véhicule. Le signal de test émis par la sonde à effet Hall est alors comparé à au moins un signal de référence afin de permettre de détecter une faille de la dite sonde telle qu'évoquée dans la partie introductive de la demande de brevet. De plus, sous des cou¬ rants prédéfinis de test en bobine, les signaux de test émis par la sonde et à contrôler permettent non seulement de dé¬ tecter les failles, mais aussi de les identifier et de les distinguer, ce qui permet de ne pas confondre une faille de la sonde avec une autre faille voire un artefact quelconque telle qu'une vibration ou un choc.
Le dispositif selon l'invention prévoit que le sonde à effet Hall est couplé à un compteur kilométrique, de vitesse ou/et d'accélération, permettant une lecture simple du déplacement mesuré. En cas de détection de faille, un signal d'erreur peut être simplement indiqué par le dit compteur.
Un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention est fourni à l'aide de la figure 4.
Figure 4 présente en effet un dispositif de mesure de dépla¬ cement d'un véhicule roulant comprenant :
- au moins une roue couplée à un élément d'entraînement en rotation (non représentée) ,
- un anneau (R) muni d'un pourtour denté solidarisable en ro¬ tation soit à la roue soit à l'élément d'entraînement en ro¬ tation,
- une sonde à effet Hall (1, 2, 3) disposée en vis-à-vis d'un point du pourtour sous une direction diamétrale de roue afin de délivrer un signal de comptage de dents par unité de temps ,
caractérisé en ce qu'une bobine (B) électriquement conduc¬ trice est disposée en périphérie de la sonde à effet Hall de sorte qu'un courant de test est injecté dans la bobine pour contrôler un signal de test émis par le sonde. La sonde à effet Hall comprend principalement un capteur (1) Hall fixe placé devant la denture de l'anneau denté en maté¬ riau ferromagnétique (acier en général) , un aimant permanent
(2) placé en partie arrière dudit capteur Hall (1) - alors que les dents sont disposées en partie avant de la dite sonde - pour créer un champ magnétique et un circuit électronique
(3) qui détecte une modulation de tension Hall induite par une variation du champ magnétique au passage des dents face à la dite sonde. Un signal de comptage de dents peut ainsi être délivré par le circuit électronique (3) vers un compteur ki- lométrique, de vitesse ou/et d'accélération.
Le circuit électronique (3) ou un circuit annexe peut aussi délivrer un signal fournissant le courant de test à injecter dans la bobine, particulièrement lorsque le signal relatif à une modulation de tension Hall et émis par du capteur (1) est
très faible voire nul (véhicule à l'arrêt) . Ces mêmes cir¬ cuits peuvent aussi intégrer un signal d'alarme en cas de dé¬ tection et reconnaissance de faille. En particulier, lors de l'injection du courant de test, il est alors possible de « réactiver » le capteur Hall et ainsi de détecter/distinguer une perte de sensibilité de dit capteur Hall, une démagnéti¬ sation ou une rupture d'un aimant de la sonde en fonction des caractéristiques distinctives du signal de retour de capteur vers le circuit électronique (3) .
Le dispositif selon l'invention prévoit fort simplement que la bobine soit disposée autour dudit capteur. Cet arrangement permet ainsi de proposer un dispositif de mesure sécurisée de déplacement d'un véhicule roulant, le plus simplement pos- sible tout en étant adaptable sur des véhicules/sondes exis¬ tants ou non.
Selon la configuration souhaitée, il est aussi possible de prévoir le dispositif selon L'invention tel que l'anneau den- té est formé sur une surface interne de la roue et la sonde à effet Hall est disposée entre la circonférence de la roue et son axe. Cela permet de d'équiper très simplement une roue ou jante de véhicules d'un véhicule existant. Pour de nouvelles roues, ce type de forme intérieure dentée de roue peut être simplement usiné dans la jante. Alternativement, il est pos¬ sible de disposer l'anneau denté autour de l'élément
d' entraînement en rotation tel qu'un essieu, un arbre moteur ou un réducteur associé. L'avantage de placer l'anneau sur un arbre moteur vient du fait que cet arbre tourne généralement plus vite qu'une roue entraînée, ce qui permet de compter un plus grand nombre de dents par unité de temps et donc
d'augmenter la résolution de comptage/mesure.
