La présente invention est relative à un procédé de détermination de la position d'un élément magnétique utilisant des capteurs de position à effet Hall linéaires. L'invention concerne aussi le dispositif permettant de mettre en oeuvre ce procédé.

Plus particulièrement, l'invention s'applique à la détection de la position d'un sélecteur de boîte de vitesses d'un véhicule automobile et permet de déterminer le rapport de vitesse qui est sélectionné par le conducteur.

La sélection d'un rapport de vitesse d'un véhicule automobile s'effectue généralement, pour une boîte de vitesse manuelle, par un levier de vitesses situé dans l'habitacle du véhicule qui, par l'intermédiaire d'une tringlerie de transmission reliée à un axe de sélection du rapport de boîte de vitesses, permet de sélectionner par différents systèmes d'engrenages, connus de l'homme du métier et non détaillés ici, un rapport de vitesse dans la boîte de vitesses. Cette dernière est généralement située sous le véhicule et reliée aux roues et au moteur.

Le levier de vitesses peut se déplacer dans deux directions perpendiculaires. Dans cet exemple, nous nous limiterons au cas d'une boîte vitesses comprenant six rapports de vitesses : la 1 ^re , 2 ^e , 3 ^e , 4 ^e , 5 ^e et la marche arrière R (cf. figure 2). Nous appellerons « vitesse du véhicule », le rapport de vitesse enclenché dans la boîte de vitesses et « le point mort » N le rapport de vitesse nul. Le déplacement du levier de vitesses est transmis dans la boîte de vitesses, à l'axe de sélection des vitesses, appelé aussi sélecteur de vitesses, qui lui se déplace en translation et en rotation vis-à-vis de l'axe longitudinal de la boîte de vitesses. Par l'intermédiaire de différents engrenages mécaniques, ce mouvement de translation et de rotation du sélecteur de vitesses permet d'enclencher la vitesse choisie par le conducteur.

Pour réaliser certaines fonctions du véhicule, comme par exemple couper le moteur lorsque la boîte de vitesses est au point mort afin de réduire les émissions polluantes, il est courant d'utiliser un capteur de position du sélecteur de vitesses. Ce capteur de position comporte généralement une cellule à effet hall linéaire, reliée à un circuit électronique intégré. On entend par cellule à effet Hall linéaire, un élément en matériau conducteur ou semi-conducteur traversé par un courant et soumis à un champ magnétique perpendiculaire à ce courant, qui produit une tension de sortie proportionnelle au champ magnétique et au courant qui la traverse. Le plan de mesure de la cellule à effet Hall est perpendiculaire au champ magnétique émis par l'élément magnétique. On appellera dans la suite de la description, cellule à effet Hall, une cellule à effet Hall linéaire. Comme illustré à la figure 1 , le capteur de position 60 est généralement situé dans le carter 10 de la boîte de vitesses 30, en regard d'un élément magnétique 50 situé sur le sélecteur de vitesses 20 (par l'intermédiaire d'un support 40) qui se déplace, lors de la sélection des vitesses, en rotation, selon la direction principale Z, et en translation selon la direction secondaire X, par rapport à l'axe longitudinal A de la boîte de vitesses 30. L'élément magnétique 50 est orienté de telle manière qu'il crée un champ magnétique

V qui varie avec la direction de déplacement du sélecteur de vitesses 20 que l'on souhaite détecter. A la figure 1 , le champ magnétique V est orienté perpendiculairement à l'axe longitudinal A, et transversalement par rapport au sélecteur de vitesse 20, ceci afin de mesurer le déplacement en rotation selon la direction principale Z du sélecteur de vitesse 20. L'orientation du champ magnétique V est illustré plus clairement à la figure 2, qui représente une vue de dessus de la figure 1. Le champ magnétique V y est orienté selon l'axe transversal B de la boîte de vitesses 30. Une cellule à effet Hall 70 détecte les variations du champ magnétique V induites par le déplacement en translation ou en rotation (comme dans l'exemple illustré à la figure 1) de l'élément magnétique 50 et détermine ainsi la position du sélecteur de vitesses 20.

