L'invention se rapporte à un procédé de mesure de vitesse et/ou position d'une partie mobile au sein d'un moteur électrique, notamment rotatif. Une unité électronique de commande réalise les étapes suivantes :

- activation dudit moteur, et application d'une tension d'alimentation aux bornes d'alimentation moteur,

- mesure d'un signal de variation d'intensité et/ou de tension aux bornes d'alimentation,

- analyse dudit signal de variation pour en détecter un ou plusieurs évènements représentant un déplacement de ladite partie mobile dudit moteur.

On obtient ainsi une mesure directe du déplacement ou de la vitesse du moteur, par un traitement électronique, sans nécessiter de capteur spécifique dans le moteur ou l'actionneur.

L'invention se rapporte aussi à une unité de commande, ou un moteur ou actionneur, ou un frein ou un véhicule, mettant en œuvre un tel procédé.

Etat de la technique

Dans le domaine des actuateurs électriques, par exemple dans le domaine des véhicules routiers et/ou automobiles mais aussi dans d'autres domaines, il est souvent utile de pouvoir mesurer l'état mécanique et dynamique d'un tel actionneur ou du moteur qui l'entraîne, c'est-à-dire en particulier sa vitesse (en général de rotation) et/ou sa position.

Pour tous les types de moteurs électriques, il est connu d'utiliser un ou des capteurs de position, par exemple un capteur à effet Hall, qui comptent simplement le nombre de passages d'un repère tournant devant un capteur (ou inversement). Une unité de calcul électronique peut ainsi connaître le déplacement de l'actionneur en comptant le nombre de tours du moteur, voire sa vitesse de déplacement en comparant ce déplacement avec une durée écoulée. Dans le domaine du freinage de véhicules, en particulier automobile, il est courant d'utiliser des freins actionnés par une motorisation électrique, typiquement pour une fonction de frein de stationnement et/ou de secours, voir pour une fonction de frein de service. Les moteurs employés sont souvent des moteurs à courant continu, à balais ou charbons et par exemple de type "moteur universel", voire aussi de type sans-balais ("brushless" en Anglais) à commutation électronique.

Pour de tels actionneurs électriques, la commande d'actionnement est en général gérée par une unité de commande qui alimente et/ou commande le moteur d'actionneur en fonction des commandes du conducteur, et aussi du véhicule lui-même dans certaines fonctions automatisées en tout ou partie. L'unité de commande peut par exemple ajuster l'actionnement d'un freinage commandé par le conducteur en fonction de paramètres supplémentaires, par exemple dans des fonctions telles que l'antiblocage des roues. Elle peut aussi réaliser automatiquement certaines fonctions complètes, par exemple de freinage d'urgence.

Dans toutes ces fonctions, il souvent nécessaire de connaître et/ou réguler la position de l'actionneur et/ou son couple et/ou sa vitesse, par exemple pour ajuster l'effort de freinage appliqué. L'unité de commande utilise alors en général une mesure par capteur de position, interne ou externe au moteur, ou une estimation calculée par exemple par compilation des commandes envoyées depuis une position de référence connue.

Ce besoin implique d'utiliser une architecture relativement complexe, par exemple en utilisant un moteur de technologie complexe à mesure intégrée et en récupérant cette information à l'extérieur du moteur, ou en ajoutant un ou des capteurs sur le moteur ou au sein de l'actionneur.

Un but de l'invention de pallier en tout ou partie aux inconvénients de l'état de la technique. Il est recherché en particulier d'améliorer ou d'optimiser les données de vitesse et/ou de déplacement d'un tel actionneur, mesurées ou estimées, ainsi que les processus et systèmes qui utilisent ces données. Ces buts sont recherchés à travers les différents constituants et procédés utilisés et en tenant compte des contraintes qui prévalent dans le domaine des moteurs et actionneurs et en particulier pour l'automobile et son freinage ; tout en améliorant ou optimisant les performances en matière de précision, répétabilité, vitesse d'acquisition, ainsi que de fiabilité, simplicité, souplesse et coût de fabrication, maintenance et/ou conception. Présentation de l'invention

L'invention propose un procédé de mesure de vitesse et/ou position d'une partie mobile au sein d'un moteur électrique, typiquement mais non obligatoirement d'un moteur rotatif. Ce procédé est mis en œuvre par une unité électronique de commande, pouvant être réalisée en un ou plusieurs circuits ou sous-unités, intégrés ou non dans le moteur ou l'actionneur ou le frein.