Le dispositif selon l'invention prévoit enfin que l'anneau denté se compose de deux demi-anneaux dentés. De cette façon,
il est possible de venir solidariser les deux demi-anneaux autour d'un essieu ou d'un arbre moteur/réducteur sans devoir démonter les dits essieu ou arbre. Ceci simplifie ainsi l'installation du dispositif sur du matériel existant.
D'autres exemples de réalisation du dispositif selon
l'invention ou de caractéristiques plus détaillées de ces exemples sont enfin fournis à l'aide des figures suivantes :
- figure 5 : Face active d'un OPG de type différentiel ;
- figure 6 : Dispositif selon l'invention et figure 5 ;
- figure 7 : Dispositif alternatif selon l'invention et fi¬ gure 5 ou 6;
- figure 8 : Configuration améliorée de dispositifs déphasés selon l'invention ;
- figure 9 : Tensions de sortie des dispositifs déphasés se¬ lon figure 8.
Selon les figures précédentes 1 à 4, il est connu que la ten¬ sion de Hall (V) est proportionnelle à un courant (I) injecté dans le capteur (1) et au champ magnétique (H) qui traverse ledit capteur. Le passage de chaque dent devant le capteur fait varier le champ magnétique, créant ainsi une modulation de la tension de Hall selon l'équation suivante :
V = KH I H
La constante (KH) dépend de plusieurs facteurs, essentielle¬ ment en raison de la nature du matériau constituant le cap¬ teur et la température.
En raison de la forte sensibilité de l'effet Hall à la tempé- rature, les OPG utilisent des capteurs Hall dits différen¬ tiels et constitués de deux éléments voisins et « sensibles » au sens de l'effet Hall, ceux-ci étant préférentiellement disposés côte-à-côte sur une face sensible dudit capteur (la¬ dite face sensible étant en regard direct avec le pourtour de denture) . Le circuit électronique est alors conçu pour réali¬ ser une différence de deux tensions de Hall provenant de
chaque élément sensible, puis traite ladite différence de tensions pour fournir un signal électrique exploitable. Un champ magnétique différentiel ΔΗ entre les deux éléments Hall du capteur varie typiquement de 0 à ±30% du champ créé par l'aimant quand la denture défile (par exemple ±120 kA/m pour un champ de 400 kA/m produit par l'aimant) .
Figure 5 représente la face active d'un OPG utilisant un cap¬ teur Hall (1) de type différentiel, ladite face comprenant deux éléments Hall (20, 30) juxtaposés et sensibles au sens de l'effet Hall en fonction de la direction/vitesse de défi¬ lement de la denture (symbolisé par une flèche) .
Des configurations d' OPG à capteurs Hall différentiels pré- sentent couramment un moyen d'amplification de la différence des tensions de Hall de leurs deux éléments sensibles, une sortie dudit moyen d'amplification étant couplée à un circuit d'hystérésis afin de ne pas moduler un signal de sortie à une moindre vibration de la couronne dentée ou de l'OPG lui-même ou à la moindre perturbation électrique. L'hystérésis δΗ est souvent de l'ordre de 1% du champ magnétique produit par l'aimant (par exemple ±2 kA/m pour un champ de 400kA/m produit par l'aimant) . Les OPG constituent un moyen très robuste de détecter le pas¬ sage des dents mais présentent l'inconvénient de fournir un signal statique quand les dents ne défilent pas devant lui. On ne peut donc pas discriminer aisément entre un OPG défail¬ lant et une denture immobile (signalant par exemple un véhi- cule à l'arrêt) .
Pour cette raison, il existe des OPG dotés d'un moyen
d' autotest intégré à leur circuit électronique et capables de détecter une majeure partie des pannes qui peuvent
l'affecter. Il reste cependant des pannes que les moyens d' autotests actuellement utilisés ne permettent pas de détec¬ ter, parmi celles-ci :
démagnétisation de l'aimant;
perte de sensibilité du capteur à effet Hall ;
présence de poussière ferromagnétique sur la face sen¬ sible de l'OPG, la présence de cette poussière réalisant un écran entre les dents et le capteur à effet Hall ; etc..
Ces exemples de défaillances non détectées constituent un frein à l'utilisation des OPG pour les systèmes à haut niveau de sécurité, en particulier les dispositifs de mesure de dé¬ placement adapté à un mode de conduite automatique de véhi- cules ferroviaires.
La présente invention vise donc a fortiori à faciliter l'utilisation des OPG dans les systèmes à haut niveau de sé¬ curité grâce à un moyen d' autotest capable de détecter l'ensemble de ces défaillances potentielles.