Cependant, cette détection ne peut se faire que selon une direction de déplacement du sélecteur de vitesses 20, la cellule à effet Hall 70 n'étant sensible qu'à une direction du champ magnétique V émis par l'élément magnétique 50. Pour détecter si le levier de vitesses 80 est, par exemple, au point mort N, la cellule à effet Hall 70 et l'élément magnétique 50 sont positionnés pour déterminer la position en rotation, selon la direction principale Z, du sélecteur de vitesses 20. Comme expliqué précédemment et illustré à la figure 2, le champ magnétique V créé par l'élément magnétique 50 et détecté par le capteur de position 60 est orienté selon l'axe transversal B de la boîte de vitesses 30. Si le sélecteur de vitesses 20 tourne dans le sens positif, selon la direction principale Z, cela signifie qu'une des vitesses paires (la 2 ^e , la 4 ^e ) ou la marche arrière R est sélectionnée par le levier de vitesses 80. S'il tourne dans le sens contraire, c'est-à-dire négatif, une des vitesses impaires est sélectionnée (la 1 ^e , la 3 ^e ou la 5 ^e ) et enfin s'il est centré sur l'axe longitudinal A, alors le levier de vitesses 80 est considéré au point mort.

Comme illustré à la figure 2, afin de s'affranchir des dérives de l'élément magnétique ainsi que des variations d'écart entre l'élément magnétique et le capteur de position 60, il est courant d'utiliser un rapport ratiométrique entre les tensions de sortie de deux cellules à effet Hall 70a et 70b, situées dans un seul capteur de position 60. Ces cellules à effet Hall 70a et 70b sont situées dans le même plan de mesure, c'est-à-dire qu'elles sont coplanaires dans le plan défini par l'axe longitudinal A et l'axe transversal B, et elles mesurent le même champ magnétique V . En effet, en utilisant un rapport ratiométrique entre les tensions de sortie de deux cellules Hall 70a, 70b, cet impact se trouve annulé. Ce procédé est, par exemple, décrit dans le document FR 2 926 881. Dans ce document FR 2 926 881 , l'arc-tangente du rapport ratiométrique entre les tensions de sortie de deux cellules Hall est utilisé afin de détecter la position du sélecteur de vitesses 20 en rotation, indépendamment donc de certaines variations.

De nos jours, cette détection selon une seule direction de déplacement est insuffisante, et il est utile de pouvoir détecter précisément la vitesse sélectionnée afin d'améliorer les performances du véhicule (bruit, émissions) en anticipant par exemple le changement de vitesse. Il devient donc nécessaire de pouvoir détecter non seulement le type de vitesse sélectionnée (paire, impaire, point mort), mais également la vitesse en elle-même et donc de détecter le mouvement du sélecteur de vitesses 20 selon les deux directions de déplacement, en rotation et en translation par rapport à l'axe longitudinal A de la boîte de vitesses.

Pour cela, il est usuel de rajouter (cf. figure 3) un élément magnétique supplémentaire 500 sur le sélecteur de vitesses 20, orienté de telle manière qu'il crée un champ magnétique V ₂ selon la deuxième direction de déplacement ou direction secondaire X que l'on souhaite détecter (dans notre exemple, la translation), ainsi qu'un capteur de position 600 situé en regard de celui-ci (par exemple sur le carter 10 de la boîte de vitesses 30) comprenant une ou deux cellules Hall 700a et 700b. Celles-ci sont situées dans le même plan de mesure et orientées de manière à mesurer ce second champ magnétique V ₂ . Ces deux cellules à effet Hall 700a et 700b produisent ainsi chacune une tension de sortie proportionnelle au déplacement du sélecteur de vitesses 20, dans ce cas, en translation, selon le sens positif de la direction secondaire X. Cette configuration (utilisant une seule cellule à effet Hall par capteur) est décrite dans le document WO 97 46 815. En utilisant deux éléments magnétiques 50 et 500 et deux capteurs de position 60 et 600 (comprenant chacun une ou deux cellules à effet Hall), c'est-à-dire en dupliquant le dispositif utilisé pour détecter le déplacement du sélecteur de vitesses 20 dans une direction seulement, il est donc possible de détecter son déplacement dans les deux directions et donc de déterminer précisément la vitesse sélectionnée par l'utilisateur via le levier de vitesses. Cette solution est fiable mais coûteuse, puisqu'il faut rajouter un élément magnétique et un capteur de position.