Selon l'invention, ce procédé comprend la réalisation des étapes suivantes :

- commande d'activation dudit moteur, comprenant une application d'une tension d'alimentation à des bornes d'alimentation dudit moteur,

- mesure d'un signal de variation de l'intensité et/ou de la tension aux bornes d'alimentation dudit moteur,

- analyse dudit signal de variation, par exemple par filtrage, pour en extraire une détection d'un ou plusieurs évènements représentant un déplacement de ladite partie mobile au sein dudit moteur.

Ce signal est en particulier celui créé par les variations d'impédance et de force contre-électromotrice au sein du moteur, lors des évènements de commutation entre les différents circuits électromagnétiques.

Les mesures de tension et intensité de courant sont deux informations qui sont disponibles dans la plupart des modes de commande de moteur électrique. Or, à chaque tour ou déplacement, un moteur électrique produit des perturbations ou irrégularités électriques dans le courant qu'il consomme, lesquelles dépendent de l'architecture du moteur et varient avec sa vitesse. L'invention propose ainsi d'analyser ces irrégularités, qui sont habituellement considérées comme du bruit à haute fréquence, pour en extraire des caractéristiques de vitesse et/ou déplacement. Selon le mode d'alimentation, les perturbations dans l'intensité peuvent produire aussi des variations significatives dans la tension d'alimentation. Ces variations peuvent aussi être détectées, à la place ou en combinaison avec les variations d'intensités

L'invention permet ainsi d'obtenir une mesure directe du déplacement ou de la vitesse du moteur, par un traitement électronique, sans nécessiter de capteur spécifique dans le moteur ou l'actionneur.

On évite ainsi toutes les contraintes et inconvénients spécifiques à l'implantation d'un capteur, par exemple l'encombrement, la complexité, les adaptations nécessaires à son interfaçage, le coût et les risques de pannes.

L'invention permet aussi d'utiliser des moteurs ou actionneurs plus simples, tout en disposant de données exactes au lieu des méthodes d'estimation utilisées actuellement, notamment dans le domaine automobile et/ou du freinage.

Pour de nombreux algorithmes de commande, le fait de disposer ainsi de données sur la vitesse permet d'améliorer la précision et les performances de fonctionnement.

Selon des particularités, pouvant être combinées entre elles :

Le procédé est appliqué à un moteur à commutation, et en ce que le ou les évènements extraits représentent une ou plusieurs commutations d'alimentation d'un circuit à un autre au sein d'une pluralité de circuits et/ou enroulements électromagnétiques, typiquement lors d'un passage d'un état alimenté à un état non-alimenté et/ou réciproquement.

L'étape de mesure porte sur l'intensité absorbée par le moteur au cours d'une application d'une alimentation selon une tension constante, notamment régulée pour être constante ou appliquée selon un réglage inchangé en tension.

L'étape d'analyse comprend une application d'un filtrage pour sélectionner une ou des plages de fréquences de filtrage, qui correspondent à la survenue du ou desdits évènements extraits lorsque la vitesse du moteur varie au sein d'une gamme de vitesses déterminée dudit moteur, par exemple notamment une plage de filtrage incluant la gamme de fréquences de rotation et/ou de commutation du moteur et/ou intermédiaire entre les deux. Lorsque les évènements extraits correspondent à des commutations de pôles, le procédé peut présenter une ou plusieurs des particularités suivantes :

L'étape d'analyse fournit des évènements représentant la succession de toutes les commutations successives au sein du moteur.

Le procédé est appliqué à un moteur rotatif, ou au moins périodique, l'étape d'analyse fournissant des évènements correspondant chacun à une séquence d'une ou plusieurs commutations, fournissant une séquence ou un signal identifiable, au sein d'un tour du moteur (ou d'une période), que ce soit par une présence ou absence de caractéristiques du signal.