Comme présenté en figure 4, l'invention repose sur la généra¬ tion d'un champ magnétique de test destiné à exciter le cap¬ teur Hall lorsque les dents ne défilent pas. Le champ magné- tique de test se décompose en une composante variable et une composante continue éventuellement nulle. La composante va¬ riable du champ évolue au rythme d'une séquence de test con¬ nue, de laquelle un signal de référence en sortie de l'OPG est déduit pendant l'application du champ de test.
La comparaison du signal issu de l'OPG avec le signal de ré¬ férence permet de vérifier que l'OPG a bien un comportement attendu/souhaité .
Plusieurs solutions sont possibles pour créer le champ magné- tique de test.
Une première solution pour réaliser un dispositif selon l'invention consiste à produire un champ dont la composante continue annule le champ magnétique créé par l'aimant de l'OPG et dont l'amplitude maximale de la composante variable dépasse l'hystérésis du capteur Hall de l'OPG.
D'une première manière, ce champ peut être engendré par une bobine placée en périphérie de l'aimant et/ou du capteur Hall
et parcourue par un courant modulé par la séquence de test. Nous avons déjà décrit cet exemple en figure 4.
On peut aussi utiliser une bobine supplémentaire, c'est-à- dire deux bobines disposées en périphérie de l'aimant et/ou du capteur Hall (et/ou de deux éléments sensibles du capteur Hall) , la première bobine traversée par un courant continu pour annuler le champ de l'aimant et la seconde bobine sup¬ plémentaire traversée par le courant de test, en particulier modulé par une séquence de test et dont une composante conti¬ nue est nulle. Des combinaisons ou connexions intermédiaires entre les deux bobines sont également possibles.
Cette manière de créer le champ de test nécessite un produit (nombre de spires x courant) très élevé, par exemple (4000 A*tours) pour qu'une bobine de diamètre 10mm annule un champ de 400 kA/m.
Une variante consiste à accoler la bobine (ou les 2 bobines) à au moins un élément sensible du capteur Hall, de façon à n'annuler le champ de l'aimant qu'au voisinage immédiat du ou de l'un des éléments sensibles. Cet élément sensible étant de très petite dimension (typiquement quelques fractions de mm dans chaque dimension), le nombre d' ampères*tours nécessaire pour annuler localement le champ de l'aimant est grandement réduit. Par exemple, 400 A*tours suffisent à annuler un champ de 400 kA/m au centre d'une bobine de diamètre 1 mm. La sé¬ quence de test peut être alors générée par l'OPG ou lui être transmise .
Une seconde solution de dispositif selon l'invention, unique¬ ment applicable aux OPG dotés d'un capteur Hall différentiel, consiste à accoler une petite bobine (conductrice électrique¬ ment et externement alimentée en courant) à chacun des deux éléments sensibles du capteur Hall et à les faire traverser par des courants opposés. Cette disposition permet de minimi¬ ser le nombre d' ampères*tours nécessaire et de supprimer la
composante continue du champ de test. Il suffit que la diffé¬ rence des champs magnétiques créés par les deux bobines soit supérieure au champ différentiel ΔΗ qui résulte du champ créé par l'aimant et modulé par la présence de la denture. La fi- gure 6 montre un tel capteur Hall (1) et les 2 éléments sen¬ sibles (20, 30), comportant respectivement une bobine (40,50) accolée sur le pourtour périmètral de chacun des dits élé¬ ments dans le plan de la face sensible du capteur Hall (1) . Figure 6 présente aussi les courants opposés (sens ho- raire/contre-horaire selon chacune des bobines - configura¬ tion en « 0-0 ») . Les courants injectés dans les deux bobines peuvent ainsi être indépendamment et flexiblement contrôlés.
Une variante parmi d'autres consiste à n'utiliser qu'une bo- bine pour produire les deux champs opposés respectivement à chaque élément sensible (20, 30), comme le montre la figure 7 au moyen d'un capteur Hall ( 1 ) comprenant une face sensible et ses deux éléments sensibles (20, 30) accolés à une unique bo¬ bine (41) dont l'enroulement présente autour des dits élé- ments présente un couplage inversant le sens de parcours d'un unique courant (sens horaire/contre-horaire selon chacune des bobines - configuration en « 8 ») traversant ainsi les deux bobines successivement. Un seul courant est ainsi simplement injecté dans les deux bobines.