L'invention a donc pour but de proposer un procédé de détermination de la position du sélecteur de vitesses dans les directions de translation et de rotation utilisant un dispositif plus économique que celui de l'art antérieur. On atteint les buts de l'invention au moyen d'un procédé de détermination de la position d'un élément magnétique, situé sur un sélecteur de boîte de vitesses d'un véhicule automobile, générant un champ magnétique V , ledit sélecteur se déplaçant selon deux directions par rapport à un axe longitudinal, une direction principale de rotation autour de l'axe longitudinal et une direction secondaire de translation selon l'axe longitudinal, l'élément magnétique étant situé en regard d'un capteur de position comprenant trois cellules à effet Hall, le procédé consistant à mesurer une première tension, une deuxième tension et une troisième tension en sortie respectivement d'une première cellule à effet Hall, d'une deuxième cellule à effet Hall et d'une troisième cellule à effet Hall. L'invention est remarquable en ce que les trois cellules à effet Hall sont orientées dans la même direction pour mesurer le champ magnétique V , et sont positionnées de la manière suivante :

deux cellules à effet Hall sont alignées sur un axe transversal perpendiculaire à l'axe longitudinal du sélecteur de vitesses et présentent un premier écart entres elle selon l'axe transversal,

la troisième cellule à effet Hall est positionnée sur l'axe longitudinal, c'est- à-dire perpendiculairement à l'axe transversal, traversant les deux autres cellules à effet Hall et présente un second écart selon l'axe longitudinal par rapport à la position sur cet axe des deux autres cellules.

Ledit procédé comprend en outre :

• une étape consistant à calculer un rapport ratiométrique P entre la première tension ΝΛ,, deuxième tension V ₂ et troisième tension V _3, pour en déduire la position de l'élément magnétique selon la direction secondaire de déplacement du sélecteur de la boîte de vitesses.

Le rapport ratiométrique P entre la première tension \ , deuxième tension V ₂ et troisième tension V ₃ étant défini de la manière suivante :

V ₃ + k _{ * V

P = k *

V + k ₃ * V ₃

Avec V = , la moyenne géométrique entre la première tension V _! et deuxième tension V ₂ . Et k, et k ₃ étant des constantes.

· une étape consistant à déduire la position de l'élément magnétique selon la direction secondaire de déplacement du sélecteur de la boîte de vitesses, le rapport P variant linéairement avec la position de l'élément magnétique selon la direction secondaire de déplacement du sélecteur de la boîte de vitesses.

De manière avantageuse, on utilise trois cellules à effet Hall coplanaires dans un plan défini par l'axe longitudinal et transversal. Dans un mode de réalisation préférentiel la détermaintion précise de la position du sélecteur de vitesses, peut être réalisée en choisissant k=1 , ^=0 et k ₃ =0, c'est à dire en utilisant une expression simplifiée du rapport rique P :

Judicieusement, l'invention propose de linéariser la moyenne géométrique V entre la première tension V-i et deuxième tension V ₂ , afin d'éviter les fluctuations éventuelles des valeurs du rapport ratiométrique P dues à la rotation de l'élément magnétique et afin d'obtenir une meilleure corrélation entre les valeurs du rapport ratiométrique P et les valeurs du déplacement du sélecteur de vitesses.

Dans une variante d'application, et de manière avantageuse, ledit procédé comprend en outre une étape préliminaire consistant à dimensionner au moins l'un des éléments suivants :

• dimensions de l'élément magnétique,

• écart, selon l'axe longitudinal et l'axe transversal entre chacune des trois cellules à effet Hall,

• écart, selon l'axe longitudinal et l'axe transversal entre l'élément magnétique et le plan de mesure des cellules à effet Hall,

en fonction d'une loi d'évolution de la tension mesurée en sortie de chaque cellule à effet Hall, elle-même fonction de la position de l'élément magnétique par rapport à ladite cellule à effet Hall linéaire, afin d'obtenir la précision souhaitée sur la détection de la vitesse enclenchée.