Selon d'autres particularités, pouvant être combinées entre elles :

Le procédé est appliqué à un moteur rotatif utilisant une commutation par contact conducteur entre un ou des balais et une ou des plages de contacts d'un collecteur rotatif, notamment appliqué à un moteur à courant continu, ou un moteur universel typiquement un moteur à courant continu à excitation série entre le rotor et l'enroulement inducteur.

Le procédé est appliqué à un moteur rotatif utilisant une commutation par circuit ou composant électronique, par exemple un moteur dit "sans balais", ou "brushless" en Anglais, notamment un moteur synchrone autopiloté.

Le procédé réalise un comptage des évènements détectés pour obtenir un nombre de commutations et/ou un nombre de tours réalisés par le moteur.

Le procédé utilise le comptage d'évènements au cours d'une durée déterminée pour obtenir une mesure d'une vitesse de déplacement de la partie mobile du moteur.

Plus particulièrement, le procédé peut calculer une course de déplacement et/ou une position de la partie mobile du moteur et/ou de la partie mobile d'un actionneur entraîné par ledit moteur.

Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de régulation de l'alimentation d'un moteur, qui utilise un procédé tel qu'exposé ici pour commander ladite alimentation de façon à atteindre une valeur de consigne déterminée en vitesse et/ou en déplacement et/ou en position.

Selon encore un autre aspect, l'invention propose une unité électronique de commande d'un moteur ou d'un actionneur, agencée pour mettre en œuvre un procédé tel qu'exposé ici.

L'invention, selon encore d'autres aspects, propose en outre :

Un système d'actionnement ou d'entraînement d'un actionneur électrique, lequel système met en œuvre un procédé tel qu'exposé ici, pour commander ledit moteur ou actionneur, ou comprend d'une part un moteur ou respectivement un actionneur et d'autre part une unité de commande telle qu'exposée ci-dessus.

Un dispositif formant un frein ou système de freinage à motorisation électrique pour véhicule routier, notamment un frein de stationnement et/ou de secours de véhicule automobile, par exemple de type à frein disque ou à frein tambour ou frein à tambour dans un disque. Selon l'invention, ce dispositif met en œuvre un procédé tel qu'exposé ci-dessus, ou comprend un système d'actionnement ou d'entraînement tel qu'exposé ci-dessus, ou une unité de commande telle qu'exposée ci-dessus.

Un véhicule ou sous-ensemble de véhicule mettant en œuvre un procédé tel qu'exposé ici, ou comprenant un système tel qu'exposé ici, ou comprenant une unité de commande telle qu'exposée ici.

Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.

Brève description des dessins

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :

[Fig.l] : la Fig.l est un schéma symbolique qui illustre partiellement l'architecture d'un véhicule incluant système de freinage, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; [Fig.2] : la Fig.2 est un schéma symbolique qui illustre l'architecture d'un moteur à commutation par balais, commandé selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ;

[Fig.3] : la Fig.3 est un graphique qui illustre des mesures réalisées sur le moteur de la Fig.2 après filtrage du bruit haute fréquence, à vitesse constante et sur une rotation d'un tour, et représente :

- en partie haute, le signal de variation dans le temps, de l'intensité absorbée par le moteur de la Fig.2, lors de l'application d'une tension d'alimentation constante, après filtrage du bruit haute fréquence, mesuré à vitesse constante et sans charge sur une rotation d'un tour,

- en partie basse, le signal délivré dans le même temps par un capteur à effet Hall disposé sur le même moteur pour en mesurer la vitesse à titre de test ;

[Fig.4] : la Fig.4 est un graphique qui illustre les mêmes mesures qu'en Fig.3, après filtrage du bruit haute fréquence et lors d'une phase de démarrage à vide du moteur ;

[Fig.5] : la Fig.5 est un organigramme schématique qui illustre des étapes de commande du moteur d'actionneur de la Fig.l, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; [Fig.6] : la Fig.6 est une vue en perspective d'un système de frein motorisé, représenté sans son disque, selon un exemple de mode de réalisation avec un frein à disque à étrier coulissant à unité de commande extérieure, dans une architecture avec freinage de service par chambre hydraulique et frein de stationnement par actionneur électrique à piston vis-écrou et motoréducteur moteur parallèle au piston ;

[Fig.7] : la Fig.7 est une vue en coupe sagittale de l'étrier de frein avec le piston vis-écrou et sans le motoréducteur, dans l'exemple de la Fig.6.