Plus généralement, les courants des bobines ont des sens op¬ posés selon un plan comprenant les éléments sensibles d'un capteur Hall de type différentiel, le dit plan de la face sensible du capteur Hall, le dit plan ayant une normale pa- rallèle à un rayon de l'anneau denté, ledit rayon intersécant le point médian entre les éléments sensibles.
Le champ de test spécifié précédemment - champ de test va¬ riable d'amplitude supérieure au champ différentiel ΔΗ défini précédemment et désigné par champ de test principal dans la suite de ce texte- permet bien de contrôler le fonctionnement du capteur Hall, mais ne suffit pas à détecter toutes les dé-
falliances, en particulier la démagnétisation de l'aimant ou la présence de poussière ferromagnétique court-circuitant les lignes de champ. Par ailleurs, afin de détecter le sens de défilement des dents, les OPG contiennent avantageusement deux capteurs Hall différentiels décalés d'une fraction du pas de la denture de l'anneau, idéalement par un décalage d'un tiers dudit pas. Selon cette configuration, la figure 8 représente une denture (1) (représentée semi-transparente en avant-plan) et un OPG (10) vu sous sa face active et contenant deux capteurs Hall différentiels (11, 12) décalés de 1/4 à 1/3 (ou entre 2/3 et 3/4) du pas (P) de la denture. Chacun des capteurs Hall dif¬ férentiels comprend aussi ses deux éléments sensibles ainsi que selon l'invention la ou les bobines accolées (chacune se¬ lon figure 6 ou 7) en leur périphérie (non représentée ( s ) en figure 8 ) .
Ce type d' OPG dispose d'au moins deux sorties, chaque capteur Hall différentiel (11, 12) étant associé à au moins une sor- tie en tension différentielles de Hall. Les profils de ces deux tensions différentielles de Hall sont représentées en figure 9 selon le défilement en mm de la denture.
Dans cette configuration, sur tout le défilement, au moins une des deux tensions différentielles de Hall est toujours largement supérieure au seuil haut de l'hystérésis ou infé¬ rieure à son seuil bas. Par exemple, pour un champ différentiel ΔΗ de ±120kA/m, une des deux tensions différentielles de Hall est toujours supérieure à 50 kA/m (figure 9) alors que le seuil « haut » et le seuil « bas » de l'hystérésis sont d'environ ±2kA/m.
On définit ainsi un champ de test secondaire comme un champ variable d'amplitude maximale supérieure au seuil
d'hystérésis, mais inférieure à l'amplitude maximale du champ différentiel ΔΗ dû à l'aimant. Ce champ de test secondaire ne peut donc être détecté simultanément par les deux capteurs Hall car l'un au moins des deux nécessite un champ
d'amplitude supérieure à ΔΗ pour franchir le seuil d'un cap-
teur Hall ; suivant la position de la denture devant le cap¬ teur, ce champ secondaire peut donc n'être détecté par aucun des deux capteurs ou l'être uniquement par l'un des deux- tant qu'il n'y a pas de défaillance. Par contre, si le champ fourni par l'aimant est trop affaibli ou a disparu, quelle qu'en soit la cause, les deux capteurs Hall y seront sen¬ sibles simultanément, en particulier lors d'une démagnétisa¬ tion de l'aimant ou d'une présence de poussière ferromagné¬ tique court-circuitant les lignes de champ.
Comme le champ principal, le champ secondaire est créé, pour chacun des deux capteurs Hall différentiels de l'OPG, soit grâce à deux bobines devant chaque capteur Hall (configura¬ tion de la figure 6 doublée, donc 4 bobines au total) , soit par une bobine devant chaque capteur Hall (configuration de la figure 7 doublée, soit 2 bobines au total) . Dans les deux configurations, l'amplitude du courant variable circulant dans les bobines prend successivement deux valeurs : la pre¬ mière, pour le champ principal, telle que le champ maximal produit soit supérieur à ΔΗ, la seconde, pour le champ secon- daire, telle que le champ maximal produit soit inférieur à ΔΗ mais supérieur au seuil des capteurs.
Comme la détection des défaillances visées par le champ se¬ condaire (démagnétisation de l'aimant, présence de poussières magnétiques...) repose sur l'absence d'un signal émis par les capteurs Hall, le circuit qui génère le courant traversant les bobines doit lui-même être contrôlé. Il peut âtre avanta¬ geusement conçu de telle façon que, si suite à une défail¬ lance de ce circuit, l'amplitude du champ secondaire devient inférieure au seuil des capteurs Hall, alors l'amplitude du champ principal devient inférieure au champ différentiel ΔΗ.