Alternativement, et afin de simplifier le dimensionnement mentionné ci-dessus, l'invention propose d'utiliser des cellules à effet Hall identiques.

Dans un premier mode de réalisation et selon la configuration typique d'une boîte de vitesses de véhicule à traction avant, la direction principale de déplacement est celle de la rotation du sélecteur de vitesses autour de l'axe longitudinal, et la direction secondaire est la translation du sélecteur de vitesses selon l'axe longitudinal.

Dans un deuxième mode de réalisation, et selon la configuration typique d'une boîte de vitesses de véhicule à propulsion, la direction principale de déplacement est celle de la translation du sélecteur de vitesses selon l'axe longitudinal et la direction secondaire est la rotation du sélecteur de vitesses autour de l'axe longitudinal.

Dans un mode de réalisation préférentiel, le procédé comporte une étape préliminaire consistant à calculer l'arc-tangente du ratio entre la première tension deuxième tension pour en déduire la position de l'élément magnétique selon la direction principale de déplacement du sélecteur de la boîte de vitesses, c'est à dire selon la direction de rotation selon l'axe longitudinal. L'invention propose également un dispositif de détermination de la position d'un élément magnétique situé sur un sélecteur de boîte de vitesses d'un véhicule automobile permettant de mettre en œuvre le procédé décrit ci dessus.

L'invention concerne également tout capteur de position de sélecteur de boîte de vitesses associé.

D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre à titre d'exemple non limitatif et à l'examen des dessins annexés dans lesquels :

• la figure 1 représente une vue schématique partielle d'une boîte de vitesses équipée d'un capteur de position selon l'art antérieur,

• la figure 2 représente une vue schématique partielle de dessus d'une boîte de vitesses équipée d'un capteur de position selon la figure 1,

• la figure 3 est une vue schématique partielle d'une boîte de vitesses équipée de deux capteurs de position selon l'art antérieur,

« la figure 4 est une vue schématique partielle d'une boîte de vitesses équipée d'un capteur de position selon l'invention,

• les figures 5 et 6 sont des représentations graphiques des mesures du positionnement du sélecteur de vitesse selon l'invention.

Les figures 1, 2 et 3 représentent des dispositifs de l'art antérieur et ont été détaillés précédemment.

Comme illustré à la figure 4, selon l'invention, le capteur de position 60 comporte trois cellules à effet Hall 70a, 70b, et 70c, orientées toutes dans la même direction (selon par exemple la direction du Sud vers le Nord, voir flèche S->N à la figure 4). Celles-ci fournissent chacune une tension de sortie (respectivement \ , V ₂ et V ₃ ) proportionnelle à l'intensité du champ magnétique qu'elles mesurent, champ magnétique créé par l'élément magnétique 50 situé sur le sélecteur de vitesses 20, en regard du capteur de position 60.

Selon un mode de réalisation préférentiel (cf. figure 4), les cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c sont coplanaires, dans un plan défini par l'axe longitudinal A et l'axe transversal B, et positionnées de telle manière que les deux cellules 70a, 70b sont alignées sur l'axe transversal B perpendiculaire à l'axe longitudinal A du sélecteur de vitesses 20. Les deux cellules 70a, 70b présentent un premier écart e1 entre elles selon cet axe transversal B. La troisième cellule à effet Hall 70c est positionnée sur l'axe longitudinal A, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe transversal B, traversant les deux autres cellules à effet Hall 70a, 70b. La troisième cellule à effet Hall 70c présente un second écart e2 sur l'axe longitudinal A par rapport à la position des deux autres cellules 70a, 70b sur cet axe. Dans cette configuration, les tensions de sortie produites par la première cellule à effet Hall 70a et la deuxième cellule à effet Hall 70b (respectivement \ et V ₂ ), sont deux sinusoïdes, dont l'arc-tangente du ratio permet de déterminer la position en rotation de l'élément magnétique 50 (cf. figure 5). Ceci est connu de l'art antérieur et a été expliqué précédemment.