Description d'exemples de modes de réalisation La Fig.l illustre partiellement l'architecture d'un véhicule incluant système de freinage, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention.

Le véhicule VI comprend un système de freinage, ici illustré avec un seul frein complet Fl. Ce frein Fl comprend une base de freinage Fil, qui est actionnée au moins en partie par un actionneur Al. L'actionneur comprend un moteur Ml, ici un moteur rotatif avec un stator SI et un rotor RI, par exemple un moteur à courant continu à commutation par collecteur ou par électronique (c'est-à-dire "sans balais", ou "brushless" en Anglais).

Le rotor RI forme une partie mobile entraîne un réducteur Ail, qui forme avec le moteur Ml un motoréducteur A12. Le motoréducteur entraîne déplace un organe de poussée linéaire A18, dont le déplacement exerce un serrage produisant un frottement sur un organe mobile en rotation.

Le moteur Ml est alimenté, au travers de bornes M19, par une source électrique Vil telle qu'une batterie ou un alternateur redresseur. Cette alimentation est commandée par une unité de commande électronique ECU, en fonction de commandes de freinage COM reçues depuis le véhicule, par exemple par un ordinateur de commande ou directement par le conducteur, ou une combinaison des deux.

La Fig.6 illustre un exemple d'un tel frein Fl, dans une architecture de frein à disque avec freinage de service par chambre hydraulique et frein de stationnement par actionneur électrique. Cette architecture est par exemple identique ou similaire à celle décrite dans le document FR2999257A1. La Fig.7 est une vue en coupe sagittale de l'étrier de frein, selon un plan de coupe P10. Elle représente l'étrier avec le piston vis-écrou et sans le motoréducteur, dans l'exemple de la Fig.6.

L'exemple de la Fig.l est cependant applicable à de nombreuses autres architectures de freins.

Dans cet exemple, la sortie du moteur Ml est dirigée du côté opposé à l'étrier 12, et entraîne en rotation un réducteur Ail selon un axe de moteur M10. Le réducteur comprend par exemple un ou plusieurs trains épicycloïdaux, et sa sortie est rotative et dirigée vers l'étrier 12, selon un axe A10 parallèle et disjoint de l'axe moteur M10. Le motoréducteur A12 fixé sur la face arrière 20 de l'étrier 12, où la sortie de son réducteur Ail entraîne en rotation coaxiale la vis 44 d'un ensemble vis-écrou formant une transmission linéaire A18 à entrée rotative.

L'ensemble vis-écrou 44, 46 est logé à l'intérieur de la jupe 32 du piston 16, lequel est logé dans une chambre hydraulique 25 à l'intérieur du corps ou boîtier d'étrier 14. L'écrou 46 de cet ensemble vis-écrou y est fixe en rotation et se déplace linéairement selon l'axe A10, pour venir exercer une poussée linéaire contre la paroi intérieure 31 du fond du piston. La paroi extérieure 31 de ce fond de piston vient appuyer sur le patin intérieur 18, qui serre le disque contre le patin extérieur 19, lequel maintenu par la branche extérieure de l'étrier 12.

La chambre hydraulique 25 permet un actionnement hydraulique du frein, par exemple directement par le conducteur en tant que frein de service. L'actionneur électrique Al est mis en œuvre par une commande électrique, par exemple en tant que frein de stationnement ou de secours, ou par un automatisme d'assistance à la conduite, ou tout autre commande automatique ou semi-automatique. La Fig.2 illustre un exemple d'architecture du rotor RI d'un moteur à commutation par balais, aussi appelés charbons, représenté ici sous une forme déroulée.