En résumé, les solutions de dispositifs selon l'invention permettent de détecter l'ensemble des défaillances, en parti¬ culier de manière hautement sécuritaire d'un OPG à deux cap- teurs différentiels équipés des bobines telles que décrites précédemment, préférablement selon la deuxième alternative fort robuste. Ici, le moyen de test (par courants injectés
dans les bobines) de l'OPG, idéalement comprenant au moins deux capteurs différentiels Hall, doit obéir aux propriétés suivantes des signaux : le signal de test c'est-à-dire attendu associé au champ magnétique de test principal doit être émis par chaque capteur Hall différentiel ;
le signal de test attendu associé au champ magnétique de test secondaire ne doit être émis que par au plus un des deux capteurs Hall différentiels.
Les séquences de test associées respectivement au champ de test principal et au champ de test secondaire peuvent être séparées ou mélangées et peuvent être générées par l'OPG ou lui être transmises.
En résumé, le dispositif l'invention prévoit simplement que le nombre de bobines est 2 ou 4, alimentées par 1, 2 ou 4 sources de courants.
Claims
1. Dispositif de mesure de déplacement d'un véhicule rou¬ lant comprenant :
- au moins une roue couplée à un élément d'entraînement en rotation,
- un anneau muni d'un pourtour denté solidarisable en rotation soit à la roue soit à l'élément d'entraînement en rotation,
- une sonde à effet Hall disposée en vis-à-vis d'un point du pourtour sous une direction diamétrale de roue afin de délivrer un signal de comptage de dents par uni¬ té de temps,
caractérisé en ce qu'une bobine électriquement conduc¬ trice est disposée en périphérie de la sonde à effet Hall de sorte qu'un courant de test est injecté dans la bobine pour contrôler un signal de test émis par le sonde .
2. Dispositif selon revendication 1, pour lequel la sonde à effet Hall est couplée à un compteur kilométrique, de vitesse ou/et d'accélération.
3. Dispositif selon une des revendications précédentes, pour lequel :
- la sonde à effet Hall comprend un capteur à effet Hall et un aimant permanent,
- l'aimant permanent est disposé en partie arrière du capteur à effet Hall alors que les dents sont disposées en partie avant de la dite sonde,
- la bobine est disposée autour dudit capteur.
4. Dispositif selon une des revendications précédentes, pour lequel l'anneau denté est formé sur une surface in-
terne de la roue et la sonde à effet Hall est disposée entre la circonférence de la roue et son axe.
Dispositif selon une des revendications 1 à 3, pour le¬ quel l'anneau denté est disposé autour de l'élément d'entraînement en rotation tel qu'un essieu, un arbre moteur ou un réducteur associé.
Dispositif selon revendication 5, pour lequel l'anneau denté se compose de deux demi-anneaux dentés.
Dispositif selon revendication 3, comprenant une bobine supplémentaire, c'est-à-dire deux bobines disposées en périphérie de l'aimant.
Dispositif selon revendication 7, pour lequel la première bobine est traversée par un courant continu pour annuler le champ magnétique de l'aimant et la seconde bobine supplémentaire est traversée par le courant de test, en particulier ainsi modulé par une séquence de test .
Dispositif selon revendication 3, comprenant une bobine supplémentaire, c'est-à-dire deux bobines disposées en périphérie de deux éléments sensibles du capteur Hall.
Dispositif selon revendication 9, pour lequel les cou¬ rants des bobines ont des sens opposés selon un plan comprenant les éléments sensibles d'un capteur Hall de type différentiel.
Dispositif selon une des revendications 9 et 10, compre nant deux capteurs Hall différentiels décalés d'une fraction du pas de denture de l'anneau, idéalement par un décalage d'un quart à un tiers du pas.
Dispositif selon une des revendications 9 à 11, pour le¬ quel un moyen de test comprenant au moins deux capteurs différentiels Hall doit obéir aux propriétés sui¬ vantes des signaux :
- un signal de test associé à un champ magnétique de test principal doit être émis par chaque capteur Hall différentiel ;
- un signal de test associé au champ magnétique de test secondaire ne doit être émis que par au plus un des deux capteurs Hall différentiels.
13. Dispositif selon une des revendications 9 à 12, pour le¬ quel le nombre de bobines est 2 ou 4, alimentées par 1, 2 ou 4 sources de courants.
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|---|---|---|---|
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| EP12290324.8 | 2012-09-28 |
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