A la figure 5, l'axe des abscisses représente la valeur de la rotation en degrés du sélecteur de vitesses 20 selon la direction principale Z, et l'axe des ordonnées représente la valeur de la tension de sortie fournie par les cellules à effet Hall 70a et 70b. Les tensions de sorties de la première cellule Hall 70a et de la deuxième cellule Hall 70b, c'est-à-dire \ et V ₂ sont donc représentées sous forme de sinusoïdes et l'arc-tangente du ratio de ces deux tensions, Q, est représentée sous la forme d'une droite dont les valeurs sont proportionnelles au déplacement en rotation de l'élément magnétique 50, selon la direction principale Z.

L'invention propose en outre d'utiliser la moyenne géométrique V de ces deux tensions \ et V ₂ , définie par :

r = ^{2 + v} 2 ² (1 )

ainsi que la tension de sortie V ₃ de la troisième cellule à effet Hall 70c, afin de déterminer la position en translation selon la direction secondaire X du sélecteur de vitesses.

Comme illustré à la figure 5, cette moyenne géométrique V est pratiquement insensible au déplacement en rotation selon la direction principale Z de l'élément magnétique 50. En utilisant cette caractéristique et en divisant la tension de sortie de la troisième cellule à effet Hall V ₃ par cette moyenne géométrique V, on obtient un rapport ratiométrique P qui varie quasi linéairement avec le déplacement en translation selon la direction secondaire X de l'élément magnétique 50. Le rapport ratiométrique P est donc défini par :

V

P =— (2)

V

A la figure 6, l'axe des abscisses représente la valeur du déplacement en translation selon la direction secondaire X de l'élément magnétique 50, et l'axe des ordonnées représente la valeur du rapport ratiométrique P. Il apparaît nettement que la courbe représentant le rapport ratiométrique P peut être assimilée à une droite, dont les valeurs sont proportionnelles au déplacement de l'élément magnétique 50 en translation selon la direction secondaire X. Cette droite permet donc de trouver directement, pour chaque valeur de P, le déplacement en translation effectué par l'élément magnétique 50.

Le rapport ratiométrique P peut être généralisé et défini de la manière suivante :

V _J + k _i * V

P = k (3)

V + k ₃ * V _i

Avec k, k _! et k ₃ étant des constantes. En effet, pour n'importe quelle valeur de k, ^ et k ₃ , le rapport ratiométrique P est représenté par une droite dont les valeurs sont proportionnelles au déplacement en translation selon la direction secondaire X de l'élément magnétique 50. L'utilisateur peut ainsi choisir les valeurs de k, k- _\ et k ₃ afin d'obtenir la précision de mesure souhaitée ; compte tenu du mode de réalisation envisagé. Cet ajustement permet à l'utilisateur de compenser les tolérances de dimensionnement des différents éléments de ce dispositif (taille, positionnement de l'aimant par exemple), ou les écarts entre le capteur de position 60 et l'élément magnétique 50, ou encore les tolérances de mesures des cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c.

Ainsi l'ajout judicieux d'une troisième cellule à effet Hall 70c dans le même capteur de position 60 que celui utilisé pour déterminer le déplacement en rotation du sélecteur de vitesses 20, permet alors de déterminer aussi le déplacement en translation du sélecteur de vitesses 20. Il n'est donc plus nécessaire de rajouter un capteur supplémentaire 600 dans le carter 10 de boîte de vitesses 30, équipé d'une à deux cellules à effet Hall, ainsi qu'un deuxième élément magnétique 500 pour effectuer cette détermination, comme cela était le cas dans l'art antérieur.

Avantageusement, l'invention propose de linéariser la moyenne géométrique V afin d'obtenir un rapport ratiométrique P présentant une meilleure corrélation par rapport au déplacement de l'élément magnétique 50. Cette linéarisation peut être effectuée de manière simple comme par exemple en utilisant une moyenne mobile ou une table de correction.