Le rotor comprend une pluralité de pôles, ici 7 pôles, formés chacun par un circuit électromagnétique G1 à G7 qui entoure un noyau NI à N7, le plus souvent laminé. Chaque circuit G1 à G7 est alimenté par un collecteur rotatif formé d'une pluralité de contacts CA à CG, en général des languettes de cuivre parallèles disposées autour de l'axe du moteur. Lorsque le rotor tourne, les contacts du collecteur viennent successivement en contact avec des balais B1 et B2 connectés aux bornes M19 d'alimentation du moteur, et alimentent ainsi successivement les différents pôles au fur et à mesure de la rotation du moteur.

Sur la figure, le premier balai B1 est en contact avec le contact CA du circuit Gl. Au cours de la rotation, quand l'un des balais perd le contact l'autre vient en contact. A chaque contact ou perte de contact d'un balai avec le collecteur, c'est-à-dire lors des commutations réalisées par le collecteur rotatif, il se produit une perturbation du courant absorbé par le moteur, que l'invention propose de détecter en mesurant ce courant. Ces perturbations dépendent du déplacement du rotor, et donc de sa vitesse de rotation. La Fig.3 illustre des mesures réalisées sur le moteur de la Fig.2, à vide et à vitesse constante et sur une rotation d'un tour, entre 18ms et 419ms, après filtrage du bruit haute fréquence. Ce filtrage est réalisé par exemple de façon connue, par exemple par un filtre passe-bande, typiquement pour ne garder que les perturbations liées aux commutations réalisées, c'est-à-dire à des fréquences qui sont liées à la plage de vitesse à détecter en la combinant avec le nombre de contacts et de balais.

Par exemple à une vitesse de 7500t/min, on utilise par exemple un filtre passe bande d'environ 1750Hz, qui ne garde que les fréquences entre 1700Hz et 1800Hz. Pour mesurer des vitesses comprises entre 10000t/min et 2500t/min, on calcule les fréquences concernées, et on utilisera par exemple un ou des filtres passe bande couvrant les fréquences de 2333Hz à 583Hz.

Comme on le voit sur la courbe du haut, obtenue par acquisition analogique à 51,2kHz, le signal de variation d'intensité obtenu après filtrage donne une courbe périodique, proche d'une sinusoïde, qui présente une succession d'évènements pl à pl4 à intervalles réguliers.

En parallèle, la courbe du bas représente le signal délivré par un capteur à effet Hall installé sur ce moteur pour ces essais, mesuré à 51,2 kHz. Il présente des créneaux réguliers hl à h7 qui montrent une vitesse constante, de façon cohérente avec la régularité des pics pl à pl4 de la courbe du haut.

La Fig.4 les mêmes mesures qu'en Fig.3, réalisées cette fois lors d'une phase de démarrage du moteur, de l'instant t=0 à t=872ms. Lors de son démarrage, appelée "inrush" en vocabulaire anglo-saxon, le moteur commence par absorber une intensité élevée, que l'on voit sur la courbe du haut sous la forme d'une montée progressive jusqu'au plateau d'intensité "il". Au fur et à mesure que la vitesse augmente, comme on le voit par les créneaux h2 à h8 de plus en plus rapprochés, l'intensité absorbée diminue de il à il4.

La vitesse se stabilise ensuite sur la droite de la courbe, et l'espacement des créneaux devient régulier, ici pour arriver à la vitesse constante à vide de charge. En parallèle, l'intensité se stabilise progressivement et décroît moins vite, pour arriver à l'intensité moyenne consommée en régime établi.

Comme on le voit en Fig.4, la variation de l'intensité se fait là aussi avec des perturbations, créant ici des chutes brusques d'un palier à l'autre de il à i 14, de 259ms à 872ms.

On notera que la fin de la croissance initiale de la courbe d'intensité et le premier palier il, entre 0 et 259ms environ, constituent en eux-mêmes un évènement détecté, voire évalué. L'analyse permet ainsi de détecter le fait que le moteur a effectivement commencé à tourner, de façon très précoce, même par rapport à la détection du capteur Hall. Il s'agit d'une information qui est elle-même très utile dans de nombreuses situations.

