MODULE : INSTRUMENTATION THÈME : Les capteurs automobile choix et fonctionnement Présenté à : l’école nationale d’ingénieurs de Sfax Département : Génie Mécanique Filière : Électromécanique (GEM2 S4) Année Universitaire : 2019-2020 Elaboré par : OUNI ABDERRAHMEN JMAL OUSSEMA AGOUBI ABDELHAK ROUIS ISMAIL 1 2 SOMMAIRE: 1. Introduction 2. Classification et choix des capteurs 2.1 Classification des capteurs 2.2 Modes de choix des capteurs 3. Conclusion 3 1.INTRODUCTION -A l’heure actuelle (2019), un véhicule automobile est truffé d’électronique : Plus de 100 capteurs embarqués informent en temps réel plusieurs calculateurs de bord. -Ces véritables ordinateurs gèrent la quasi totalité du fonctionnement du véhicule, du contrôle de la combustion du carburant à la tenue de route. -Le système électronique embarqué à bord d’une automobile se comporte un peu comme l’être humain : Stratégie de l’humain : Observation Réflexion Action Stratégie du système embarqué : Capteurs Traitement Action -Afin d’optimiser le câblage entre tous les éléments constitutifs du système, les informations vont circuler sur un bus bifilaire : Le bus CAN. (Convertisseur Analogique Numérique) 4 DOMAINES D’ACTION DES DIFFÉRENTS CAPTEURS EMBARQUÉS : CONFORT DIRECTION SECURITE SYSTEMES OUVRANTS BLOC MOTEUR TRANSMISSION SUSPENSION FREINAGE LIGNE D’ECHAPPEMENT 5 2.CLASSIFICATION ET CHOIX DES CAPTEURS La gestion du bloc moteur 1 Calculateur 2 Capteur régime rotation et PMH 3 Capteur de pression d’admission 4 Potentiomètre de position papillon 5 Capteur température eau moteur 6 Capteur température admission d’air 7 Capteur vitesse véhicule 8 Sonde à oxygène (sonde lambda) 15 Rampe d’alimentation 16 Régulateur de pression 17 Injecteurs 20 Papillon 21 Résistance réchauffage papillon 22 Moteur pas à pas de régulation ralenti 23 Voyant de test injection allumage 24 Connecteur pour diagnostic 26 Boîtier d’interface vitesse 6 2.1 CLASSIFICATION DES CAPTEURS : (selon mesurande) “ • mécanique déplacement, vitesse, accélération, force, pression, masse, débit, ... • électrique courant, charge, impédance, ... • thermique température, flux thermique, ... • magnétique champ magnétique, perméabilité, ... ” • radiation lumière visible, rayons X, radioactivité, ... • bio / chimique humidité, détection de gaz, sucre, hormones, paramètres vitaux … 7 Capteur de position de vilebrequin (capteur de PMH) et de vitesse de rotation “ C’est un capteur inductif placé en regard d’une roue dentée solidaire du vilebrequin Deux types existent : inductif et à effet hall ” A tout instant : Le calculateur ajuste la quantité de carburant à injecter, en fonction : du régime moteur de la charge demandée par le pilote (position du papillon liée à l’appui sur l’accélérateur, vitesse du véhicule et rapport de boite engagé) de la composition des gaz d’échappement. La date d’injection dans un cylindre est liée à la position du piston correspondant rôle du capteur de PMH 7 Capteurs de température d’huile, de liquide de refroidissement, d’air • Le capteur de température du liquide de refroidissement sert au système de gestion de mélange à déterminer la température de fonctionnement du moteur. • Le capteur est une sonde de température à coefficient de température négatif. Cela signifie que lorsque la température augmente, la résistance interne diminue. • En fonction de la température du liquide de refroidissement, la résistance de la sonde de température change. Lorsque la température augmente, la résistance diminue ce qui fait baisser la tension au niveau du capteur. • Exemples des sondes : Sonde de température d'eau Sonde de température d'admission d’air Sonde de température d’huile 9 Capteur de cliquetis et de Pression carburant / injection • Il permet de détecter une mauvaise combustion dans le moteur pour en informer le calculateur. • Le détecteur capte des vibrations trop élevées par les vibrations émises : cela s'apparente techniquement à un simple microphone (mesure les ondes sonores). • Cela va donc influer sur l'avance à l'allumage (moment où la bougie "allume le feu" sur essence) ou encore le moment d'injection. Capteur de Pression carburant / injection Situé sur la rampe commune d'injection Il informe le calculateur afin qu'il contrôle le régulateur de pression. Si il n'y a pas de pression détectée, la voiture ne peut pas démarrer ... 