Bien sûr, le positionnement de l'élément magnétique 50 vis-à-vis du capteur de position 60, ainsi que le placement des cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c dans celui-ci, influent sur la précision de détermination du déplacement en translation selon la direction secondaire X du sélecteur de vitesses 20. Par conséquent, un perfectionnement de l'invention consiste à dimensionner chacun des éléments suivants, préalablement au calcul du rapport ratiométrique P :

• dimensions de l'élément magnétique 50,

• écarts e1 et e2 selon l'axe longitudinal A et transversal B, entre chacune des trois cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c,

• orientation, selon l'axe longitudinal A et transversal B, de chacune des cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c,

• écart entre l'élément magnétique 50 et le plan de mesure des cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c,

en fonction d'une loi d'évolution de la tension mesurée en sortie de chaque cellule à effet Hall 70a, 70b, 70c, elle-même fonction de la position de l'élément magnétique 50 par rapport à ladite cellule à effet Hall. Ce dimensionnement permet ainsi à l'utilisateur d'obtenir la précision de mesure souhaitée.

Le procédé, selon l'invention permet donc de déterminer la position d'un élément magnétique 50, situé sur un sélecteur de boîte de vitesses 20 d'un véhicule automobile, ledit procédé comprenant :

• l'utilisation de trois cellules à effet Hall 7a, 70b, 70c situées dans le capteur de position 60, et mesurant dans la même direction le champ magnétique V généré par l'élément magnétique 50, disposées de telle manière que deux cellules sont espacées sur le même axe transversal et la troisième cellule est espacée des deux autres selon l'axe longitudinal,

ledit procédé comprenant en outre :

• une étape consistant à calculer un rapport ratiométrique P entre la première tension \ , deuxième tension V ₂ et troisième tension V ₃ mesurées en sortie respectivement de la première cellule à effet Hall 70a, deuxième cellule à effet Hall 70b et troisième cellule à effet Hall 70c,

• une étape consistant à déduire la position de l'élément magnétique selon la direction secondaire de déplacement du sélecteur de la boîte de vitesses, le rapport P variant linéairement avec la position de l'élément magnétique selon la direction secondaire de déplacement du sélecteur de la boîte de vitesses.

Bien sûr, il est possible d'utiliser trois cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c identiques afin de simplifier le dimensionnement mentionné ci dessus.

L'invention peut être réalisée en utilisant des cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c situées dans le même capteur de position 60, mais non coplanaires. De même, l'agencement de ces cellules à effet Hall 70a, 70b, 70c, dans le capteur de position 60, selon l'axe longitudinal A et l'axe transversal B, peut être arbitraire, du moment qu'elles mesurent le champ magnétique V dans la même direction, c'est à dire qu'elles soient orientées dans la même direction et qu'elles fournissent une tension de sortie proportionnelle à l'intensité de ce champ magnétique V . Comme expliqué précédemment, le choix des constantes k, k^t k ₃ permet à l'utilisateur d'adapter le rapport ratiométrique P afin d'obtenir la précision souhaitée indépendamment de la position des cellules à effet Hall 70a, 70b, et 70c dans le capteur de position 60.

Il est à noter que ce procédé peut s'appliquer à des boîtes de vitesses 30 de véhicules à traction avant, aussi bien qu'à des boîtes de vitesses 30 de véhicules à propulsion. La différence entre ces deux types de boîtes de vitesses 30 réside dans l'orientation des directions de déplacement du sélecteur de vitesses. Ainsi la direction principale et la direction secondaire de déplacement sont inversées, et dans le cas d'une boîte de vitesses d'un véhicule à propulsion, la direction principale de déplacement est la translation et la direction secondaire, est la rotation du sélecteur de vitesses 20.

On peut aussi considérer des modes de réalisation de l'invention comportant une boîte de vitesse 30 ayant plus ou moins de six vitesses. L'invention s'applique bien sûr à toute configuration ou type de boîte de vitesses (mécanique, automatique, robotisée..).

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.