En Fig.3 comme en Fig.4, on voit que les évènements pl-pl4 et il- i 14 représentent le déplacement et donc la vitesse du rotor du moteur. L'unité de commande ECU va analyser ce signal pour détecter ces évènements, et en tirer des informations sur le déplacement du rotor et donc sa vitesse en comparant au temps. En plus ou à la place, ce décompte est aussi utilisé par l'unité de commande pour évaluer la position du rotor en partant d'une position initiale connue, par exemple une position préalablement détectée et mémorisée et/ou à partir d'une position en butée dont la position est connue et mémorisée.

La Fig.5 illustre schématiquement des étapes de commande du moteur d'actionneur de la Fig.l, qui peuvent être réalisées en tout ou partie.

En E10, après réception d'une demande de freinage, l'unité ECU active le moteur en lui appliquant Eli sa tension d'alimentation, par exemple en 12V sur une automobile classique.

En E12, au cours d'une durée déterminée du fonctionnement du moteur, l'unité ECU mesure l'intensité absorbée et/ou la tension.

L'étape d'analyse E13 comprend ici les sous-étapes suivantes :

En E131, l'unité ECU filtre le signal mesuré et en extrait un ou des évènements, par exemple un évènement par commutation. Selon les types de moteurs, cette détection peut porter aussi sur un groupe de commutations produisant une séquence reconnaissable, par exemple une séquence par tour ou un nombre connu de plusieurs séquences par tour.

En E132, l'unité ECU compte les évènements détectés et par exemple en déduit le nombre de tours effectués.

En E133, l'unité ECU utilise ce nombre d'évènements ou de tours pour calculer le déplacement et/ou la position du rotor, et de l'actionneur qu'il entraîne, par exemple la valeur du déplacement linéaire réalisé par l'écrou 46, et du piston 16 dès lors que l'écrou 46 est en appui sur le fond 31 du piston.

En E134, l'unité ECU mesure le temps écoulé pendant le déplacement mesuré en E132 et E133.

En E135, l'unité ECU utilise cette mesure de temps pour calculer la vitesse de rotation du moteur.

Dans le cadre d'un fonctionnement en régulation, ces mesures de vitesse, déplacement et/ou position peuvent alors être utilisées pour commander une commutation Eli d'interruption ou de maintien de l'alimentation du moteur, en fonction d'une valeur de consigne E19 reçue ou calculée par l'unité de commande.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Nomenclature

12 étrier

14 corps / boîtier d'étrier

16 piston de frein

18 patin intérieur

19 patin extérieur

20 face arrière de l'étrier

25 paroi intérieure de cavité hydraulique

26 paroi arrière de fond du boîtier 14 d'étrier

30 face extérieure d'appui du piston 31 face intérieure d'appui du piston

32 jupe cylindrique du piston 44 vis d'entraînement de la transmission linéaire 46 écrou de poussée axiale de la transmission linéaire Al actionneur roto-linéaire A10 axe de la partie linéaire de l'actionnaire Ail réducteur du motoréducteur A12 motoréducteur A18 transmission linéaire de l'actionneur (vis 44, écrou 46, piston 16) B1 premier balai / charbon B2 deuxième balai / charbon COM commande de freinage E10 activation 12V Eli commutation E12 mesure intensité

E13 analyse E131 filtrage + détection E132 comptage commutations / tours E133 calcul déplacement / position E134 mesure temps

E135 calcul vitesse E14 régulation E19 valeur de consigne vitesse / déplacement / position ECU Unité Electronique de Commande Fl frein complet Fil frein hydraulique motorisable Ml moteur électrique M10 axe du moteur électrique M19 connecteur / bornes d'alimentation du moteur P10 plan de coupe

RI rotor du moteur SI stator du moteur VI véhicule automobile routier

NI à N7 noyaux du rotor G1 à G7 pôles du rotor CA à CG contacts du collecteur rotatif hl à h8 créneaux du capteur Hall il à i 14 paliers / motifs d'intensité pl à pl4 évènements - pics/motifs d'intensité