10 11 Capteurs inductifs de mesure de vitesse de rotation des roues: ABS Capteur ABS: • Les capteurs de vitesse de roue sont placés directement au dessus de la roue d'impulsion qui est reliée au moyeu de roue ou à l'arbre de transmission. • Les capteurs du type inductif sont constitués d'un aimant permanent et d'un bobinage. • Une roue dentée , solidaire de la roue, défile devant le capteur ; le flux magnétique varie et induit dans le bobinage, une tension alternative dont la fréquence et l'amplitude sont proportionnelles à la vitesse de rotation de la roue dentée. • Le seuil minimum de vitesse détectée est de 2,75 km/h. • Principe de l’électronique associée : Conversion fréquence tension (tension continue image de la vitesse de rotation) 12 • Lors d’une phase de freinage, l’action de l’ABS consiste à limiter la force de freinage appliquée à une roue dont le coefficient de glissement tend à dépasser 20%. Schéma descriptif du capteur ABS • On utilise pour ce faire une électrovanne 3 voies par roue (bloc hydraulique), fonctionnant selon un cycle de 3 situations: Repos – Maintien de pression – Réduction de pression. • L’ensemble de ces opération se répète plusieurs fois par seconde, ce qui se traduit par une vibration au niveau de la pédale de frein. Schéma d’électrovanne : 1 - Aimant permanent. 2 - Pièce polaire. 3 – Bobinage. 4 - Corps du capteur. 5 - Roue dentée. 6 - Champ magnétique bouclé => plus grande sensibilité. 13 14 Base d’action de l’ESP • Le freinage sélectif d’une des roues d’un essieu peut induire un couple , pouvant faire pivoter le véhicule. • Par exemple, si la roue arrière droite est freinée, celle-ci « tire » l’arrière de la voiture. L’essieu arrière aura tendance à pivoter vers la gauche et le véhicule à se diriger vers la droite. • Un changement de direction peut alors être créé, soit de faible amplitude avec uniquement la déformation des pneus, soit de plus grande amplitude si ces derniers devaient perdre une partie de leur adhérence. • Autrement dit, l’ESP améliore le comportement, mais la valeur totale d’adhérence de la voiture n’est pas augmentée ! 15 16 Sonde à oxygène / lambda et capteur de pression échappement • Située dans l'échappement au niveau de catalyseur (il peut y en avoir plusieurs). • Elle permet de voir de quoi sont composés les gaz sortant du moteur (selon le nombre de particules d'oxygène, la tension envoyée au calculateur varie). • Grâce à cela le calculateur va pouvoir adapter au mieux le mélange comburant / carburant dans les chambres de combustion. • Il adapte ce qui entre dans le moteur en observant la résultante de ce qui sort, il en déduit donc les ingrédients à ajouter ou retirer. 17 2.2 MODES DE CHOIX DES CAPTEURS Les capteurs de pression, force, poids et couple sont utilisés dans pratiquement tous les secteurs de la recherche et de l’industrie. Dans ces différents domaines, les normes d’utilisation, les environnements, les étendues de mesure, les précisions recherchées sont des plus divers. Plus général on garde : • nature du mesurande, capteur basé sur quel principe physique ? • performances (résolution, précision, plage de mesure, ...) ? • caractéristiques d‘environnement, grandeurs d‘influence ? • encombrement ? • prix ? • fiabilité 18 Donc pour assurer le bon choix du capteur on doit garantir qu’il est : Utilisable dans un domaine plus ou moins étendu Résistant à la pression et aux vibrations Interchangeable Étanche De temps de réponse rapide 19 LE BON CHOIX ENTRE CAPTEUR PASSIF (INDUCTIF) ET ACTIF (À EFFET HALL ) ? cas du capteur ABS Deux technologies proposées pour le capteur ABS : Passif (inductif) : En rotation, la denture de la roue génère un champ magnétique dont la fréquence donne la vitesse de rotation de la roue. Cette technologie ne permet pas de détection à très faible vitesse. Ni la détection du sens de rotation des roues. Les capteurs passifs sont utilisés uniquement en face de roues dentées. Caractéristiques : •tension d'alimentation •consommation •courant de sortie •portée nominale de détection •ils ne peuvent détecter que des matériaux métalliques 20 Actif (à effet hall) : • L’avantage principal de la technologie active est d’avoir un signal à amplitude constante y compris à faible vitesse ou à vitesse nulle. • Ce qui permet une utilisation plus précise du signal de vitesse de rotation et un meilleur fonctionnement de tous les systèmes liés à ce signal. • Les capteurs actifs sont majoritairement utilisés en face d’un codeur magnétique (situé sur le roulement de roue) • Les capteurs à effet hall sont beaucoup utilisés en raison de leur mise en œuvre aisée, de leur petite dimension et de leur précision. Caractéristiques : • Tension d'alimentation • Courant de sortie • Polarité de l'aimant (s'il est associé à un aimant) • Sensibilité (en V/G) • Gamme de mesure (en Gauss) 21 3.CONCLUSION Le concepteur d'un véhicule intelligent doit intégrer des technologies et des systèmes disparates pour créer une machine cohérente qui complète efficacement le conducteur humain. Le véhicule intelligent doit pouvoir : - Suivre la route - Se tenir dans la file correcte - Détecter les piétons - Gérer les inter-distances avec les autres véhicules - Changer la file pour suivre les véhicules et éviter les obstacles - Echanger les informations avec l’infrastructure et les autres véhicules Ce qui traduit cependant la part déjà très importante mais toujours croissante des systèmes embarqués dans les véhicules d’aujourd’hui . 22 “ ” 23
